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工程院院士倪维斗中国煤炭清洁高效利用之路-【新闻】

发布时间:2021-05-28 19:09:31 阅读: 来源:灯盘厂家

工程院院士倪维斗:中国煤炭清洁高效利用之路

6月12-13日,“第十三届洁净煤论坛2014”在北京召开,本届大会以“亚洲新能源局势下的洁净煤产业动态聚焦”为主题,来自中国煤炭协会、发改委能源研究所、美国能源部、中国华能集团、中石化经济技术研究院等国内外嘉宾集聚一堂,探讨国际洁净煤产业趋势解析与展望、大型燃煤发电项目建设新进展及产业新规划、煤炭深加工与综合利用产业前沿技术聚焦、前沿洁净煤技术聚焦及案例分享等热点问题。中国工程院院士倪维斗做了主题为“中国煤炭清洁高效利用之路”的发言,下面是由北极星节能环保网整理的会上发言:

今天我非常高兴参加这个会,和大家交流一下关于中国的煤炭的一些问题,煤炭的问题实际上很尖锐了,应该来说全世界环境问题已经非常严重了,中国的问题是更加严重,一个是气候变化,再加上二氧化碳排放已经到了世界第一,没有确切的数字,大概是70-80亿吨/年,美国现在60亿吨/年,远远超过美国;第二个问题是能源安全,一些燃料我们中国大量进口,差不多每年要进口2.5亿吨,消费量是4.5亿吨,自产不到2亿吨,进口的来源,进口的成本,进口的出路,将来都有很大的问题;还有个问题是PM2.5的问题,从能源的结构和整个生活方式都有很大关系,包括油品的质量,以上这几个问题很困扰我们中国的发展。目前,从长远来看,化石能源仍然是世界上主要的能源,煤、石油、天然气到2050年差不多各占27%左右(能源消费总量),核电、水电、可再生能源各占7%,看起来大头还在化石能源,尤其现在核能全世界都有一些想法,从某种意义上来说,煤的问题就比较突出一点儿,“Thefutureofcleanenergyisdirtycoal”,中国这个时期,议论很多,尤其雾霾天气出来以后,大家感觉到煤是罪魁祸首,想把煤砍掉,但是中国看起来砍不掉,煤炭在相当时期仍然是我们国家的能源主力,在中国,如果不解决煤的清洁利用问题,那么中国的所谓低碳发展都是不可能的。回顾一下我国可再生能源的情况,到2020年,我国可再生能源所能提供的能量大概是6亿吨标准煤,而2020年我们能源总量是多少呢,说法不一,45亿吨标准煤上限,我们要控制能源消费总量,可再生能源6亿吨(tce)占能源总量45亿吨(tce)的13%左右,可再生能源还要发展,到2050年,大概是15亿吨(tce),而到那时能源总量现在很难答复,大概65亿吨(tce),总的来说,可再生能源将要发挥作用,但是作用比较有限,根据这个情况,初步的安排就是到2050年,我国的能源结构是煤、油、气、核再加上可再生,煤还是占主要部分,到2050年,我国人均能源消费量大概是4tce/年,这是比较低的水平,美国现在人均能源消费量大概是11tce/年,英、德、法等国大约消费6-7tce/年,日本稍低一点儿。中国的二氧化碳排放是个尖锐问题,到2020年单位GDP的二氧化碳排放量减少40%-45%,到2050年,全世界二氧化碳排放量要比1990年下降一半,只能排放104亿吨(1990年208亿吨)。中国将来二氧化碳的减排主要落在煤身上。

