煤清潔高效利用是我國低碳經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵

1、中國可持續(xù)發(fā)展面臨的五大能源挑戰(zhàn)Five Challenges of Chinas Energy能源需求總量巨大且快速增長，供應(yīng)能力日趨緊張液體燃料短缺，高度依賴進(jìn)口，能源安全堪憂常規(guī)環(huán)境污染嚴(yán)重農(nóng)村和小城鎮(zhèn)急需大量清潔、便利的能源服務(wù)溫室氣體排放量巨大而且迅速增加可再生能源的發(fā)展趨勢（常規(guī)方案）Development Trend of Renewable Energy 來源：中國工程院，2008中國石油需求預(yù)測 Prediction of Chinas Oil Demand 國內(nèi)外不同機(jī)構(gòu)對中國石油需求預(yù)測2050年，我國石油進(jìn)口5.6億噸，占世界貿(mào)易總量32.5億噸的17.23%。石油貿(mào)易

2、量難以任由我們想要多少就有多少！我國原油產(chǎn)量天然氣需求預(yù)測 Prediction of Chinas Natural Gas Demand 200520102020203020402050Primary energy consumption (108 tce/a)21.930.843.052.759.463.5Annual increase (108 tce/a)2010 2050Accumulate coal consumption: 1110*108 tce 1.81.20.960.680.40一次能源消費(fèi)預(yù)測最可能發(fā)展情景Prediction of Primary Energy Cons

3、umptionPossible Scenario Peak time203020352040Peak value (108 t/a)80901002050 emission value (108 t/a)304050CO2排放最可能發(fā)展情景CO2 Emissions Possible Scenario 應(yīng)對全球氣候變化，國際上可能留給中國的CO2排放空間已經(jīng)非常小應(yīng)及早主動應(yīng)對而不是被動減排若要將未來全球溫升控制在23攝氏度，2050年全球CO2排放需要比1990年減少50%左右，只能排放104億噸(1990年208億噸)，這也就是屆時全球CO2排放的總空間。即使發(fā)達(dá)國家承諾減排其中80%，發(fā)

4、展中國家整體上也需要比2005年減排36%。中國正處于CO2排放的上升期，面臨國際上對我國CO2排放峰值出現(xiàn)時間和絕對值的要求（譬如2030年80億噸，2035年90億噸，2040年100億噸等），在已經(jīng)大力強(qiáng)化節(jié)能和發(fā)展核能和可再生能源的條件下，未來在碳減排上仍將處于被動狀態(tài)。不可改變的事實(shí)Some Unchangeable Facts煤現(xiàn)在是、將來仍是我國能源的主力。70%50%煤炭是中國最重要的能源，生產(chǎn)和消費(fèi)的數(shù)量大、比重高，短期內(nèi)難以替代。煤用于發(fā)電的比例將越來越大。從目前的50%上升到70%以上，絕對量的增加更大。煤的直接燃燒已引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。70%80%以上的SO2，NOX，

5、汞，顆粒物，CO2等。煤的直接燃燒很難解決溫室氣體減排問題。煤炭現(xiàn)代化利用多聯(lián)產(chǎn)Modernized Coal Utilization Polygeneration Based on Coal Gasification通過煤（或石油焦）氣化和化工反應(yīng)一次通過方式實(shí)現(xiàn)電力、液體燃料、化工產(chǎn)品、供熱、合成氣等的聯(lián)產(chǎn) 。多聯(lián)產(chǎn)是 可持續(xù)發(fā)展的, 技術(shù)上有良好繼承性和可行性, 有良好經(jīng)濟(jì)效益 和 環(huán)保性能，具有捕捉CO2的天性，是實(shí)現(xiàn)未來CO2捕捉和埋存的途徑，它對于中國乃至世界都具有非常重要的戰(zhàn)略意義。不需要特殊的技術(shù)突破, 同現(xiàn)有技術(shù)是連貫一致的。富集的 CO2容易捕捉和分離，易與天然氣化工過程銜

