我国煤炭清洁高效利用现状及发展建议

文 | 王慧 杨天敏

作者供职于中国太原煤炭交易中心有限公司

煤炭是我国的基础能源，它在一次能源消费中占有较大比重，也为我国的能源安全提供了基本的保障。2021年，我国提出“碳达峰”“碳中和”，在解决全球气候问题方面提出了具体目标和作出了庄严承诺。

二十大报告提出，要立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用。鉴于我国目前面临的减排压力，规划建设新型能源体系是我国未来发展的必经之路，因此煤炭清洁高效利用将成为必然的选择。只有推进煤炭清洁高效利用才符合我国基本国情，才有利于解决能源消费污染问题，促进工业经济绿色可持续，实现能源高质量发展。

20世纪80年代初，美国德鲁·李维斯和加拿大威廉姆·戴维斯最早提出“清洁煤技术”，重点围绕煤炭能源的充分燃烧，同时减少环境污染。1990年美国颁布《空气洁净法补充条款》对煤炭行业的约束加速了小煤矿的关停和燃煤机组的发展。

2003年，布什总统宣布美国政府投资10亿美元，用10年时间创建世界上第一座清洁燃煤、零排放的示范电厂——“未来型电厂”，应用整体煤气化联合循环发电技术（IGCC），达到将CO₂排放物分离的目的，再利用收集技术，实现燃煤发电无污染，并带动发展氢能经济。

2015年，奥巴马政府联邦环保署为应对气候变化而出台《清洁能源计划》（Clean Power Plan / CPP），《计划》提出，2030 年美国发电厂碳排放量将大幅降低，比2005 年碳排放量降低32%以上。

2019年10月，Michael Rutkowski—美国气体技术研究院（GTI）研究专员提出想要实现煤炭的清洁利用、高效利用，发展煤气化技术是重中之重，新型煤气化技术可使造气成本整体降低四分之一。日本作为世界上最大的煤炭进口国，提出了以发电为中心的煤炭利用技术和包括海外煤炭资源，提出了由煤炭火力发电的CO2排放量为零等各种数值目标。

2018年制定第5次能源基本计划，第一次提出要大力发展清洁高效的火电技术，逐渐淘汰掉效率低下的燃煤发电技术，通过更新燃煤设备，达成提升发电效率的目的，到2030年，以高效火电技术为基础的发电效率要提高到44.3%。煤炭清洁利用技术也重点放在提高燃烧效率，如流化床燃烧、烟道气净化技术、煤气化燃料电池系统(IGFC)等清洁高效的新一代发电技术等，成为主要研究热点。

1998年，欧洲启动“AD700发电计划”，该计划以700℃等级的超超临界为主要参数。2003年，欧盟设立碳排放交易系统，强制碳排放交易限额 。2008年，英国颁布《气候变化法案》，立法通过“碳预算”，将减碳纳入政府预算框架，第一个将减少温室气体排放纳入国家法律的约束范围。2009年，英国正式公布《低碳转型》国家策略，同年英国能源和气候变化部公布了《清洁能源发展框架》草案，把“清洁煤炭”计划列为国家全力支持的技术革新重点。

近几年，全球许多国家已出台清洁能源低碳发展和去煤化政策，2018年，美国Petra Nova煤电厂正式投运，成为首家实现碳减排的电厂。而随着俄乌战争导致天然气供应中断影响，为应对能源危机，英国时隔30年重新批准新建煤矿，欧盟多国相继重新启动此前一度计划淘汰的煤炭发电来应对俄气供应减少。

由此可见，燃煤发电在未来一段时期内仍将处于相对重要地位，如何实现煤炭清洁利用成为各国低碳减排的重要途径。

我国针对煤炭的热效率和气体排放开展了很多关于煤炭清洁利用的工作。

1995年，我国成立了国家洁净煤技术推广规划领导小组，指出我国能源安全和经济发展首先应发展煤炭清洁化利用。

1997年印发《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》，是我国最早的关于煤炭清洁发展指导性文件。

