王娜，莫君媛

（中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院工業(yè)節(jié)能與環(huán)保研究所，北京，100846）

非電領域煤炭集中清潔高效利用技術解決方案及推廣政策研究

王娜，莫君媛

（中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院工業(yè)節(jié)能與環(huán)保研究所，北京，100846）

我國“富煤、少氣”，煤炭清潔高效利用是現(xiàn)階段解決我國資源環(huán)境制約的關鍵。目前，我國火電行業(yè)常規(guī)污染物減排成效顯著，污染物進一步削減面臨邊際空間遞減、邊際成本攀升的制約，而鋼鐵、水泥、玻璃和陶瓷等非電領域排污強度大，且受制于技術、成本和機制等約束，污染治理步伐明顯滯后，已成為我國大氣污染防治的“短板”。新型模塊化梯級回熱式清潔煤氣化技術等先進煤炭清潔利用技術的出現(xiàn)，為非電領域大氣污染治理和煤炭清潔集中高效利用提供了可靠技術解決方案。實地調(diào)研結果和技術經(jīng)濟分析表明，新型模塊化梯級回熱式清潔煤氣化系統(tǒng)具有制氣成本低、制氣過程清潔環(huán)保、經(jīng)濟效益高等特點，節(jié)能減排效果顯著，市場前景廣闊。政府應加大對先進煤炭清潔利用技術推廣應用的支持力度，在重點城市和工業(yè)園區(qū)加快推廣，運用PPP等模式助力推廣，加大正向激勵政策力度，強化非電領域淘汰落后、環(huán)保標準約束并加強監(jiān)管。

煤炭清潔利用；煤制氣；非電領域

一、引言

煤炭清潔高效利用是當前解決我國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和資源環(huán)境制約問題的關鍵?，F(xiàn)階段，燃煤發(fā)電減排空間日益縮小，工業(yè)窯爐等非電領域污染治理形勢嚴峻，成為現(xiàn)階段大氣污染治理的短板。新型模塊化梯級回熱式清潔煤氣化技術等煤炭清潔利用技術的出現(xiàn)，為非電領域煤炭清潔高效利用提供了可靠途徑。模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術彌補了傳統(tǒng)非電領域散煤利用方式能效低、污染大等方面的不足，具有煤種適應性強、制氣成本低、制氣過程清潔環(huán)保、經(jīng)濟效益高等特點，可在非電領域?qū)崿F(xiàn)煤炭清潔集中高效利用，對解決現(xiàn)階段大氣污染問題，滿足工業(yè)綠色發(fā)展對低成本清潔燃料的需求，具有重要意義。

二、非電領域煤炭不清潔利用是大氣污染防治的短板

1. 煤炭清潔高效利用是治霾關鍵

2015年，我國煤炭消費總量約39.6億噸，占一次能源消費總量的64%。燃煤和不清潔用煤是大氣污染的主要來源之一。全國70%的煙粉塵排放、85%的二氧化硫排放以及67%的氮氧化物排放都源于以煤炭為主的化石能源燃燒［1］。近年來，部分省份為應對大氣污染問題，強制出臺了限制工業(yè)用煤、推動天然氣替代的政策，但受天然氣供應不足及成本制約，多數(shù)地區(qū)工業(yè)領域煤改氣政策落實進展緩慢。鑒于我國“富煤、少氣”的資源稟賦特點，煤炭的能源消費主體地位短期內(nèi)仍無法被取代。因此，煤炭清潔高效利用應成為當前解決我國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和資源環(huán)境制約問題的首要戰(zhàn)略選擇。

