我国煤炭清洁利用进展与发展趋势
(根据张绍强理事长在2017年11月19日召开的“煤炭清洁燃烧技术现状与发展座谈会”上的演讲整理而成)
在全党全国人民认真学习领会十九大报告精神，贯彻落实习总书记关于加强生态文明建设、建设美丽中国和推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，做好“能源四个革命一个加强”要求、实现绿水青山美好远景之际，由中国煤炭工业协会、中国煤炭学会主办，中煤科工集团煤炭科学研究院和中国煤炭加工利用协会承办的“散煤清洁燃烧技术现状与发展座谈会”今天在这里召开，非常荣幸有机会与大家一起，交流总结近年来我国在发展煤炭清洁高效利用、加强散煤清洁化治理方面取得的主要进步，座谈探讨未来散煤清洁化治理发展的重点方向。下面，根据会议的安排，我将有关情况做一个简要汇报。
1 煤炭依然是我国的基础能源，短期内难以被全面替代
2013年，我国煤炭消费达到近期峰值，我国东部地区每年秋冬季节频繁出现的大范围“雾霾”和PM2.5指标爆表的极端天气，掀起了大气污染防控的高潮，各地陆续推出“以气代煤”、“以电代煤”等措施，社会舆论也把矛头直接指向煤炭消费，“去煤化”呼声高涨。
确实，地球赐予我们人类最丰富、最可靠的就是“三大化石能源”：石油、天然气和煤炭，目前都已得到大规模开发利用。我国煤炭生产与消费占比高，这是基于我国资源保障能力、开发难易程度、生产和消费成本、运输储存使用便捷性等因素理智比选后形成的局面。在我国三大化石能源矿产资源已探明储量中，煤炭占94%以上，石油和天然气仅占6%左右，这种资源禀赋条件使得我国的基础能源严重依赖煤炭，煤炭成为我国能源供给“当家菜”。改革开放以来虽然经过不懈的努力和持续的能源结构调整，煤炭在我国能源生产总量占比已从80%以上降至目前的70%左右，消费总量占比从80%以上下降到去年的62%，但煤炭能源生产与消费绝对量依然非常高。
特别是进入新世纪以来，煤炭工业安全高效生产能力不断提高，煤炭供应能力大幅度增强。国民经济快速发展和人民生活水平的提高，推动了煤炭消费的快速增长，这一时期由于缺乏有效且严格的烟气污染监管措施，无节制、低效率、高排放的煤炭任性消费行为泛滥，到处烟囱林立、家家户户冒烟，大气污染日益严重，近几年更是“雾霾”现象频发、PM2.5时常爆表。社会舆论对煤炭的认知又从一个极端转向另一个极端，“一刀切去煤化”，期盼一蹴而就、一步到位将煤炭能源消费都改为使用清洁能源。
这些年，从政府到社会虽然费尽心力，大力扶持和发展清洁能源，但期待的清洁能源颠覆性大比例替代煤炭的情景并未出现。即使是石油、天然气、页岩油和页岩气非常丰富的美国，煤炭的消费占比至今仍然在30%以上，燃煤发电占比仍然接近一半(47%)，理想很丰满，现实很残酷。对于一个近14亿人口、近70万亿GDP，每年能源消费40多亿吨标准煤，且能源需求还将继续增长的中国而言，大比例替代煤炭的难度可想而知。
发展既能保证稳定可靠供应、成本又可承受且足够低碳、无碳的清洁能源是我们共同的心愿。在坚定不移大力发展清洁能源的同时，在中短期内无法实现全面替代煤炭的情况下，我们也应该回归现实，认真审视一下煤炭这种化石能源：
燃煤是不是就必然会污染?
老旧的使用方式有污染，是不是采取防控措施后仍然治不了?
我们究竟采取了什么防控措施?
我们过去又做了些什么工作?
这些工作是否有效?做没有做到位?
还有没有做好的希望?
