中国煤炭清洁高效利用

中国煤炭的清洁高效利用杜铭华2013年10月提要•中国煤炭资源与消费•高效清洁燃煤发电•煤炭清洁转化•燃煤工业锅炉技术进步•中国煤炭资源与消费(1)、预测资源总量约4—5万亿吨；(2)、查明资源/储量1.38万亿吨（2011年）；(3)、基础储量2158亿吨（2011年）；、(4)、储量391亿吨（2011年）基础储量查明资源/储量预测资源总量5万亿吨1、中国煤炭资源与生产、消费煤炭形成植物遗体—泥炭——褐煤——烟煤——无烟煤成岩变质泥炭化作用煤化作用成煤作用丝质组稳定组－孢子镜质组1、中国煤炭资源与生产、消费碳、氢、氧、氮、水硫、氯、汞、砷其它矿物质:硅、钙、铁、铝、钠、钾……褐煤烟煤无烟煤煤褐2褐1无烟煤3无烟煤2无烟煤1贫瘦煤瘦煤焦煤肥煤气肥煤气煤½中粘煤弱粘煤不粘煤长焰煤1/3焦煤贫煤炼焦煤化工、发电等化工、发电等中国煤炭分类（GB5751—86）：三大类，十七小类挥发分：碳含量2011年中国和世界化石能源剩余探明可采储量化石能源储量及人均储量种类剩余探明可采储量人均储量世界中国世界中国中国/世界石油（亿吨）234320.0341.54.4%天然气（千亿立米）20803129.82.37.7%煤炭（亿吨）860911451238569%1、中化石能源剩余经济可采储量中煤炭占94.4%,石油占2.5%，天然气占3.1%；2、中国人均石油资源/储量不到世界平均值的1/20；3、中国人均天然气资源/储量不到世界平均值的1/101、中国煤炭资源与生产、消费1、中国煤炭资源与生产、消费一次能源核能煤炭石油天然气太阳能风能海洋能水能051015202530354020012002200320042005200620072008200920102011原煤原油天然气水电核电其它能源消费快速增长，煤炭在一次能源消费结构中占70%中国一次能源消费结构煤69%天然气3%核电1%原油21%水电6%世界一次能源消费结构煤28%天然气24%核电5.8%原油36%水电6.3%以油、气为主以煤为主2012年，一次能源消费总量达到36亿吨标煤，其中，煤炭占66.4%，石油18.9%，天然气5.5%，非化石能源9.1%。中国GDP与煤炭消费相关系数接近20%；0102030405001020304050煤炭消费量，亿吨GDP，万亿元煤炭消费现状与趋势预测亿吨500亿吨010203040506019501960197019801990200020102020203020402050预计到2050年，煤炭消费累计总量将超过1500万吨发展煤基清洁能源的战略需求我国正处于工业化、信息化、城镇化快速发展时期（1）能源需求总量将持续增加2011年，我国人均能源消费2.6吨标煤，约是加拿大、美国的1/4，韩国的1/3、日本的1/2；仅为OECD组织的1/3，保守预测2030年能源消费将翻一番发展煤基清洁能源的战略需求我国正处于工业化、信息化、城镇化快速发展时期（2）清洁能源需求快速增长发展煤基清洁能源的战略需求我国正处于工业化、信息化、城镇化快速发展时期（3）石油短缺、天然气对外依存度快速增加2011年，我国石油对外依存度58%PE、PP等化工品供应缺口较大天然气对外依存度21%，比2010年增加10个百分点050100150200250300350400450199319951997199920012003200520072009Mt/a石油供应交通通道的安全问题石油受地域政治、军事不稳定因素影响问题石油引起的外交问题世界石油博弈和冲突经济安全问题电力,约50%煤转化，约22%工业锅炉、窑炉约20%1、中国煤炭资源与生产、消费民用等,8%尘二氧化硫或硫化氢氧化氮汞砷氯煤焦油二氧化碳其它洁净煤技术的目标是高效、低排放利用煤炭•洁净煤技术是指在煤炭开发、加工、转化、应用过程中，旨在提高效率、减少污染的技术•1986年，以解决美国和加拿大之间燃煤跨国污染问题，提出发展洁净煤技术的概念•