2. 非電領域污染治理形勢嚴峻

目前，我國煤炭消費中45%為電煤、50%為工業(yè)非電領域用煤、5%為生活用煤。截至2015年底，全國煤電機組脫硫設施、脫硝設施安裝率已分別達到99%和92%，煤電行業(yè)常規(guī)污染物排放指標已經(jīng)達到世界先進水平，電力行業(yè)污染物進一步削減面臨邊際空間遞減、邊際成本攀升的制約。與電力行業(yè)污染治理成效相比，非電領域污染治理進度和煤炭清潔利用水平明顯落后于電力行業(yè)［2］。非電領域煤炭利用方式有直接燃燒、“前端固定床煤氣發(fā)生爐制氣+后端窯爐環(huán)節(jié)燒煤氣”等［3］。工業(yè)燃煤小鍋爐、工業(yè)燃煤窯爐排放系數(shù)高，尤其是使用高硫、高揮發(fā)的劣質(zhì)煤時對空氣質(zhì)量影響更大。傳統(tǒng)固定床煤氣發(fā)生爐因制氣成本低，在工業(yè)領域應用數(shù)量眾多，其中約一段爐2萬臺、二段爐1萬臺，其煤氣化過程會直接排放大量的煙粉塵、二氧化硫，以及大量十分難處理的焦油、酚水等，環(huán)境污染十分嚴重。我國部分地區(qū)已明令逐步淘汰固定床煤氣發(fā)生爐，但由于替代水煤氣的天然氣價格高會導致企業(yè)生產(chǎn)成本大幅增加，煤改氣進展緩慢?？梢?，要補齊非電領域大氣污染防治短板，滿足工業(yè)綠色發(fā)展對低成本清潔燃料的需求，推進非電領域煤炭清潔集中高效利用，亟須大力發(fā)展可使用低階煤、綜合轉化率高，環(huán)境治理成本低、經(jīng)濟效益好的清潔煤氣化技術。

三、模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術應用調(diào)研分析

模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術是先進的煤炭清潔集中高效利用技術［4］，為工業(yè)園區(qū)提供清潔、廉價的燃料氣，目前在陶瓷、氧化鋁等行業(yè)已經(jīng)成熟應用，是非電領域煤炭集中清潔高效利用的成熟解決方案，通過了由工業(yè)和信息化部組織的科技成果鑒定和國家重點環(huán)境保護實用技術示范工程考察。該技術及成套裝置是基于循環(huán)流化床氣化原理開發(fā)的一種新型清潔煤氣化工藝，技術系統(tǒng)包括主氣化工藝和后處理工藝。原煤經(jīng)破碎篩分送入氣化爐，氣化劑經(jīng)高溫換熱器預熱后進入氣化爐與碎煤反應生成粗煤氣和爐渣，反應后爐渣以固態(tài)形式排出，粗合成氣經(jīng)旋風分離器實現(xiàn)煤顆粒在爐內(nèi)外循環(huán)，增加煤顆粒在床層內(nèi)的停留時間從而提高碳轉化率，分離后經(jīng)三級換熱器進一步回收余熱，經(jīng)過干式除塵和濕法脫硫等后處理工藝后經(jīng)加壓機送至用戶使用，制氣過程清潔環(huán)保，生成的煤氣清潔程度相當于國家二類天然氣標準，非常適合園區(qū)供氣，市場空間廣闊。

1. 技術經(jīng)濟分析

通過對安徽馬鞍山技術研發(fā)基地、沈陽法庫陶瓷工業(yè)園示范工程、廣西信發(fā)鋁業(yè)等的清潔煤氣化項目的調(diào)研，模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術特點和技術經(jīng)濟分析如下：

1）適合園區(qū)集中供清潔煤氣。清潔煤氣化設備單爐產(chǎn)氣量最大達4萬立方米/小時，煤氣熱值范圍為1300-2200大卡/立方米，并可根據(jù)實際需要進行模塊式組合，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)中不同工藝對燃料的需求，適合工業(yè)園區(qū)大范圍集中供氣，可將園區(qū)內(nèi)企業(yè)分散、不清潔、低效的散煤利用方式轉變成集中清潔高效利用，從源頭上解決園區(qū)工業(yè)燃煤小鍋爐、工業(yè)燃煤窖爐的污染排放問題。清潔煤氣化系統(tǒng)集成度高，采用自動控制系統(tǒng)，能有效保障園區(qū)供氣的可靠性和安全性。