图2 2016年我国能源生产与消费结构
这几个疑问值得我们去深究，因为我国能源矿产资源最丰富的只有煤炭，目前能拿得着的能源也只有煤炭。
2 要解决能源消费污染问题，关键在推进煤炭清洁高效利用
很多人寄希望于天然气成为“治霾神器”，诚然，在替代散烧煤上天然气确实可以发挥一定的作用。然而现实是，第一，不能奢求上天赐予我们更多的天然气资源，怨天尤人没有意义;第二，天然气也是化石能源的一种，使用过程也存在其特有的问题，我们应该科学、理智的理清思路，发现使用煤炭过程中出现的问题，并去解决它，而不是一哄而上、只图省事“一刀切去煤化”，最后事倍功半，耽误正事。
煤炭是我国资源最丰富、供给最有保障、生产和消费最经济的优势能源矿产，对保障国家能源供给、发展地方资源经济、稳定和解决就业问题都十分重要，不是一厢情愿就可以随意丢弃的“物件”。
1、油气进口代价巨大，我国煤炭的主体能源地位实难改变。我国是世界第一大人口大国、第二大经济体，也就意味着我们需要巨大的能源支撑。我只提几个数据，以2015年为例，当年全国消费能源超过32亿吨标准煤，但其中所有的非煤能源总产量还不足10亿吨标准煤，这里面还包括进口的3.28亿吨石油和624亿立方米天然气。快速增长的能源消费需求使得我国石油对外依存度超过60%，逼近国际能源安全警戒线，天然气对外依存度超过32%，且还有快速上升的趋势。为了获取进口的石油和天然气国家付出了大量的精力和外汇!
由于油气品种短缺，自1993年开始，我国不得不大量进口石油和天然气，2015年净进口石油达到3.28亿吨，成为全球最大的石油净进口国。为了应对国内“以气代煤”的需要，我国陆续建设中亚一、二、三、四线管道及中缅、俄罗斯远东天然气管道等进口天然气，并通过海上大量进口液化天然气，才使得2015年我国天然气进口总量达到624亿立方米(尚不足7600万吨标煤的热值)，2016年数据较上一年有所上升。
图3 2016年我国石油、天然气对外依存度
2、煤炭开发依然是煤炭资源型地区主要的经济来源。我国不少煤炭主产省区市，涉煤经济占当地GDP的30%以上。全国煤炭生产职工500余万人，初略估算涉煤就业人员3000多万人，煤炭关系着数千万人口的收入和生活，不少地方挖煤卖煤是当地最主要的经济来源，如果过早的抛弃煤炭产业，所造成的社会冲击大家可想而知。
3、简单去煤化无法解决中国的能源消费污染问题。仅仅因为过去落后的燃煤方式造成了污染，以及降低碳排放的要求，就搞“一刀切去煤化”，这在短期内是不现实、不科学、也不明智的，不符合中国的资源实际，大家都应有清醒的认识。
原始的、过度的、任性的煤炭直接燃烧和直接排放，才是造成燃煤污染的根本原因。缺乏有效的防控措施情况下，燃煤确实会比燃气产生更大的污染。大量工程实践和技术发展已证明，煤炭完全能做到清洁燃烧高效利用。目前我国的煤炭清洁高效利用技术经过快速发展，主要煤炭消费领域燃煤污染控制可达到燃用天然气的大气污染物排放控制标准，且成本上具有极大的优势。
长期以来，由于条块分割，煤炭行业只负责煤炭的生产和供应，消费侧的问题是由各用煤行业负责，九龙治水，没有形成合力，使我国的煤炭清洁高效燃烧利用技术发展缓慢、先进技术和装备得不到有力的支持和推广，对燃煤污染的防控管理严重滞后。而且用煤行业点多面广，环保管控措施不到位，导致燃煤污染问题越来越突出，这并不是煤炭本身的问题。实际上自上世纪八十年代中期以来，煤炭行业为了自身的发展和履行社会责任，一直在持续推动洁净煤技术发展，包括选煤脱硫降灰、固硫型煤、洁净水煤浆、优化配煤，以及近几年的燃煤发电超低排放节能升级改造、新型燃煤工业锅炉、大型高温煤气化和现代煤化工技术等方面都取得了巨大的进步，然而不少技术却得不到用户的响应和推广。究其原因，不是这些技术不好，而是因为没有严格的法律法规和政策措施约束，即便有要求也未得到严格执行，所以用户侧能拖就拖、能躲就躲。