1995年，制定中国洁净煤技术发展纲要，推动治理煤污染•中国以煤为主的能源结构是客观存在，发展洁净煤技术是解决中国能源环境问题的重要选择•中国洁净煤技术具有显著的国情特色•高效清洁燃煤发电电力生产总体•装机（万千瓦）20002005200620072008200920102011总量31932517186237071822792738741096641106253火电2375439138483825560760286651087096776837%74.475.777.677.476.074.573.472.3水电793511739130291482317260196292160623298%24.822.720.920.621.822.522.421.9核电21068568590890890810821257%0.71.31.11.21.11.01.01.2风电34126207420839176029854623%0.10.20.30.61.12.03.04.4电力生产总体•发电量（亿千瓦小时）20002005200620072008200920102011总量1386524975284983264434510368124227847306火电1107920437237412720728030301173416639003%79.981.883.383.381.281.880.882.4电力生产总体•6000千瓦以上发电厂供电煤耗（克标煤/千瓦小时）20012002200320042005200620072008200920102011385383380376370367356345340333329g/kwh高效洁净燃煤是中国洁净煤技术发展重点•约75%的煤炭用于燃烧，其中发电消耗约50%，工业锅炉消耗约20%，其它约5%•燃煤污染是中国大气环境污染的主要源头，60%以上的粉尘、70%以上的SO2、50%的NOx，与煤燃烧有关高效低排放煤电核心关键技术：先进超超临界发电；IGCC发电；先进循环流化床发电；超超临界发电技术取得重大进步•1992年于上海建设了首台超链接机组•2006年，于江苏玉环建设了首台100MW超超临界机组•2013年1月，已经投产59台100MW超超临界机组，超过其他国家的总和•水的临界压力为22.11MPa、374℃，低于该压力为亚临界，高于为超临界•压力超过31MPa，温度593℃为超超临界，一般将600℃叫做超超临界25我国在高参数大容量机组的设计及制造、系统优化、高温部件材料等方面与发达国家仍有较大差距，亟待推进自主知识产权的先进高效煤电技术。开发出先进高效煤电技术及装备：大容量、高参数先进超超临界发电技术与装备。700℃关键材料新技术。亚临界超临界超超临界700℃20400%大型循环流化床燃烧技术（1）60年代，第一台循环流化床锅炉在美国投运（2）80年代初，国内开始应用循环流化床锅炉（3）80年代末，国产50—100MW达到先进水平（4）2006—2008年，国产200—300MW循环流化床锅炉投运（5）目前，国内有35—480t/h循环流化床锅炉2130台，其中35—310t/h的2013台，410—490t/h的150台（含在建）（6）总装机容量达到40000MW以上（7）开发600MW等级大型循环流化床燃烧技术中国CFB锅炉技术向大型化方向发展，已完成了300MW等级CFB锅炉的自主研制和示范运行，自主开发、设计、制造的600MW超临界循环流化床燃煤示范工程锅炉，于2011年7月投入商业运行。CFB锅炉在工程应用领域已经由“十五”期间主要是引进技术占绝对统治地位，转变为300MW及以下规模CFB锅炉以我为主、300MW以上规模CFB锅炉与国外技术相竞争。IGCC（整体煤气化联合循环发电）2012年我国第一座250~400MW等级的IGCC示范电站建成并投入运行。