6、接, 即多聯(lián)產(chǎn)具有捕捉CO2的天性。這是中國CO2減排的戰(zhàn)略方向。多聯(lián)產(chǎn)：資源/能源/環(huán)境一體化能源系統(tǒng)Integrated Resource-Energy-Environment System多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品：1、城市煤氣2、電力3、熱/冷4、液體燃料5、化工產(chǎn)品6、氫氣7、純CO2多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)Characteristics of Polygeneration Polygeneration is the strategic direction for IGCC (Integration Gasification Combined Cycle) development promotion.Mul

7、ti resources: coal, NG, biomass, waste residues, pecoke;Multi products: heat, power, liquid fuels, other chemicals;Minimization of pollution: SO2, NOx, PM2.5-10,Hg;Flexibility of off-design operationIt is important for electrical generationHigher energy conversion efficiency and economic benefitThe

8、capital investment of IGCC is about twice of the conventional power plant, and polygeneration will reduce the investment by 20% in comparison with the stand-alone plant.The efficiency will be 1015% higher.12多聯(lián)產(chǎn)：多維度梯級利用Polygeneration System: to Realize Multi-dimensional Cascade Utilization過程相互耦合，實(shí)現(xiàn)能量

9、流、物質(zhì)流、 流(Exergy)等的總體優(yōu)化氫碳比合理優(yōu)化利用（若是一股腦燒掉太可惜）盡量減少“無謂”的化學(xué)放熱過程（Shift）熱量的梯級利用（過程內(nèi)部和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)）壓力潛力的充分利用（高壓反應(yīng)、各種膨脹）物質(zhì)的充分利用（如CO2）13隨著越來越嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定, 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢將會越來越顯著。14多聯(lián)產(chǎn)：綜合解決我國能源問題的重要方案 Important Strategy to Solve the Problems of Chinas Energy 有助于緩解能源總量要求聯(lián)合生產(chǎn)多種產(chǎn)品，效率提高可以減少總量需求；采用高硫煤拓展了煤炭資源的利用。有助于緩解液體燃料短缺可以

10、大規(guī)模地生產(chǎn)甲醇、二甲醚、F-T合成油和氫等替代燃料，緩解石油進(jìn)口壓力。徹底解決燃煤污染問題完全消除常規(guī)燃煤污染物排放，重金屬等痕量污染物脫除更經(jīng)濟(jì)。15多聯(lián)產(chǎn)：綜合解決我國能源問題的重要方案（續(xù)） Important Strategy to Solve the Problems of Chinas Energy 有助于解決快速城市化引起的小城鎮(zhèn)和農(nóng)村潔凈能源問題：為具有天然氣管道的城鎮(zhèn)提供城市煤氣煤制DME可以作為LPG的補(bǔ)充或替代物，很可能是小城鎮(zhèn)，尤其是住宅高度分散的農(nóng)村地區(qū)的最終能源解決方案滿足未來減排CO2的需要煤氣化系統(tǒng)可以以較小的成本捕捉CO2IGCC系統(tǒng)中可以進(jìn)一步提高效率、降

11、低成本的新的技術(shù)發(fā)展采用多個（636個）快速混合式氣固兩相流的燃料噴嘴采用干法供煤擠壓泵和超濃相氣固兩相流均勻分配器優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)氣化爐相比尺寸小，氣化爐價格可以下降50%，使IGCC比投資費(fèi)用可下降1025%氣化逗留時間短，升溫十分迅速，并高度均勻氣化效率高，使IGCC凈效率提高3個百分點(diǎn)可用率有大幅度提高的潛力PWR（Pratt Whitney Rockdyne）高溫緊湊式氣化爐的開發(fā)A.B. 采用更先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)參數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)型號GE9FAKWUKWUMW701G1MW701G2GE9HV943AV943A改型IGCC凈功率 /MW404384420470525555IGCC凈效率 /%4