针对我国煤炭消费现状，应理顺思路，分清哪些消费领域污染程度如何、哪些领域能很好治理、哪些行业难于治理须寻求其它途径，不能胡子眉毛一把抓。目前，煤炭消费主要分布在以下几个方面：一是燃煤发电，每年燃煤18-20亿吨，占煤炭消费总量的50%左右;二是冶金炼焦，每年消耗洗精煤6.5亿吨左右(包括兰炭)，占17.5%;三是煤化工，目前每年用煤2.5亿吨左右(不含炼焦)，占6.8 %;四是锅炉用煤(含建材窑炉和供热供暖)，每年大约7.5亿吨，占20%左右;五是民用散煤，每年大数2亿吨，不足6%。
燃煤发电
目前全国约9.4亿千瓦煤电中，已有一多半已经完成节能升级改造，实现了超低排放发电。“超低排放”的概念还不统一，目前约定俗成的是以燃气发电排放标准为标杆，也就是大家耳熟能详的烟气粉尘排放浓度小于10(5)mg/Nm3、SO2排放浓度小于35mg/Nm3、NOx排放浓度小于50 mg/Nm3，也就是说燃煤发电与燃气发电的大气污染物排放浓度都一个水平，因为目前人类还没有找到能比天然气发电更清洁的大规模发电燃料。经过超低排放节能升级改造，目前我国的煤电机组已经有5.8亿千瓦以上的机组实现了超低排放。
图4 不同能源折算成标煤后价格对比(以2017年11月价格为例)
燃煤超低排放发电
图5 超低排放工程工艺流程
我国已经突破大型燃煤超低排放发电技术，燃煤电厂大气污染物排放达到国家天然气发电大气污染物排放限值标准。即：烟尘≤5mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、NOx≤50mg/Nm3(GB13223-2011)。经过示范工程改造实践，部分电厂烟尘、SO2、NOX排放比上述标准还低，取得了很好的成效。
大家随时可以去看看，离北京很近的神华三河热电厂和国电廊坊热电厂，烟囱粉尘排放浓度最佳值已经达到0.23mg/Nm3，SO2排放稳定在20 mg/Nm3以内，NOx稳定在30 mg/Nm3左右，比燃气发电排放标准还要低得多，所增加的成本每度电不过1-2分钱，如果允许其成本增加到1毛钱左右，燃煤发电已经完全能够做到超洁净排放。但是即使每度电成本增加1毛钱，也比燃气发电成本低一半以上，何乐而不为呢?!为什么还非要逼着去换成天然气发电呢?!国家已经明确规定到2020年全国所有燃煤电厂都要全部改为超低排放，到那一天我国一半的煤炭就可以实现清洁高效利用了。现在有的地方要求大中型热电机组也必须换成燃气发电，不管你是不是实现超低排放只要燃 “煤”就不允许，就必须关停，这是非常值得商榷的。
燃煤超低排放实例
图6 神华国华三河电厂4号机组实时监测数据
该电厂按照烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放浓度小时均值来测算，全厂超低排放后，比达标排放每年可减排烟尘508吨、二氧化硫1169吨、氮氧化物2185吨，比改造前分别降低了85.3%、60.5%、88.9%。
图7 三河电厂超低排放改造前后排放数据对比
图8 三河电厂4台机组超低排放改造成本情况
图9 三河电厂排放指标与燃气电厂对比
“雾霾”与碳排放