2014年6月出台《能源发展战略行动计划（2014－2020年）》提出“清洁高效发展煤电、推进煤电大基地大通道建设、提高煤炭清洁利用水平。”

2014年12月出台《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》提出“大力发展清洁高效燃煤发电，切实提高煤炭加工转化水平、减少煤炭利用污染物排放。”

2016年4月出台《能源生产和消费革命战略（2016～2030）》，从煤炭绿色开采、煤炭清洁利用等方面规划了煤炭行业清洁高效生产利用，明确我国当前能源发展的基本战略是提升煤炭清洁高效利用水平。

2021年9月，习近平总书记在榆林视察时发表重要讲话，提出“煤炭作为我国主体能源，要按照绿色低碳的发展方向，对标实现碳达峰、碳中和目标任务，立足国情、控制总量、兜住底线，有序减量替代，推进煤炭消费转型升级。”

2022年，国家发改委等六部门联合印发《关于发布<煤炭清洁高效利用重点领域标杆水平和基准水平>（2022年版）的通知》，明确设定了煤炭洗选、燃煤发电等重点领域煤炭清洁高效利用的标杆水平和基准水平。

与此同时，煤炭清洁高效利用被列入国家“十四五”节能减排重点工程，专项再贷款额度达3000亿元。今后10-15年是我国实施能源革命的重要时期，煤炭低碳清洁发展，对我国实现气候承诺具有重要战略意义，大力推进煤炭清洁高效利用技术，既是我国煤炭工业高质量发展的必要途径，也对推动我国构建安全高效的现代能源体系具有重要意义。

我国煤炭开采洗选技术近几年进一步得到提高，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化开采，大型露天煤矿和千万吨级的矿井建设取得了一定的突破。

2015年到2021年，全国煤炭产量从37.5亿吨增长至41.3亿吨，煤矿数量由1万处左右降至4000处左右，年产超120万吨及以上大型现代化煤矿产量比重超过83%，将近400座煤矿通过科技投入正在开展智能化建设，已经建成智能化采掘工作面813个，通过“少人巡视，无人操作”，为煤矿安全生产提供了重要保障。

此外，我国新建了一批具有先进装备的大型和超大型选煤厂，选煤技术达世界先进水平，规模以上选煤厂在运行的2400多座，比2016年增加近400座。原煤入选率71.7%，原煤入选超过1000万吨/年的特大型选煤厂有84座，数量居世界第一，总入选能力超过13亿吨/年，占2021年总入选能力的44.37%，煤炭的直接燃烧利用率稳步下降，原煤洗选率不断提高。

在选煤方法工艺上，我国主要采用的是湿法重介质选煤、湿法跳汰选煤、浮游选煤和干法选煤等方法来将煤炭与矸石分离，实现原煤的除杂、除灰、除硫。湿法重介质选煤是我国目前大型选煤厂主要采用的选煤方法，由于我国的煤大部分属于难选煤和极难选煤，大部分采用重介选可获得好的分选效果，从而实现选煤厂自动化、集约化发展。

虽然我们煤炭开采洗选取得巨大进步，但仍与国家“双碳”目标要求存在差距，主要表现为：一是煤炭质量缺乏统一管理标准，《商品煤质量管理办法》需进一步完善修订，对未建有配套选煤厂或已建成但还未完全投入运行的煤矿，煤炭质量缺乏统一管理标准，配煤销售监管困难；二是部分产煤省存在选煤方法落后、环节不配套、产品质量差等问题，需要进一步规范管理；三是煤炭采选产生的矸石利用率不高，存在环境污染问题。目前我国煤矿矸石排放仍然是我国排放量最大的工业固体废弃物，每年排放量相当于煤炭产量的10&，如何消纳煤矸石也是我国实现煤炭实现清洁高效利用需解决的问题。