2）制氣過程清潔環(huán)保。清潔燃煤氣化系統(tǒng)由于反應溫度比傳統(tǒng)固定床煤氣發(fā)生爐高，原料中的揮發(fā)成分、焦油、重質(zhì)碳氫化合物等裂解較為完全，制氣過程不產(chǎn)生焦油和酚氰廢水等污染物。且采用干式除塵和前置脫硫，避免傳統(tǒng)水洗除塵帶來的耗能、耗水等問題，產(chǎn)出的低含碳灰渣可用作建材原料，可基本實現(xiàn)無固廢排放。產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)除塵、脫硫后含塵量低于10毫克/立方米、硫化氫低于20毫克/立方米，顆粒物和硫化氫含量僅為水煤氣的1/20和1/15-1/20，清潔程度接近天然氣。

3）工藝流程高效。清潔燃煤氣化系統(tǒng)通過旋風分離器增加煤顆粒在床層內(nèi)的停留時間提高碳轉化率，系統(tǒng)綜合碳轉化率超過95%。該技術通過能量梯級回收利用，如高溫余熱用于預熱氣化劑，實現(xiàn)“高溫助燃”，煤氣熱值最高可達2200大卡/立方米。該技術可使用洗選后的碎煤和粉煤以及含雜質(zhì)較多的泥煤、褐煤等低階煤，充分發(fā)掘了低階煤的利用效率。

4）制氣成本低。該技術可用碎煤為原料，相對于傳統(tǒng)固定床煤氣化爐必須使用的塊煤而言成本較低。清潔煤氣的制氣成本大約是固定床煤氣發(fā)生爐的4/5，以天然氣同等熱值計算，清潔煤氣的制氣成本約為2元/立方米，遠低于大多數(shù)城市的工業(yè)用天然氣價格，僅相當于廣東、浙江、安徽、江蘇等地工業(yè)用天然氣價格的1/2左右。

5）投資回收期短。清潔燃煤氣化系統(tǒng)的一次性投資較大，單臺（套）4萬立方米/小時設備投資額約為5200萬元，但清潔燃煤氣化系統(tǒng)占地面積小、運行成本低、投資回收期短，主體裝備使用壽命約15年左右，中長期投資效益遠高于使用天然氣和傳統(tǒng)固定床煤氣發(fā)生爐。

2. 市場前景和節(jié)能減排效果分析

市場前景廣闊。目前，該技術已在國內(nèi)陶瓷、氧化鋁等行業(yè)成熟應用，還可拓展至金屬深加工、造紙、紡織行業(yè)以及集中供燃氣的工業(yè)園區(qū)，市場前景廣闊。在緊迫的大氣污染治理壓力下，模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術具有廣闊的市場空間。從總量上看，目前我國固定床煤氣化爐設備保有量約為3萬套，相當于1.8萬套1萬立方米/小時的模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化系統(tǒng)，預計未來我國清潔煤氣化技術裝備市場和延伸燃料市場空間將達9000億-10000億元。

節(jié)能減排效果顯著。模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術可以為陶瓷、玻璃、造紙、紡織印染和金屬深加工行業(yè)的高耗能高污染企業(yè)提供高效、清潔、廉價的燃料，促進這些非電行業(yè)實現(xiàn)煤炭清潔集中高效利用，節(jié)能減排效果顯著［5］。如果現(xiàn)有存量固定床煤氣化爐全部改用清潔燃煤氣化系統(tǒng)，可實現(xiàn)年節(jié)煤3300萬噸，減排二氧化硫300萬噸、酚氰廢水3300萬噸、粉塵200萬噸，減排量相當于全國二氧化硫年排放量的15%、粉塵年排放量的15%（見表1）。