有的人动不动就说燃煤碳排放高。这里我要科普一下，不少舆论老是纠结于“雾霾”与碳排放关系中。其实目前我们所说的“大气雾霾”、PM10、PM2.5颗粒物污染与CO2没有关系，CO2只是所谓的温室气体，有的专家研究认为地球大气圈内CO2浓度高了有可能加重地球大气环境的“温室效应”而已，与治理大气雾霾没有关系，不少人混淆了这两个概念。就目前的技术，燃煤发电只是CO2排放强度比燃气大一些，燃煤和燃气产生“雾霾”的主要污染物相差不大，而且大家要知道，燃气的NOx比燃煤的产生和排放强度要大得多，如果不进行脱硝处理，产生的二次气溶胶类颗粒物对“雾霾”的贡献更大。而且天然气就是甲烷，大家要知道甲烷是温室效应强度比CO2大21倍以上的“温室气体”，天然气在开采、集输、液化和运输使用中泄漏的甲烷是直接进入大气中的，天然气也并不是理想的“治霾神器”，同样也需要烟气净化(脱硝)。
根据IPCC排放清单，化石能源消费碳排放系数为：
原煤的碳排放系数为 0.7476tC/标准煤
原油的碳排放系数为 0.5854tC/标准煤
天然气的碳排放系数为 0.4479tC/标准煤
碳排放系数比
天然气：原油：煤炭=1 : 1.31 : 1.67
IPCC：政府间气候变化专门委员会，是评估与气候变化相关科学的国际机构。IPCC由世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)建立于1988年，旨在为决策者定期提供针对气候变化的科学基础、其影响和未来风险的评估、以及适应和缓和的可选方案。
炼焦
煤炭消费规模较大的另一个领域是炼焦。由于焦炭在冶金行业高炉中既是加热燃料同时是鼓风通道支撑骨料和铁矿石炼铁的还原剂，因此在金属冶炼过程中天然气替代不了焦炭。炼焦(包括生产兰炭)和高炉炼铁冶金时，产生的大气排放物存在污染，现有技术和装备对这一大气排放物进行处理后也完全可以做到“超低排放”，目前正在大范围开展类似的绿色升级改造治理行动，如对焦油池进行封闭、对化产和焦炉气进行综合利用、VOCs逃逸进行焚烧净化等。从实践看，煤炭消费过程污染不污染，关键是做不做、管不管的问题，技术上没有问题，成本上也是可以承受的。
煤化工
现代煤化工都是新型大规模化新兴产业，装备配置高，只要用好、管好，严防跑冒滴漏，完全可以做到清洁生产、超低排放。过去传统的合成氨煤化工，都在淘汰块煤固定床气化，采用现代煤化工大型高温气化技术进行升级换代，技术和装备水平和现代煤化工相当，实现超低排放都是成熟技术，成本也没有明显增加，问题还是出在做不做、管不管的问题，最典型的是VOCs治理。当然，现代煤化工毕竟成长时间较短，还存在很多不尽如人意的地方，很多工艺装备和技术还在不断升级示范完善过程中，需要一定的时间去完善提高，不应当拔苗助长，更不应当过度苛求。
煤现代化工2017年1-6月，我国煤制油产能达到693万吨/年，产量155万吨;煤(甲醇)制烯烃产能达到1242万吨/年，产量530万吨;煤制乙二醇产能达到270万吨/年，产量70万吨;煤制天然气产能达到51亿立方米/年，产量11亿立方米。
图10 2017年煤化工产品产量与耗煤量预测
2020年规模目标，煤制油产能为1300万吨/年、煤制天然气产能为170亿立方米/年，预计煤制烯烃1800万吨，煤制乙二醇500万吨。
特别是现在实行的煤制油品也和石油炼制油品征收同样的消费税，这是不讲理也是不科学客观公正的，石油炼制油品的原料是需要原油的，我们需要去进口;而现代煤化工的煤制油，原料是我国自己的煤炭。政策性逼迫煤制油长期亏损，它就没有承受能力去改进完善、去治理污染。
以上这三个煤炭主要消费领域的用煤比例占我国煤炭消费的75%左右，也就是说全国3/4的煤炭都是大规模集中利用，是完全可以做到清洁排放的。剩下的只是锅炉窑炉燃煤和民用燃煤，只占25%的比例。
锅炉窑炉