近些年，我国已建成全球规模最大的清洁高效燃煤系统，连续多次将百万千万级超超临界高效发电技术纳入重点领域研发，投入运行的燃煤发电机组能效指标、污染物排放指标国际领先，煤电燃烧碳排放强度低于发达国家，大多数的污染物控制技术和装备已实现国产化。

我国积极出台政策及相关标准促进煤炭的高效燃烧利用，随着GB 13223—2011低碳排放政策的实施，烟尘、SO₂、NO_x及汞化合物排放量逐年下降。其中烟尘的排放标准是不高于5毫克/m³、SO2的排放标准是不高于35毫克/m³、NO_x的排放标准是不高于50毫克/m³，大气污染物排放的标准越来越高，有些方面已然超过国家天然气发电的排放标准。

大部分新建燃煤电厂主要采取了高效率、低排放的大型超临界、超超临界机组，目前我国可达到的标准是将发电能耗约降低14克标准煤/千瓦时，热耗降低150千焦/千瓦时，用电耗能降低0.8%，现有超超临界燃煤效率更高，同时配合低氮燃烧器设备、烟气脱硫脱硝系统可以达到更好的效果，能够有效降低二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及烟尘排放，是全球投运600℃超超临界机组最多的国家。

同时，随着全球的温度越来越高，温室效应越发明显，化石燃料的日益紧张，我国将燃煤发电技术的研究重心转向700℃高效超超临界的研究，可以节约煤炭资源，有效降低燃煤能耗及CO₂的捕集成本，有利于优化 CCUS 技术的实施，提高发电机组的经济性，其节能减排经济效益是600℃超超临界技术的6倍，可实现高层次的产业升级。

截至2021年底，我国实现超低排放的燃煤发电机组超过10亿千瓦、节能改造规模近9亿千瓦、淘汰关停落后产能超过1亿千瓦，燃煤发电机组经改造平均供电煤耗降至约为305克标准煤/千瓦时。截至目前，该项成果日本第一，我国第二，美国和德国位于第四和第五，且超临界燃煤机组和超超临界机组占比已经过半。

现在，我国已建成“国家能源集团国华台山电厂、华能玉环电厂、浙江能源嘉兴电厂等一批高标准的燃煤电厂超低排放示范工程。”相比于传统燃煤发电二氧化硫排放物等污染气体的减排处理，上海外高桥第三发电厂通过脱硫烟气热能再回收利用，在2013年就实现了276克标准煤/千瓦时的年平均燃煤发电标准煤耗，是全球发电效率最高、最清洁环保、单位发电煤耗最低的发电厂之一，也远低于天然气发电的排放指标。

“国家煤电示范工程、长三角一体化重点能源项目安徽淮北平山电厂二期1350MW超超临界二次再热机组，是目前全球单机容量最大的燃煤发电机组，采用了一系列具有自主知识产权及专利的减排技术，其供电标准煤耗能达到251克标准煤/千瓦时，效率能达到46%，平均每年可节省燃煤近10万吨，是世界上净效率最高值的洁净燃煤发电机组 。”

目前我国燃煤发电煤炭消耗量占煤炭消费总量的53.9%左右，煤电装机占比已下降至46%左右，但仍提供将近60%的发电量。在高效燃烧技术、煤炭高效转化技术、低成本高效CCUS技术等方面亟需突破，CCUS技术是减少碳排放的关键技术之一，作为实现碳中和目标的必经路径，国内 CCUS项目捕集能力在1万-15万吨/年，远低于美国和加拿大等发达国家，在碳捕集、输送、利用、封存方面仍存在技术难题；在煤电机组控制系统灵活性方面，虽然能够实现50%额定负荷以上连续自动控制，但在深度负荷调峰运行时，煤电企业对燃煤机组灵活性改造积极性不高，大量设备接近极限工况运行，稳燃控制、变负荷控制、脱硝控制困难，严重限制了燃煤机组灵活调峰能力；在发电储能上，部分燃煤机组仍煤耗较高，严重影响整个系统的清洁高效、安全稳定运行。

