劉凱源

（中國平煤神馬集團(tuán)規(guī)劃發(fā)展部 河南·平頂山 467000）

0 前言

我國現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo)。在新生態(tài)文明下伴隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)程日益加快，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的能源抑制和能源使用過程中衍生的生態(tài)環(huán)境污染問題將更加突顯。發(fā)展以煤為原料的清潔能源是解決這一困境的重要戰(zhàn)略，多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)具有資源多樣化、產(chǎn)品柔性化、能源分布化、污染最小化、效率和效益最大化等特點(diǎn)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。它也是未來新型熱力循環(huán)的核心。

1 能源生產(chǎn)狀況

煤炭是“工業(yè)的糧食”，煤炭是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的基礎(chǔ)能源。當(dāng)前，中國經(jīng)濟(jì)正由高速增長階段向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，煤炭資源的不合理開發(fā)對(duì)我國環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成了不可估量的損失?？傮w來看中國能源生產(chǎn)總量呈上升趨勢(shì)，從公開數(shù)據(jù)顯示，2018年中國能源生產(chǎn)總量為377000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，較2017年增加了18500萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤；2019年中國能源生產(chǎn)總量達(dá)397000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，較2018年增加了20000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2019年原煤生產(chǎn)總量占全國能源生產(chǎn)總量的68.6%，占比最大；水電、核電、風(fēng)電生產(chǎn)總量占全國能源生產(chǎn)總量的18.8%；原油生產(chǎn)總量占全國能源生產(chǎn)總量的6.9%；天然氣生產(chǎn)總量占全國能源生產(chǎn)總量的5.7%。2019年，我國能源生產(chǎn)呈現(xiàn)以煤炭為主，總體比重穩(wěn)定。石油比重逐步下降，天然氣比重逐步上升，水電、核電等能源比重穩(wěn)步提高的特征。在未來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，煤炭將在能源生產(chǎn)中繼續(xù)發(fā)揮不可替代的作用。

2 在新生態(tài)文明下我國煤炭工業(yè)存在的問題

2.1 對(duì)大氣環(huán)境造成的破壞與影響

目前，我國大多數(shù)煤礦存在相對(duì)規(guī)模小，開采技術(shù)水平低，通風(fēng)設(shè)施不完善。在煤炭開采、加工、轉(zhuǎn)化和冶煉過程中，會(huì)產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，如氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物。近年來，隨著煤炭需求的增加，氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物的排放量也在迅速增加。受煤炭開采技術(shù)的限制，許多生產(chǎn)礦井沒有配備相應(yīng)的脫硫設(shè)備，產(chǎn)生大量含硫氣體沒有經(jīng)過任何處理直接外排。此外，燃煤發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，從而造成溫室效應(yīng)。據(jù)公開資料披露，目前，我國煤炭工業(yè)有害氣體排放量已達(dá)73.13萬噸/年。煤炭開采、加工、轉(zhuǎn)化、冶煉過程中產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物，會(huì)隨著大氣的流動(dòng)，將形成大面積的大氣污染。由于我國煤炭開采技術(shù)整體水平較國外先進(jìn)煤炭生產(chǎn)國相比，我們還比較落后，還有很長的一段路要走，還不能有效利用難冶煉、難洗選的煤炭資源，這不僅會(huì)造成煤炭資源的浪費(fèi)，還會(huì)進(jìn)一步造成大氣污染。

2.2 對(duì)水資源的破壞與影響

煤炭資源的開發(fā)需要消耗大量的水資源。據(jù)中國科學(xué)院報(bào)道，消耗2.54立方米的地下水資源才能開采出l噸煤炭。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，煤炭產(chǎn)業(yè)鏈條各相關(guān)行業(yè)對(duì)煤炭的總體需求量也勢(shì)必將越來越大。煤炭開采對(duì)水資源將造成更大的破壞。

煤炭開采對(duì)水資源的破壞主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是會(huì)造成地下水資源的枯竭，二是會(huì)污染水資源。煤炭開采過程中大規(guī)模形成的排水漏斗，是造成礦區(qū)水井枯竭的主要原因。

圖1：多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)示意圖

圖2：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)示意圖

為了保證地下水位低于礦體，礦井排水通常貫穿于采煤過程。隨著礦井水的源源不斷排出，礦區(qū)地下水位將逐漸降低，此時(shí)將形成排水漏斗。排水漏斗的大規(guī)模形成將導(dǎo)致礦區(qū)水井干涸，從而影響周邊居民的用水量。煤礦開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的礦山廢水、礦泥水、酸浸水等工業(yè)廢水。如果這些廢水直接排放，不僅會(huì)污染煤礦區(qū)的地下水，還會(huì)污染煤礦周邊的地表水和河水，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裼盟蜕鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

此外，煤炭開采會(huì)產(chǎn)生大量粉塵和廢石，不僅會(huì)造成煤礦附近植物死亡，還會(huì)直接污染居民飲用水。在煤炭開采過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的礦井廢水、礦泥水、酸浸水等工業(yè)廢水。這些廢水不僅污染了煤礦區(qū)的地下水資源，還污染了煤礦周邊的地表水和江河水體，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活用水造成嚴(yán)重影響。