目前，我国燃煤供热供暖工业锅炉近48万台，每年消耗7亿吨左右非发电用煤，这部分煤炭消费属于散煤范围，是燃煤污染较为严重的领域。数量如此巨大的燃煤工业锅炉为什么会污染这么严重?主要还是长期以来没人管也没人问，各方面都需要反思。一方面，数十年来我国中小型工业锅炉出于成本考虑，一直采用层燃型燃烧器，工业锅炉技术进步缓慢。由于管理方式和标准不能及时跟进，市场需求和技术进步的动力不足，燃煤工业锅炉长期处于效率低、烟气污染防控设施简陋、运行维护和管理水平低下，建设选址监管缺失，用户想在哪儿建就在哪儿建的状态，污染严重的状态也就不足为奇!实际上，燃煤工业锅炉的主要使用者都是工业生产企业和需集中供热供暖的用户，很容易进行管控。
20蒸吨/时以上等级的工业锅炉与电站锅炉相似，配套烟气净化措施后同样可以实现超低排放。特别是今天会议上要介绍的由中煤科工集团煤炭科学研究总院研发的中小型高效煤粉工业锅炉和由青岛特利尔环保科技有限公司研发的浆体化循化流化床工业锅炉等新型锅炉，燃烧效率都在90%以上，单是节能一项相比老旧链条炉提高30个百分点以上，且烟气排放水平均可达到与燃气工业锅炉排放标准一样的超低排放水平，也是完全无人值守智能化运行。实际上，燃煤工业锅炉、窑炉用户总体相对集中，经济承受能力也较强，便于监管，只要有相关标准规范要求和可靠的监管手段，完全可以做到超低排放，且实现超低排放的整体成本要比更换为天然气便宜的多。后面相关专家会做详细的介绍，这是实现现役燃煤工业锅炉更新换代的新装备。
图11
2016年8月30日，北京市出台了《锅炉大气污染物排放标准》，规定自2017年4月1日起：
北京全市在用燃气(油)锅炉氮氧化物排放浓度需根据相关要求执行80毫克/立方米的排放限值;北京全市新建燃气(油)锅炉氮氧化物排放浓度需执行30毫克/立方米的排放限值。
目前，新型高效燃煤工业锅炉推广遇到很大的困难，主要原因还是由于部分地区行政性“一刀切，去煤化”的不合理政策造成的。这样的做法严重挫伤了高效洁净工业锅炉技术研发推广和应用单位的积极性，呼吁有关行政管理部门重视这些新成果，及时了解掌握技术新的进步，积极支持技术创新、耐心培育这一新型产业。对工业锅炉窑炉的“超低排放”标准的解释，也是与燃气工业锅炉大气污染物排放标准一致，不能拿燃气发电排放标准去衡量。
对于10蒸吨/h以下的小锅炉，由于过度分散、炉型老旧、容量小、能效低、烟气治理单位成本过高和总体运行管理水平差，不宜再进行改造，应加快淘汰进程，大力支持整合更换。对于实在不能整合更换的，须采用燃气和电能等清洁能源替代方式，为了祖国的蓝天和人民的身体健康，相关用户应承担改气、改电后较高的能源消费成本。
民用散煤
民用散煤消费总量每年在2亿吨左右。我国幅员辽阔，城镇化水平仍有待提高，占全国人口一半的农村居民，居住分散，经济承受能力偏低，长期使用传统、落后的炉具、灶具烧散煤炊事和取暖，燃煤产生的废气低空直排，是主要的燃煤面源污染源，也是散煤污染最难治理的领域。据有关资料分析，目前全国有6600多万户农村和城乡结合部常年使用散煤炊事和取暖。对这部分民用散煤用户，应根据具体情况多策并举分别进行治理。
图12 近年各地区民用散煤消费量(万吨)
2010年-2014年，各省散煤消费量差异较大，其中河北省最高为8294.02万吨 ，占华北地区40%，其次为山西省5742万吨，内蒙古自治区为5473.51万吨，其中京津冀占华北地区45%。
1、对城乡结合部燃煤用户，优先采用“以气代煤”、“以电代煤”进行能源品种更换，禁燃煤制品。
2、对居住相对集中的大中型农村地区，优先采用点供办法进行LNG替代和集中供热供暖改造，减少散烧劣质煤。