国家“十四五”规划纲要提出，“稳妥推进内蒙古鄂尔多斯、陕西榆林、山西晋北、新疆准东、新疆哈密等煤制油气战略基地建设，建立产能和技术储备”。国务院《2030年前碳达峰行动方案》中指出“严格项目准入，严控新增炼油和传统煤化工生产能力，稳妥有序发展现代煤化工。”经过多年发展，我国已形成较为完备的现代煤化工技术体系，百万吨级煤炭直接液化、低阶煤热解、煤制油、煤制烯烃、千万吨级煤炭分质利用，煤制乙二醇、煤化工碳捕集与封存等技术已处于国际先进水平。

2021年，“我国煤制油、煤（甲醇）制烯烃、煤制气、煤（合成气）制乙二醇产能分别达到931万吨/年、1672万吨/年、61.25亿立方米/年、675万吨/年；”现代煤化工产业可实现煤炭从生产端到消费端全过程的清洁高效化利用，可生产出石油化工无法生产的油品和化工产品，有助于实现石化产品原料多元化，如：长碳链α-烯烃、特殊用途的燃料、高档润滑油基础油、高端碳素材料等；先后完成了全球最大煤化工项目——陕煤集团榆林化学有限责任公司煤炭分质利用制化工新材料示范项目一阶段（180万吨/年乙二醇）工程；中天合创鄂尔多斯煤炭深加工示范项目是国内已建成的最大规模煤化工装置，也是目前世界上最大规模的煤制烯烃项目；神华宁煤的400万吨/年煤炭间接液化项目为全球单体最大的煤制油项目，每年可转化煤炭2046万吨，年产油品405万吨；潞安集团投建的180万吨产能煤制油项目以其自产的高硫煤为原料，解决高硫煤污染大、含硫成分高的问题。

为了更进一步促进低碳发展，我国鼓励技术创新与突破，目前国内一些科研机构和企业组成战略联盟，在煤化工领域积极多碳化发展，从而提高煤炭的燃烧效率和利用效率。但现代煤化工仍面临着一些制约因素：

一是宏观层面规划需进一步明确。在能耗总量控制下，现代煤化工在项目立项和实施过程中，面临较多困难，部分地方政府实行环保政策“一刀切”，限制项目发展，国家层面也缺乏明确的战略定位和指导意见。

二是煤化工产品结构和能源转化率需进一步优化。我国目前煤制烯烃产品以中低端为主，煤制乙二醇产品结构单一，下游用于聚酯的高端比例较低，存在同质化现象，产业链较短，部分核心技术、材料仍需依赖进口，缺乏规模优势和竞争优势。

三是现代煤化工仍为高能行业，示范区的环保压力较大，水资源和环境容量有限。部分煤化工项目远离产品市场、环境资源承载力不足，废水消纳投资占比较高，吨废水处理仍属于高耗能产业，环保问题突出。

煤炭作为我国重要的主题能源，未来发展将以低碳、清洁为主导。如何实现其清洁高效的开发与利用，不仅是煤炭企业，也是中国政府乃至全社会所必须共同面对和解决的重要课题。在煤炭清洁高效利用发展过程中，构建健全完善的实施体系不可或缺，不仅需要国家出台完善相关政策，同时应推进煤炭的市场化改革，进而高效地推动与实现煤炭的清洁高效利用。

