全面推进煤炭高效、洁净、经济利用
陈家仁
（煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院，北京 100013）
［摘 要］ 介绍煤炭在我国能源结构中的重要地位，客观、全面地分析我国煤炭高效、洁净利用的技术水平，并对化石能源与核能、风能、太阳能、生物质能等的关系进行阐述，指出经济是煤炭高效、洁净利用前提下的第一要务和硬道理，只要以“科学发展观”为指导思想全面推进煤炭的高效、洁净、经济利用，就一定能为我国全面建设小康社会奠定起坚实的能源基石。
［关键词］ 煤炭；能源结构；煤炭利用技术水平；高效；洁净；经济
［中图分类号］ TQ 536 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）
1 煤炭在我国能源结构中的地位
煤炭过去被称为工业的粮食，也曾被荣称为“乌金”。我国化石能源资源禀赋具有“缺油、少气、相对富煤”的特点，因此在我国煤炭始终处于基础能源的地位，（3～5）×1012 t实实在在的煤炭储量是我国能源安全战略的基石，也是我国发展所需能源的镇山之宝。
近年来，北美地带非常规化石能源（页岩气、页岩油）的大量开采使美国这个世界上化石能源的消耗大户达到了基本自给，加上世界经济长期低迷，美元升值又较快，使得以美元计价的原油市场持续低迷，让伊朗、俄罗斯、委内瑞拉等产油国陷入困境。在我国，这几年进口的油气又便宜又有来源，煤炭使用获得部分替代，再加上这几年的大气污染问题突出，因此尽管在两会记者会上国家环保局局长陈吉宁在回答美国记者关于燃煤污染环境的提问时作出了正面的回答，但煤炭还是成了不少媒体的“众矢之的”和“众怒所向”。
当然，煤炭在某些领域（如冶金等）的应用这几年的确过于粗放，不论大气、水体都受其污染，因此常听到一些人提出“去煤化”或者“去煤依赖”。笔者认为，煤炭作为化石能源的一种，从我国和目前世界的能源格局来看，还是很重要的，目前情况下“去煤化”和“去煤依赖”这种提法不够务实，也未必全面；但煤炭的利用必须做到高效、洁净、经济，让国人今后能越来越放心地利用这个能源，这是我们应当努力坚持的方向，否则就会使我国的发展受到影响，使煤炭工业本身长期处于被动局面，对我国全面建成小康社会也会带来不利的影响。
上世纪60年代，原苏联等一些国家发现了大量的天然气，质优（热值高）价廉的天然气很快替代了煤制气。近年来，美国、加拿大等国在非常规天然气——页岩气的开发上获得了可喜的进展。国内一些专家、学者也想在中国复制美国的办法进行“页岩气革命”，因为我国的页岩气资源量位居世界第一，但目前技术上的差距使得我们开发页岩气的成本很高。所以，还必须按我国的具体情况来办事。
从化石能源的赋存情况来看，我国的煤炭资源相对较丰富，而油气资源较少，进口依存度较高，很多西方国家和媒体都千方百计地希望唱衰我国的能源供应安全战略。为此，我们一定要把经济、高效、洁净的煤气化技术发展好，使我们今天能靠着煤炭保证我国的能源供应，将来能靠煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系确保我国能源安全战略的安全。
2 目前我国煤炭利用技术的水平
通过客观、全面地分析我国煤炭高效、洁净利用技术的情况，笔者认为，我国的煤炭利用技术应该是处于世界领先水平的。
例如，以综合机械化采煤技术来说，神华集团的神东煤矿是世界一流的。
2006年，笔者在神华煤制油公司担任煤气化顾问时，南非的几位专家总想去看看我们的煤矿，当他们如愿看了神东煤矿后，笔者问他们有何感想，他们幽默地回答：“你们哪里是在采煤，你们在cut cheese（切奶酪）。”神东煤矿是我国综合机械化采煤的标杆企业，它的一个矿的产量就相当于以往一个统配煤炭矿务局的产量（10 000～20 000 kt/a），连井下的水泵房都是无人值守的，全员配置就300人，各矿都配备有浅床、重介质、块煤洗煤厂，投资、成本都不高，可确保原煤质量，灰分在客户要求的±0.5%范围内波动，广受用户好评。现在有人准备搞100人定员的更加高效的自动化矿井，当然，是否经济还有待验证。
神华集团在内蒙古包头的煤制烯烃（MTO）装置早已投运，并证明了其在经济、技术上的合理性。
神华集团在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗的1 050 kt/a直接液化煤制油示范工程，从规模和技术上都可称为世界上“开天辟地”的首创，而且很快就用长期、连续试运行的事实证明了其在经济、技术上的合理性。现在该工程正在完善其原计划的另外两条流水线建设，其产品与间接液化产品互相搭配，是很好的石油替代品。