表1　模塊化梯級回熱式清潔燃煤氣化技術節(jié)能減排潛力

四、加快推廣煤炭清潔高效利用技術的建議

1. 在重點城市和園區(qū)加快推廣

一是以重點用煤城市為主體開展工業(yè)煤炭清潔高效利用，推廣先進煤炭清潔利用技術，落實《工業(yè)領域煤炭清潔利用行動計劃》。在河北、山東、遼寧、廣東等重點用煤地區(qū)創(chuàng)建工業(yè)煤炭清潔高效利用試點城市，編制區(qū)域煤炭清潔利用實施方案，因地制宜對非電領域重點耗煤設施實施淘汰落后和先進煤炭清潔利用技術推廣，綜合提升區(qū)域煤炭清潔高效利用整體水平。二是以工業(yè)園區(qū)為突破口集中推廣先進煤炭清潔利用技術。開展利用煤炭清潔利用技術向園區(qū)、城市集中供氣試點示范，將分散、不清潔、低效的散煤利用方式轉變成集中清潔高效利用。地方政府可組織協(xié)調(diào)工業(yè)、財政、環(huán)保等相關主管部門形成聯(lián)合工作機制，簡化煤炭清潔利用項目審批手續(xù)，加快項目實施進度。尤其是針對工業(yè)窖爐燃煤過程的污染排放問題，選擇廣東、福建、山東等省的陶瓷園區(qū)，遼寧、山東、浙江、廣東、福建等地的玻璃園區(qū)以及山東、山西、河南、貴州和廣西的氧化鋁園區(qū)，以及集中供燃氣、熱電聯(lián)產(chǎn)的工業(yè)園區(qū)推廣煤制清潔煤氣，形成可復制的園區(qū)應用成功案例，并逐步擴大應用范圍。

2. 運用PPP等新模式助力推廣

一是靈活運用政府與社會資本合作的PPP模式積極推廣先進煤炭集中清潔高效利用技術。由技術方、地方（園區(qū)）政府、用能企業(yè)（其他社會資本）各投資1/3，實施園區(qū)清潔廉價燃料集中供應。建立地方政府、供能企業(yè)、用能企業(yè)等共同協(xié)商的清潔燃料定價管理機制，以確保投資方和用能企業(yè)的利益。清潔煤技術擁有方主要承擔項目設計、建造、運營、服務等職能；地方政府主要負責能源定價管理、補貼撥付以及相關優(yōu)惠政策的落實。二是在非電領域大力推廣第三方能源服務模式。鼓勵工業(yè)企業(yè)通過從第三方能源服務公司購買清潔能源的模式，實現(xiàn)污染物源頭控制［6］。三是成立煤炭清潔高效利用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的方式推動煤炭清潔利用技術深度研發(fā)和推廣應用。

3. 強化環(huán)保標準約束和淘汰落后

一是完善非電領域煤炭清潔利用標準。加快修訂《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》和燃煤重點行業(yè)污染物排放標準，針對部分耗煤量大、污染嚴重的關鍵工業(yè)窯爐裝備制定專門的能效和環(huán)保標準。制定清潔煤氣產(chǎn)品標準，通過產(chǎn)品標準明確賦予清潔煤氣節(jié)能環(huán)保屬性。制定和完善促進工業(yè)窯爐等非電領域的煤炭清潔高效利用的技術標準與導則，規(guī)范和引領非電領域煤炭清潔高效利用。二是加強淘汰落后和環(huán)保監(jiān)管。及時修訂《產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整指導目錄》和《環(huán)境保護綜合名錄》，加快淘汰落后工業(yè)爐窯等非電領域用煤設備，明確區(qū)分煤炭利用的重污染工藝和環(huán)境友好工藝。強化能耗、環(huán)保、質(zhì)量和安全標準監(jiān)管，堅決深入整治違法排污企業(yè)，開展現(xiàn)場監(jiān)察、聯(lián)合監(jiān)察、交叉監(jiān)察等多種形式的節(jié)能監(jiān)察行動，通過嚴格監(jiān)管倒逼非電領域落后用煤設備的改造升級和煤炭清潔高效利用技術推廣。