加强政策支持，明确电厂、水泥、化肥等行业用煤标准，鼓励用户使用高质量商品煤，针对煤炭采选中存在的问题，科学合理的修订煤炭采选标准和条例，制定煤炭品质分级指标体系，不搞“去煤化、一刀切”、“逢煤必转”，明确其能源主体战略地位，保证政策的连续性、有效性；进一步推动煤炭入选率，因地制宜、配套完善相关选煤厂和选煤设备，努力实现商品煤全部入选，争取无原煤销售；着力提升商品煤质量，大规模推行干法选煤，完善智能化煤炭筛选系统，达到提升发热量的作用；建立有效的市场监管体制，加强相关政策落地实施，发挥好煤炭作为我国的基础能源的保障作用；明确政府、企业对煤炭矿区生态破坏和治理过程中的责任及义务，借鉴美国等发达国家在土地坍塌控制、土地复垦、矿井水处理等领域的经验和做法，建立健全煤矿开发过程中生态环境保护法律法规和约束性政策。

随着可再生能源比重的增加，燃煤发电机组面临着如何提高燃煤发电效率，向煤炭清洁高效利用方向转变的挑战。应积极推广先进燃煤发电技术，大力发展高参数、大容量、低排放的清洁高效先进节能技术，如超超临界燃煤发电、高效超低排放循环流化床锅炉发电、超临界发电、整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电及燃料电池发电系统集成优化技术；优化提升现有煤电机组潜力，逐步有序淘汰煤电落后产能，加大力度规范管理和整治燃煤自备电厂，广泛开展煤电升级改造，重点推动燃煤发电能耗在305克标准煤/千瓦时以上的煤电机组节能减排改造、利用可再生能源的灵活性配套改造、对主要产煤地区和煤化工工业园区供热环保改造；设立煤炭清洁高效利用专项基金，在煤电清洁高效利用、清洁供热、二氧化碳捕集利用于封存和煤电企业电煤保供等领域予以重点支持，建立健全碳交易市场体系，助力实现碳达峰、碳中和目标奠定坚实基础。

现代煤化工是煤炭清洁高效利用的重要途径，面临着发展和减排的双重挑战，在“双碳”目标约束下，现代煤化工需走技术高端化、设备多元化、排放低碳化的道路。

国家层面应尽快制定发展纲要，引领现代煤化工发展方向，设立统一全面系统评价标准，坚持以碳达峰、碳中和为目标引领，明确产业技术能耗强度、碳排放等关键指标准入门槛，规范能耗统计和计算方法，由传统的“一刀切”项目调整为有针对性的重点扶持，鼓励产业结构优化升级和融合，构建现代煤化工生态化产业体系，实施开展煤炭、煤化工、新能源一体化的综合能源项目。

建议加强科技项目布局，重点实施煤炭清洁高效利用科技研发，如煤基特种燃料、近零碳排放煤化工工艺、低成本CO₂捕集技术、CO₂地质封存等技术，大力发展CCS/CCUS技术，为碳达峰提供技术储备，在碳中和阶段主动减碳，重点推广超大型废锅气化炉技术、低位热能利用技术、高效精馏技术等节能环保技术，搭建煤化工领域核心技术和创新平台，构建以国家重点实验室和高水平研究型高校为引领的科技力量，实现“产学研”深度融合；加快资源综合利用水平，明确煤制油气的战略储备定位，将高端煤化工作为战略性新兴产业进行部署，支持其有序高质量发展，加强与石油化工、天然气化工等产业的融合，发展产品附加值高的产品，积极开发煤基特种燃料，差异化、高端化研发聚烯烃牌号化工品，由限制发展项目转为高技术产业项目，实现现代煤化工产业高质量发展。

如上所述，在未来的一段时期内，煤炭仍将是我国的基础能源，简单的“去煤化”不仅不能解决我国目前发展所遇到的能源问题，并且加剧了矛盾和执行难度，使得资源得不到有效利用和成本居高不下。推进煤炭清洁高效利用仍将是国家重要的能源战略，它不仅是推动能源生产与消费革命的主要驱动力，同时也是确保中国实现可持续发展的重要保障。因此，以煤炭为主体能源的中国，大力发展煤炭清洁高效利用势在必行，这就要求我国推行高标准的能效环保标准，推动煤电的升级与改造，完善煤化工产业发展，实现能源高质量发展。