3、对老少边穷等偏远地区，允许在采用新型高效炉具的基础上燃用清洁化煤制品，包括无烟块煤、兰炭、固硫抑尘型煤、生物成型燃料，以及沼气、风光电、地热等新型能源，逐步淘汰散烧煤，同时堵住散煤流通的渠道。
目前新型高效炉具灶具、优质民用兰炭、固硫抑尘型煤等技术发展迅速，效果很好，应大力推广应用。后面要介绍的兖矿蓝天新型高效解耦炉具、中科高成等单位研发生产的固硫抑尘型煤以及现在大量推广使用的神木民用兰炭产品，都是很好的清洁化煤制燃料产品，热效率、粉尘、SO2等排放都比传统散煤和老旧炉具要好得多。
图13 我国散煤利用环境影响分析
这里我想强调的是，弱势群体用能是更大的民生问题。而民用散煤数量毕竟有限，实施高标准的污染控制技术难度大，大气环境应当给予一定的排放空间，不能照搬工业企业甚至发电企业的排放标准去要求，要讲道理。有的媒体广为宣传民用燃煤排放比发电的排放浓度高几十倍、上百倍，测试数据确实如此，但要考虑民用燃煤的时段性强、排放不均衡和排放总量小的实际情况。目前大气污染现状的主因是过度的工业排放大大挤占了民用排放空间，不宜过度渲染这些数字。认真治理一户工业企业所腾出的排放空间，足以满足成千上万人生活用燃煤的排放需求。
3 认真管好、用好煤炭，清洁高效利用的目标一定可以实现，燃煤污染一定可以治理好
现在一些地方“一刀切去煤化”做法值得认真商榷。科学技术的进步日新月异，煤炭清洁高效利用技术同样如此，目前国家已将煤炭清洁高效利用列入未来我国100项重大工程的第7项，足见国家对煤炭清洁高效利用发展的重视和信心。国家科技部也将煤炭清洁高效利用新技术研发列入国家重大科技攻关计划，开展进一步攻关研究。从目前的进展看，燃煤超洁净发电实现“近零”排放(包括烟尘、SO2、SO3、NOx、汞、氟等有毒有害物质排放控制)已经基本成功。新型中小型工业锅炉窑炉和配套的烟气一体化净化技术，及中低温脱硝工艺和专用催化剂快速商业化，低氮燃烧技术(包括低氮燃烧器、富氧、纯氧燃烧等)还在不断完善，煤炭燃前清洁化预处理技术(包括深度洗选净化和均质化高挥发分煤种分级分质清洁高效改质净化、高固硫抑尘型煤、固硫清洁化水煤浆等浆体化煤基燃料)也都在快速发展。通过推动煤炭清洁高效利用技术的发展，既可实现治理燃煤污染的目标，又能充分开发利用我国的优势能源矿产，还能减轻天然气保供的压力，降低天然气进口依赖程度，避免天然气进口成为国际政治博弈中下一个钳制我国的工具和谈判筹码。
低碳发展是未来大势所趋，有利于人民向往绿水青山、享受美好生活远景的实现。不少人“去煤化”的借口是“即使煤炭实现了清洁化，还是不能实现低碳化，煤炭的高碳属性不可能改变”。基于我国以煤为主的能源条件，我们可以改变思路，实现殊途同归效果，如调整产业结构，减少高能耗产业比重，提高能效，减少能源浪费，加大非碳或低碳能源品种消费比重，开展碳汇林建设，加强碳循环利用(CCUS/CCS)等都是可行的思路。实际上，完全寄希望于采用天然气达到减少碳排放也不是好的办法，毕竟天然气也是含碳化石能源，只是碳排放比煤低一些而已。迷信“天然气”能解决我国的能源污染问题是不现实的，应该将发展清洁能源、可再生能源和推动煤炭清洁高效利用有机融合，共同推进，协同发展，而不是互相排斥。
行政性“一刀切去煤化”的方式，会扼杀煤炭清洁高效利用发展空间和进一步研发的动力，也会阻碍大气环境治理和低碳发展目标的实现，相关政策的执行尺度值得深思，某些做法也有待商榷。
以上意见与大家探讨、欢迎批评指正!
张绍强：世界选煤大会(ICPC) 中国委员;中国煤炭加工利用协会 理事长;中国煤炭工业协会洁净煤与综合利用部 主任;中国煤炭工业协会选煤分会 会长;中国煤炭加工利用协会发电分会 会长
原标题：我国煤炭清洁利用进展与发展趋势