2020年，在我国第一座示范电站运行成功的基础上，随着环保要求的日益严格及造价的降低，IGCC发电技术有希望在我国得到一定程度的推广，有可能达到1500~2000MW。2050年，IGCC及其相关技术通过新装机组和对老厂的改造，预期达到12亿kW。烟气净化技术中国火电厂烟尘排放量年份200320042005200620072008200920102011万吨330346360370350330315160155克/千瓦小时2.11.91.81.61.31.21.00.50.4烟气净化技术中国火电厂二氧化硫排放量年份200320042005200620072008200920102011万吨100012001300135012001050948926913克/千瓦小时6.36.66.45.74.43.83.22.72.32011年，全国电力投运烟气脱硫机组6.3亿千瓦，是2005年的12倍；占燃煤机组90%，提高76个百分点322.2高效、清洁发电——减少排放亟待开发多种污染物一体化、深度脱除成套工业技术及CO2减排战略前沿技术。开发出先进污染物减排工业技术：污染物一体化、深度脱除等工业技术。CO2减排技术。•煤炭清洁转化C鸽子现象CHHHHCH4、CO、CO2、H2C+C+C+C+C+C+CHHHHHHHHHHHHHHHH原油、汽油、柴油、洗油、苯、润滑油等蜡、煤、沥青、聚烯烃等煤化工－鸽子原理产品CO、H2O2、H2O煤气煤气化反应CO、H22C＋O2COC＋O2CO2CO2+CCOC＋H2OCO+H2高温或压力氧气水蒸气煤煤气COH2制氢合成甲醇合成油合成天然气气体燃料合成氨加氢液化燃料其它二甲醚燃料烯烃其它汽油柴油其它化工品发电工业燃料民用燃料其它气化炉煤气化与化工合成甲烷197019802000199020052010年1995实验室研究、放大验证试验基础验证及工业化可行性研究放大试验研究1、神华上海6t/d直接液化PDU2、中科院太原700t/a费托合成3、兖矿鲁南5000t/a费托合成4、中科院陕西万t/aMTO工业示范运行煤洁净转化技术发展迅速基础研究小型试验放大及工艺验证试验工业示范大规模示范产业煤制天然气直接液化间接液化甲醇制汽油煤制烯烃煤制乙二醇CCUS自主开发工艺引进工艺•煤转化技术发展现状煤洁净转化技术发展迅速“十一五”建成一批示范工厂，进行了示范运行和技术完善，使我国在现代煤直接液化、煤基聚烯烃方面成为唯一掌握大规模工业技术的国家，在煤间接液化、煤基乙二醇方面成为少数掌握该技术的国家，显著提高了我国在该技术领域的竞争力和主动权。建成并投产运行5座煤制油示范工程，总产能168万t/年建成3座50--60万t/年煤制烯烃大型工程，总产能约170万t/年建成1座煤制乙二醇示范工程，产能20万t/年煤制天然气示范工程，规划总产能151亿立米/年★庆华伊犁55亿方/年SNG宁煤宁东52万吨/年MTP汇能伊旗16亿方/年SNG神华包头60万吨/年DMTO伊泰鄂市16万吨/年费托合成油神华鄂市108万吨/年直接液化神华鄂市18万吨/年费托合成油晋煤晋城10万吨/年MTG潞安长治16万吨/年费托合成油金德通辽20万吨/年煤制乙二醇大唐克旗40亿方/年SNG大唐阜新40亿方/年SNG大唐多伦46万吨/年MTP煤制油煤制烯烃煤制天然气煤制乙二醇建成投产即将建成投产或在建图注神华煤直接液化技术1Mt示范工程2004年奠基，2008年12月31日投料试车，截止2010年8月26日，实现累计运行大于5000小时全球唯一掌握现代加氢液化大规模工业技术的国家原料煤344.98万吨/年柴油71.46万吨/年液化石油气10.21万吨/年苯酚0.36万吨/年石脑油24.99万吨/年总计107.02万吨/年引领煤洁净转化产业的示范工程潞安示范工程2006年2月开工,2009年2月建成，2009年7月运行；联产30万吨合成氨，小型燃气发电内蒙大陆开发区，伊泰示范工程，2006年4月开工，2009年3月运行；鄂尔多斯神华示范工程2008年4月开工，2