12、7.248.548.449.148.951.0燃?xì)馔钙匠鯗?(TRIT) /128813101310142714271427廠用電耗率 /%12.939.6513.212.6412.0612.1821世紀(jì)中期時IGCC電站的性能期望值B. 采用更先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)用更大的功率、更高溫燃?xì)馇皽兀壳笆?427，正在研發(fā)的是1700），可以進(jìn)一步提高IGCC的熱效率。按GE9H的燃?xì)廨啓C(jī)所達(dá)到的熱效率是51%，相當(dāng)于歐洲AD700（目前尚未工業(yè)應(yīng)用）高超臨界蒸汽電站。從某種意義上說，燃?xì)廨啓C(jī)是最能夠承受高溫的動力機(jī)械（是內(nèi)燃，可以采用強(qiáng)化冷卻技術(shù)和隔熱涂層技術(shù)）。GE9HGE9H離子轉(zhuǎn)移膜（ITM

13、， Ion Transport Membrane）制氧設(shè)備與系統(tǒng)目前使用的ASU投資(約占IGCC電站的15%)與耗功(占全功率的1213%)都很大，若采用上述新系統(tǒng)可以：制氧費(fèi)用降低1/3，比投資下降79%使IGCC凈效率提高1個百分點(diǎn)D. 中溫干法脫硫工藝的試驗(yàn)成功目前普遍使用低溫脫硫，合成氣經(jīng)過水激冷以后，溫度下降到39左右才進(jìn)行后續(xù)的有關(guān)工藝，從而損失不少能量。在中溫干法脫硫工藝中，脫硫過程在480538溫度下進(jìn)行，從而可以回收更多的合成氣中的熱量。若將中間脫硫和后續(xù)的工藝整合起來（如CO2與H2）的分離，能量利用的效益會更高。C.IGCC系統(tǒng)中可以進(jìn)一步提高效率、降低成本的新的技術(shù)發(fā)

14、展PWR高溫緊湊式氣化爐的開發(fā)采用更先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)離子轉(zhuǎn)移膜制氧設(shè)備與系統(tǒng)中溫干法脫硫工藝的試驗(yàn)成功把上述這些新技術(shù)應(yīng)用于IGCC，可以使IGCC的熱效率，單位kW投資有相當(dāng)幅度的降低，在一定程度上，即使不考慮IGCC有脫碳（Carbon Capture）的先天性優(yōu)勢，它的指標(biāo)也可超過超超臨界蒸汽發(fā)電。考慮到IGCC加上CO2捕集進(jìn)一步優(yōu)勢指標(biāo)發(fā)電方式比投資費(fèi)用發(fā)電成本（$/kW）（$/kW）PC-sub（亞臨界）不捕集CO21735100%6.8100%捕集CO2 90%3240186.7%12.7186.8%PC-super（超臨界）不捕集CO21765101.7%6.798.5%捕集

15、CO2 90%3215185.3%12.3183.5%IGCC不捕集CO22060118.7%8.3122%捕集CO2 90%2800161.4%11.4167.6%DOE/NETL于2009年發(fā)表的修正數(shù)據(jù)考慮到IGCC加上CO2捕集進(jìn)一步優(yōu)勢幾個顯著特點(diǎn)IGCC的比投資和PC差的不是太遠(yuǎn)IGCC加上CO2捕集所增加的比投資要比PC小得多研究單位發(fā)電成本不捕集CO2時的發(fā)電成本捕集CO2時的發(fā)電成本PC電站IGCC電站PC電站IGCC電站MIT (2007)11.051.601.35GE Energy (2007)11.061.581.33AEP (American Electric Pow