中国将来1200亿吨煤怎么用呢?一个是发展电力,电力是最好的二次能源,用起来最方便,效率最高,还有一个是煤基多联产能源系统技术。先进的燃煤发电技术先介绍上海外高桥第三发电厂的一些指标,目前该电厂的煤耗量是276gce/kwh(全国是330gce/kwh),在全年平均负荷率为75-81%的条件下,其实际全年平均供电煤耗(包括脱硫和脱硝)276gce/kWh,粉尘排放11.63mg/m,二氧化硫排放317.71mg/m3,氮氧化物排放27.25mg/m3,除了二氧化碳排放以外,其他排放已经达到气电的水平,目前来看,在中国做一个超超临界的电站投资也就4000元/KW,相对其他来说便宜得多,唯一的根本问题是二氧化碳的问题,这是上海外三的模式不能处理的。二氧化碳在烟气中的收集成本很高,全世界做过很多工作,基本上是这样,如果要从烟囱的烟气中把二氧化碳收集起来,同时埋存的话,无论是基本投资,电价会大幅度增加,因为烟气中的二氧化碳浓度比较低(13%-14%),燃烧时是空气燃烧,大量的氮气存在,所以从烟气中收集二氧化碳比较难,要大量的喷淋,还要用化学物质分离,总的来说就是这样的情况,电厂的发电效率要降低11%-12%(这就是煤直接燃烧效率会降低),同时单位成本提高,投资成本增加一倍;本身的发电成本也增加,这条路大家都在说(国外也说),但是真正的商业化大规模使用在目前还没有,我感觉这个路照目前这个技术条件,这么走不现实,以上是超超临界的发展。第二条呢就是IGCC,现在我们华能集团在天津有一台250MW的,现在已经基本运行了,但是最主要的问题就是系统复杂,价格较贵,首套的造价差不多12000元/KW,而超临界也就4000元/KW。我个人看法是这样,IGCC本身是很好的概念,在目前条件之下,在中国纯粹的发电的IGCC估计也不会有大发展,但是IGCC有一个最大的优点就是将来比较容易的把二氧化碳取出来,二氧化碳浓度较高达到40%左右,压力比较大,体积比较小,容易取出。所以我们基本是这样一种方案,多联产或者叫能化共轨,也就是说煤经过气化以后成为合成气,合成气出来以后净化,它可以同时又生产化工原料,又同时发电,两者同时进行,这样把一些煤里的物质利用和能源利用得到最好。所以这样的系统,我认为应该重点来做的,这样有几个好处,一个就是通过化工合成与动力生产过程的集成耦合,把能量流、物质流总体优化,同时氢碳产品的合理利用,电力与化工在运行当中可以互相调峰,使最昂贵的气化系统总是满负荷运行,后面的产品来调解它利用的多少。多联产我们也做了一些仔细的分析,多联产有串联形式和并联形式,并联形式就是把气化炉出来的气体分成两部分,一部分做化工产品,一部分发电;串联形式是把气化炉出来的合成气先到化工里去反应,把化工不能反应的尾气拿到燃气轮机里去燃烧发电。我们发现串联的要比并联的好,我们考验一个系统或者一个物质最好的两个指标是节能率,物质利用率。串联系统的节能率(比并联系统)可以高8个百分点,碳元素和氢元素的利用率也优于并联系统,所以说串联的无变换不再循环的这种多联产系统效率(45%)最高,碳元素和氢元素的利用率最高,同时根据目前技术的发展,高温净化技术,能效能进一步提高3%达到49.3%。如更好的制氧办法,空分制氧代替制氧机,又可以提高效率到50%,还有就是燃技术机(1700℃)效率达53%,还有一个就是水煤浆加热,水煤浆进入气化炉以前预热一下,把其中的水蒸气在炉子中所要耗费的能量先在外面蒸发了,这样可以节省很多炉子里的能量。所以我认为这个系统中国就好好做,这个系统对二氧化碳减排都大有好处。多联产是综合解决我国能源问题的重要方案,有助于缓解能源总量要求,尤其是可以用大量的高硫煤来做;有助于缓解液体燃料短缺,可以大规模地生产甲醇、F-T合成油等替代燃料,缓解石油进口压力;彻底解决燃煤污染问题,同时就是用甲醇来做二甲醚,二甲醚是基本上和LPG(液化石油气)同样性质的液体,可以大量的供应小城镇的需要;满足未来减排CO2的需要,所以说,在煤的清洁高效利用方面电化共轨(或能化共轨)有很大潜力,是重要方向。

再说一下CO2的捕捉问题,现在也很多外国公司跑到中国来介绍自己的技术,基本上都是直接燃烧,从电厂烟囱中捕捉CO2,中国应该从三阶段来做,第一阶段:利用从天然气中分离出来的CO2强化石油开采(EOR)及回收煤层气(ECBM);第二阶段:煤化工中的CCUS(正在排空的至少有几千万吨CO2,这部分CO2的捕捉要比直接燃煤电厂容易得多);第三阶段:直接燃煤电厂中的CCUS(这是个耗能工程,比煤化工中的CCUS困难的多)。现在实施煤炭现代化战略刻不容缓,目前正值新一轮电力建设高潮;现在兴建技术锁定(technicallocking)的电厂将决定2020年及以后的煤炭利用模式;错过这一时期,今后实施煤炭现代化战略将更为困难;继续按传统技术模式发展,将导致环境、能源安全、温室气体排放等一系列困难。如果延误过渡到以煤气化为核心的多联产技术的时机,将会:显著增加将来中国治理空气污染的成本;难以控制未来石油进口;大大增加减排温室气体的成本。

以上这三种煤高效清洁利用的技术途径各有千秋,要因时、因地而宜,但必须要有一个顶层设计、总体规划。

(编辑总结:煤炭清洁高效转化的途径:1.先进的燃煤发电技术(1)超超临界投资成本低,缺点是二氧化碳收集难度大,成本高(2)IGCC优点是收集二氧化碳较容易,缺点是系统复杂,价格较贵2.煤基多联产能源系统技术,串联无变换系统性能最优。二氧化碳捕集:从三阶段来做,第一阶段:利用从天然气中分离出来的CO2强化石油开采(EOR)及回收煤层气(ECBM);第二阶段:煤化工中的CCUS;第三阶段:直接燃煤电厂中的CCUS。)

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