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中国发电用煤占煤炭消费总量的50%以上,如果按计划到2020年全部实现超低排放发电,这一措施将解决中国50%以上煤炭的清洁高效利用问题。
2)传统煤化工绿色升级清洁化治理工作已经取得成效。
传统煤化工特指炼焦、电石、煤制合成氨(尿素)和固定床气化联产甲醇4个产业,现代煤化工产业中大量以甲醇为中间原料平台,本文将煤制甲醇归类于现代煤化工领域中一并说明。
(1)中国炼焦产能约6.5亿t,年产焦炭4.5亿t左右。过去污染大、能耗高、焦炭质量差的土法炼焦和小机焦已经全部淘汰,现有焦炉均改造提高为大型机械化焦炉,并大量采用干熄焦工艺和焦化副产品的深加工综合利用,使中国炼焦产业完全改变了过去的落后面貌。焦炉煤气生产合成氨、甲醇、分离提氢、提取天然气并网和生产液化气(LNG)都已普遍实施;焦油深加工和加氢精制各种精细化学品已成为新兴产业,目前还在进一步发展炼焦行业VOCs和消味治理,焦化产业绿色升级已经成为共识,相关技术已经成熟,期待不久的将来传统煤焦化产业绿色化、清洁高效化和“三废零排放”将全面实现。
(2)中国煤制合成氨产能5700多万t。传统煤制合成氨(小化肥)限于当时气化炉技术和装备水平,污染较大、能耗较高、含酚废水治理困难,一度成为污染的“重灾户”。随着现代煤化工技术的发展,大型粉煤高温气化技术不断涌现并得到快速推广应用,大型粉煤高温气化炉替代过去原有的固定床气化炉,已经成为化肥行业的发展趋势,将彻底解决块煤固定床中温气化工艺焦油和酚水难处理的问题,使中国传统的煤制合成氨产业迎来绿色、清洁生产的新时代。
(3)中国电石产能4000余万t,2015年产量2400多万t,主要以煤为碳源,目前电石炉尾气综合利用工作也在普遍开展,清洁化水平不断提高。
3)现代煤化工煤炭清洁高效转化发展迅速,进展喜人。
现代煤化工以大型高温气化技术为标志。中国经过10余年的示范建设,已经实现煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制芳烃、煤制乙二醇、大型煤制甲醇二甲醚和大型煤制甲醇制汽油的产业化。截止目前,中国已经建成各种煤制油总产能743万t/年,其中直接制油108万t,间接制油150万t、煤油共炼45万t、煤经甲醇制汽油60万t、焦油加氢制油380万t。煤制气31亿m3/年、煤制烯烃474万t/年、煤制乙二醇160万t/年,百万t级煤制芳烃示范工程和百万t级低阶煤分质分级利用示范工程正在建设中。此外,煤制甲醇蛋白、煤制醋酐以及甲醇、烯烃、油品深加工精细化、高端化、差异化也在快速发展。
现代煤化工所需的大型关键工艺、技术和装备逐步国产化,不少工艺技术拥有自主知识产权。包括大型气化炉、大型空分、变换、分离净化、脱硫、合成、催化剂、煤化工污水处理和循环利用等都取得很大进步,使中国现代煤化工技术处于世界领先地位。目前示范项目已经证明以煤为原料,可以生产出大多数油气化工产品、清洁油品和天然气,而且部分煤基化学品的品质和成本还比较有优势,为中国化工原料多元化和煤炭的清洁高效利用开辟了广阔前景。
通过现代煤化工转化,不单是实现煤炭产品的多元化,提高经济价值和应对煤炭市场波动风险的能力,也使中国的油品国家能源安全保障得到极大的提高。通过现代煤化工转化,使煤炭得到清洁高效利用,传统直接燃煤的含硫和高挥发分逃逸等问题得到了很好的解决,煤中的硫分全部得到回收并作为硫资源产品。此外现代煤化工所采用的煤源从一开始的优质煤发展到褐煤、高硫煤煤化工,大大拓展了这些低品质煤资源的清洁高效利用。
4)锅炉窑炉用煤清洁化技术已经得到解决。
根据有关资料,中国各种中小型燃煤工业锅炉保有量从最高时期的约55.3万台下降到目前约47万台,各种窑炉约13万台,年耗煤约7.5亿t。长期以来,由于中小型燃煤工业锅炉生产和使用门槛较低,单炉容量小,生产和使用随意,导致中国中小型工业锅炉技术进步不受重视、研发投入少,无论是主机还是辅机技术进步都很缓慢。锅炉效率低、污染物控制设施简陋,甚至大量小吨位锅炉没有排烟净化设施,长期直排大气中,少有的除尘设施效率低下,脱硫、脱硝设施几乎为空白。
中国中小型燃煤工业锅炉长期采用层燃型链条炉,由于技术落后、燃用煤质差、燃烧效率低、运行管理不规范、运行负荷不稳定、维护保养不及时、工况监测控制不齐全,而且大量供热锅炉因季节性因素负荷变化较大,实际燃烧效率、锅炉热效率平均比国际先进水平低15%-20%,导致目前烟尘排放超过全国排放总量的40%,二氧化硫排放量占全国排放总量的35%以上,成为严重的大气污染物排放源,是当前中国大气污染治理的首要问题。
中国近几年研发成功并快速推广应用的中小型煤粉工业锅炉,一改传统长期沿用的链条炉排式层燃老旧炉型,给中小型燃煤工业锅炉带来了质的飞越。通过统一制粉、统一配送、密闭运输和储存、喷粉燃烧和锅炉自动控制无人值守、完善的的烟气净化控制配套,实现了燃煤工业锅炉的高效清洁化。新型煤粉型工业锅炉系统燃烧效率达到98%以上,热效率达到90%以上,与传统的链条炉排锅炉相比较,其平均效率由65%提高至90%以上,综合节煤率超过30%;粉尘减少90%以上、SO2、NOx减少70%-80%,是中国中小型燃煤工业锅炉的理想换代设备。粗略估算,如果47万台中小型燃煤工业锅炉全部更换为新型锅炉,每年可减排二氧化碳约5亿t、二氧化硫约300万t、粉尘约30万t、废渣约3000万t,可节约燃煤1.5亿t以上,完全可以解决目前存在的工业锅炉能效低和大气污染严重问题。
对窑炉的燃煤污染治理相对复杂。目前大量发展的烟气净化一体化设备,较好地解决了窑炉烟气污染问题。对与物料混合燃烧型用户(石灰、水泥、砖瓦)只能采用烟气高效净化方式;对玻璃、陶瓷、轧钢加热一类的窑炉用户,治理方式众多,既有对烟气总排放口进行直接净化,有条件的也有改烧天然气,也有大量通过建设产业园区将用户集中,由产业园区集中进行煤制气,集中供应、集中净化加以治理,效果显著。
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