16、er) (2007)11.081.841.52DOE/NETL (2009)11.221.8681.676美國若干個單位提供的研究結(jié)果IGCC電站與超臨界煤粉蒸汽電站（燃用Pittsburgh 8#煤）污染排放的對比關(guān)系年排放量615MW超臨界煤粉蒸汽電站600MW超臨界煤粉蒸汽電站的折算值600MW的IGCC電站IGCC電站排放污染物的比例SO2，t/a4060396111170.28Hg，t/a0.030.030.010.33硫酸霧，t/a271264260.1PM10，t/a4874751990.42幾個典型的IGCC和多聯(lián)產(chǎn)電站在役商業(yè)運(yùn)行總發(fā)電功率：4050 MW純發(fā)電類型的IGCC

17、美國的Wabash River IGCC電站美國的Tampa IGCC電站荷蘭的Buggenum IGCC電站西班牙的Peuertollano IGCC電站日本Nakoso空氣氣化試驗(yàn)電站多聯(lián)產(chǎn)型的IGCC意大利ISAB Energy1999投入意大利Sarlux/Enron-Sardinia2000年投入意大利API Energia2001意大利ENI-Sannazzaro2006日本Nippon Petrolleum (NPRC) 2004計劃中準(zhǔn)備建造的IGCC和多聯(lián)產(chǎn)美國 53套（含現(xiàn)代煤化工）特點(diǎn)：功率比較大 630 MW（F級以上），有一半是多聯(lián)產(chǎn)美國以外 26套德國、中國、英國，

18、其中中國占7套（神華有4套）由于碳稅的不確定因素，加上基建成本的不斷上升，有一些計劃被取消，在文獻(xiàn)上報到比較多、正在準(zhǔn)備建造的IGCC和IGCC多聯(lián)產(chǎn)有17套，相當(dāng)大的驅(qū)動力似乎是IGCC在捕集CO2方面的優(yōu)勢。其中：American Electric Power, Meigs County, Ohio 2012 630 MWBP/Edison Mission Energy, California 2012 500 MW (多聯(lián)產(chǎn))Dubai Water and Power Authority 2000 MW (電，海水淡化)Nuon Magnum, Netherland 2011 1200

19、MWRWE, Germany 2014 450 MW (多聯(lián)產(chǎn))Tenaska/MDL Illinois 2012 630 MW (多聯(lián)產(chǎn))實(shí)施煤炭現(xiàn)代化戰(zhàn)略刻不容緩Coal Modernization Strategy: Urgent Actions should be Taken 目前正值新一輪電力建設(shè)高潮；現(xiàn)在興建的電廠將決定2020年及以后的煤炭利用模式；錯過這一時期，今后實(shí)施煤炭現(xiàn)代化戰(zhàn)略將更為困難；繼續(xù)按傳統(tǒng)技術(shù)模式發(fā)展，將導(dǎo)致環(huán)境、能源安全、溫室氣體排放等一系列困難。如果延誤過渡到以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的時機(jī)，將會：顯著增加將來中國治理空氣污染的成本；難以控制未來石油進(jìn)口；大

20、大增加減排溫室氣體的成本。 實(shí)施煤炭現(xiàn)代化戰(zhàn)略刻不容緩（續(xù)）Coal Modernization Strategy: Urgent Actions should be Taken 28實(shí)施CCUS戰(zhàn)略CCUS三階段Three Stages of CCUSCCUS: Carbon Capture, Utilization and Storage中國CCUS目前已有很大的潛力，關(guān)鍵在于國家重視，全面安排。按照我國國情走自己的路，不要老受國外的影響。我國現(xiàn)代化的能源發(fā)展戰(zhàn)略必須從現(xiàn)在開始考慮將來中國分階段減排CO2的問題。中國的CCUS戰(zhàn)略可按三個階段考慮，從易到難，積累經(jīng)驗(yàn)，逐步推進(jìn)。29實(shí)施CCUS戰(zhàn)略CCUS三階段（續(xù)）Three Stages of CCUSCCUS 應(yīng)當(dāng)盡快啟動，三個階段:第一階段：利