4. 加大正向激勵政策力度

充分發(fā)揮市場機制和經(jīng)濟杠桿作用，創(chuàng)新非電領域煤炭清潔高效利用支持扶持政策［7］。一是實施環(huán)保價格和補貼政策。借鑒火電行業(yè)環(huán)保補貼方法，對研發(fā)推廣清潔燃煤技術的環(huán)保企業(yè)給予一定的補貼，補貼方式可按照單位產(chǎn)品清潔用煤量來核算。支持企業(yè)采用先進的煤炭清潔高效利用技術淘汰落后的煤炭利用方式，對主動改造不清潔用煤工藝的污染企業(yè)給予一定的財稅扶持。二是加強資金支持引導。建議國家設立工業(yè)綠色發(fā)展基金，并建立煤炭清潔高效利用子基金，引導資金流向工業(yè)窯爐等非電領域煤炭清潔利用和技術改造。三是大力發(fā)展綠色金融。采取財政貼息等方式在煤炭清潔利用領域推廣綠色信貸，加強信貸政策與工業(yè)技術改造、產(chǎn)業(yè)升級等銜接配合，完善對先進清潔煤技術應用項目的擔保機制，加大風險補償力度。四是在非電領域建立和完善環(huán)?！邦I跑者”制度，給予環(huán)?！邦I跑者”財稅政策支持，推動非電領域污染物防治從“底線約束”轉變?yōu)椤暗拙€約束”與“先進帶動”并重。

［1］王麗麗.煤炭清潔利用如何從藍圖變?yōu)楝F(xiàn)實？［N］.中國煤炭報，2015-05-25.

［2］王輔臣，代正華.煤氣化-煤炭高效清潔利用的核心技術［J］.化學世界，2015，01：51-55.

［3］濮洪九.關于推進我國煤炭清潔生產(chǎn)與利用的相關思考［J］.中國能源，2010，03：5-8.

［4］李紅艷.中國煤炭清潔利用技術發(fā)展概況［J］. 科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2010，09：63-65.

［5］劉莎莎.科達機電煤氣化爐為傳統(tǒng)能源減排［N］.證券時報，2010-07-12.

［6］趙劍峰.低碳經(jīng)濟視角下煤炭工業(yè)清潔利用分析及政策建議［J］.煤炭學報，2011，03：514-518.

［7］許紅星.我國煤炭清潔利用戰(zhàn)略探討［J］.中外能源，2012，04：1-13.

Study on the Policies and Technical Solution of Centralized Clean and Highly Efficient Utilization of Coal in Non-electric Field

Na Wang， Junyuan Mo
（The Development Center of Information Industry of China， Beijing， 100846， China）

The energy structure of China is rich in coal and poor in natural gas， so clean and efficient utilization of coal is the key to solve the constraints of resources and environment in China. At present，the major pollutant emission reduction in thermal power industry is remarkable and further reduction face rising of marginal cost. It's remarkable that the emission intensity in non-electric field is large and pollutant treatment has been lagged behind. So China's air pollution prevention and control of the short board is in non-electric field. The emergence of advanced coal cleaning and utilization technologies， suchas Modular Cascade Regenerative Eco-Gasification Technology， provide a reliable way for the reduction of air pollution in the non-electric field. According to the survey and technical economic analysis results，Modular Cascade Regenerative Eco-Gasification Technology has the advantages of using low rank coal，process cleaning， low cost， high economic benefit and broad market prospects. The government should support the applications of advanced clean coal utilization technology， accelerate the application of advanced clean coal technology in key cities and industrial parks， innovative use PPP model， increase positive incentive policy efforts， strengthen constraints of environmental protection standard， promote the elimination of backward and strengthen supervision in the non-electric field.

Efficient and clean utilization of coal； Coal gasification technology； Non-electric field

F426

A

2095-7866 （2016） 04-412-06

工業(yè)經(jīng)濟論壇 URL： http//www.iereview.com.cn 10.11970/j.issn.2095-7866.2016.04.007

王娜（1978-），女，管理科學與工程專業(yè)，博士，中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院工業(yè)節(jié)能與環(huán)保研究所副研究員。研究方向：工業(yè)節(jié)能環(huán)保、煤炭清潔利用和工業(yè)經(jīng)濟運行分析等。

E-mail： nawang007@163.com

莫君媛（1987-），女，化學工程與技術專業(yè)，博士，中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院工業(yè)節(jié)能與環(huán)保研究所助理研究員。研究方向：工業(yè)領域煤炭清潔高效利用、再制造等。