神华旗下的宁煤集团，继完成甲醇项目、二甲醚项目后，煤制丙烯（MTP）项目也早已成功顺利投产，现又在努力建设世界上最大的单系列4 000 kt/a间接液化项目，采用的是中科合成油工程有限公司的SMFT催化剂技术、浆态床反应器以及在该公司成熟运用过的规模化的GSP气化技术。
中煤能源集团的平朔煤矿，在引进美国露天采煤技术的基础上，采用“露、井联采”技术，使其采煤的回采率高达85%，充分利用了地下的煤炭资源；对采完煤的地方进行复垦、造林，并通过建设智能温室大棚、奶牛场、家用陶瓷厂等方式反哺、回报当地的政府和当年提供土地的农民，把原来的荒山野地建设成雁北高原上的塞外明珠，树立了践行邓小平同志提出的“先富帮后富，走共同富裕之路”的典型形象。
中煤能源内蒙古乌审旗的图克化肥厂，其2套500 kt/a合成氨、800 kt/a尿素装置中运行着7台（五开二备）先进的φ3.6 m液态排渣的BGL加压气化炉。该气化炉以高气化效率（约90%的冷煤气效率）、低蒸汽消耗（汽/氧=0.9 kg/m3）、低污染物排放的方式长期连续运行着，单套气化设备造价只有7 000万～8 000万元，只相当于目前号称最先进的各类粉煤气流床气化炉的1/4，其比氧耗只有215 m3/1 000 m3（CO+H2），较水煤浆气化炉的比氧耗［400 m3/1 000 m3（CO+H2）］低近50%。
今后，如果把英国西田基地试验过的喷粉技术（类似我国冶金高炉上常用的喷吹技术）再应用成功，并实现工业化应用，可以将混夹在块煤内的粉煤全部予以利用，使原煤全部入气化炉得到利用，既可降低生产成本，又可提高经济收益。该技术已在我国很多钢铁厂应用，嫁接到BGL气化炉应用应该不难。
煤炭的洁净、高效利用，应重点关注其最大用户——燃煤火力发电。燃煤火电站的洁净煤技术基本分为以下三个方面：① 提高燃煤锅炉效率及污染物的净化；② 燃煤锅炉所产蒸汽参数的提高和汽轮机做功效率的提高（围绕热力学第二定律的卡诺循环）；③ 加压煤气化及煤气净化，燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机的综合煤气化联合循环发电技术（即IGCC技术）。
提高燃煤锅炉效率方面主要是PC（Pulverized Coal，磨细粉煤）锅炉的推广应用和循环流化床锅炉的推广应用。PC锅炉将燃煤锅炉的效率提高到接近完美的地步，而且采用低温燃烧工艺使烟气中的NOX含量得到适当的控制；循环流化床锅炉（CFBC），使高灰、低热值煤的利用达到理想的效果，添加石灰石后，可以使床内固硫率提高到85%，既节能又环保。
近年来，在燃煤锅炉蒸汽参数的提高和汽轮机做功效率的提高方面，即所谓的超临界、超超临界技术方面，我国的电力行业作了很大的努力。我国在燃煤电站的发展上，除了在某些高温材料上与国外先进水平存在一些差距且目前正在缩小外，基本上与世界先进水平相当。据2014年中国煤炭深加工产业发展报告，截至2013年底，我国已建成投产的GW级超超临界机组已经达到了60台，超过全球其他国家同类机组保有量的总和。
虽然我国煤气化联合发电的大型化机组还处于试验阶段(华能集团在天津的绿色电力项目等)，但作为大型煤化工厂内配套的IGCC动力分厂，在山东兖州一直运行良好。
目前我国在煤气化技术的发展上已经处于世界领先地位，将来中国的IGCC技术一定也会领先于世界上其他国家，相信通过大家的努力，高效、洁净且节水的综合煤气化联合循环发电技术的世界之最必将出现在中国。
3 化石能源与核能、风能、太阳能和生物质能等的关系
人们普遍认为地球上的能源主要来自于太阳的辐射能及其演变来的其他能，如风能、水能、潮汐能、生物质能及其经历漫长年代所形成的化石能源。
核能为利用核反应将部分的物质转化成能量。据核反应的情况分为核裂变和核聚变两类。目前人们所说的核电站，实际上只是可控核裂变反应堆产生的能量工程化用以加热水产生蒸汽再发电的电站。核裂变不同于核聚变，反应过程中会生成一些具有放射性的物质，因此会污染环境，这就是原苏联切尔诺贝利核事故和日本福岛核泄漏事故造成大灾难的根本原因。世界各国都在攻关的可控核聚变，即所谓的“托克马克”工程，至今远未达到工程化应用的地步，其技术、环境等方面的情况还无法评说。
以笔者的认识来看，不管是法国的核电技术，还是美国西屋公司的AP-1000技术，或是我国的新核电技术，都还是利用核裂变反应能的产品，除了战争时与水电站大坝一样要考虑敌方的攻击如何防御外，在选择使用时应特别关注核电站的安全，应尽可能建在远离人口密集的地带，建设时多考虑一些安全的应急措施和预案，并且要让老百姓有知情权，要对人民群众负责。对于核电站本身，要考虑的是核原料棒的供应、电站的安全运行、核废料的处理三方面的问题
更多内容详见《中氮肥》2017年第1期