2.3 對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞與影響

煤炭資源的過度開發(fā)造成了大量的水土流失。據(jù)資料顯示，開采1億噸煤炭將造成245平方公里的水土流失。此外，煤炭資源的過度開發(fā)還會(huì)造成大量的土地塌陷。地方小煤礦無序開采將導(dǎo)致煤礦圍巖應(yīng)力平衡破壞，從而導(dǎo)致漏斗狀塌陷坑、沉陷盆地和臺(tái)階狀地表塌陷的產(chǎn)生。大型煤礦無序開采還會(huì)造成煤礦周圍巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)的破壞，從而導(dǎo)致漏斗狀塌陷坑、地面塌陷盆地、臺(tái)階狀斷裂等地表塌陷災(zāi)害的發(fā)生。煤炭資源開采后會(huì)形成采空區(qū)。采空區(qū)的形成會(huì)降低周圍地基的承載力，破壞礦區(qū)地表的平衡，進(jìn)而導(dǎo)致山體滑坡、山體開裂、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2012年，山西省煤炭采空區(qū)總面積2萬平方公里，占山西省總面積的八分之一。然而，非法采礦造成的塌陷和裂縫的土地已經(jīng)嚴(yán)重污染和破壞了多達(dá)120平方公里。山西省已累計(jì)造成1萬平方公里的開采沉陷，2000多個(gè)自然村發(fā)生地質(zhì)次生災(zāi)害。

2.4 對(duì)其它產(chǎn)業(yè)造成的破壞與影響

粗放型煤炭工業(yè)的負(fù)面影響不僅僅是環(huán)境污染。在經(jīng)濟(jì)上，這種單一的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)實(shí)際上限制了其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩的承受能力較弱。由于我國政治經(jīng)濟(jì)體制的現(xiàn)狀，低端煤炭供應(yīng)不能帶來很大的效益。另外，煤炭開采本身就是一種高危工種，礦難頻發(fā)，奪走了很多人的生命，也增加了社會(huì)不穩(wěn)定因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年，山西省共有83人“死于煤礦事故”，死亡人數(shù)同比增長超過10%。

3 在新生態(tài)文明下煤炭工業(yè)的發(fā)展途徑

3.1 多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)

多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)是以煤氣化為核心，以煤、渣油或石油焦為原料，經(jīng)氣化后以一氧化碳和氫氣為主要組分生產(chǎn)合成氣。這種脫除二氧化硫等污染物后的清潔合成氣可用于發(fā)電，可生產(chǎn)液體燃料、氣體、工藝熱等多種高附加值化工產(chǎn)品。多聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電部分在技術(shù)上與整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)相似。同時(shí)，通過對(duì)合成氣、SO2、NOx、粉塵等傳統(tǒng)污染物進(jìn)行接近零排放和回收利用的集中凈化，獲得高純度的二氧化碳，拓寬了煤炭產(chǎn)業(yè)鏈條。

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的核心是多種產(chǎn)品生產(chǎn)過程的最優(yōu)耦合?？梢宰畲笙薅鹊販p少基本投資和運(yùn)行成本，從而降低產(chǎn)品的成本。特別是發(fā)電之間的“峰谷”差，以優(yōu)化每個(gè)過程的運(yùn)行。它體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)、清潔能源、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色工程的理念。它是在可預(yù)見范圍內(nèi)最有效的潔凈煤利用技術(shù)途徑，是未來潔凈煤利用技術(shù)發(fā)展的主要方向。以煤替代優(yōu)質(zhì)化石能源是關(guān)鍵。

3.2 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)是將高效聯(lián)合循環(huán)全能量系統(tǒng)與潔凈煤燃燒技術(shù)相結(jié)合的先進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)。煤氣化產(chǎn)生燃料氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，IGCC系統(tǒng)尾氣從鍋爐產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。它可以充分利用我國的高硫煤資源，對(duì)環(huán)境十分友好，可用于現(xiàn)有燃煤電廠的改造。IGCC示范電站具有高效、低污染的優(yōu)點(diǎn)。目前，IGCC示范電站最高效率可達(dá)45%（常規(guī)電站平均發(fā)電效率僅為38%），脫硫率99%，脫氮率90%，NOx排放僅為常規(guī)電站的15~30%，可減少30%的二氧化碳排放量，節(jié)約50%的水。IGCC系統(tǒng)是目前最清潔的燃煤發(fā)電技術(shù)，不僅滿足了日益嚴(yán)格的脫硫、脫硝和除塵要求，而且滿足了近年來被列入議程的微粒子和金屬元素的排放要求。

4 結(jié)語

多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)具有資源多樣化、產(chǎn)品柔性化、能源分布化、污染最小化、效率和效益最大化等特點(diǎn)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。它也是未來新型熱力循環(huán)的核心。

總之，發(fā)展以煤為原料的清潔能源，已成為我國近階段和中長期主要的能源戰(zhàn)略。在可以預(yù)見的未來，多聯(lián)產(chǎn)能源系統(tǒng)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)及其進(jìn)一步發(fā)展是解決中國能源問題的重要戰(zhàn)略，是一條可以向下延伸到氫能經(jīng)濟(jì)，二氧化碳近零排放的可持續(xù)發(fā)展道路。