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煤科总院煤化学所戴和武李连仲谢可玉
中国国际经济技术交流中心王传黎
摘 要:对高硫煤资源和利用问题应当进行全面认识和评价,这样有利于研究和制订高硫煤开发和利用的对策和措施。介绍了我国高硫煤资源及其分布特点,就长期开采和利用特低硫煤、脱除和净化烟气、建立减少燃煤污染专项贷款基金,制订开发使用高硫煤的措施及大力发展适合我国国情的脱硫及烟气净化技术等问题提出了看法。
关键词 高硫煤资源 脱硫 环境保护
环境保护日益为全球所关注。我国SO2年排放数量大,酸雨已覆盖国土面积40%左右,如何降低和控制SO2的污染变得尤为紧迫和重要。由于我国能源结构是以煤炭为主,绝大多数煤炭用于燃烧,要降低和控制SO2的污染,自然会把注意力集中在降低燃煤中硫的含量上,为此,国家及时出台了限产和停产高硫煤的政策和措施,无疑近期内对降低和缓解我国SO2的排放量和减轻大气污染会起到积极的作用。然而,高硫煤仍是我国重要的煤炭资源,结合其分布特点如何看待高硫煤的利用以及近期和中长期在不同地区怎样研究解决高硫煤的开发和利用问题,还是很值得深入探讨的。本文对我国高硫煤资源与利用问题进行分析论证,以期获得更全面的认识和更客观的评价。
1 高硫煤资源及其分布特点
我国煤炭资源总量虽居世界第二,但人均占有资源量和矿井可采储量却远不及世界平均水平。世界人均煤炭证实储量为435t,我国仅为103t;世界人均可采储量为173t,我国仅为52t［1］。我国近期可供建井利用的煤炭储量只有355亿t［2］。我国煤炭资源的保证程度还是很低的,应该十分珍惜已探明的煤炭储量。
1.1 高硫煤仍是一种重要的煤炭资源
我国煤炭的成煤期较多,但高硫煤资源主要形成于晚石炭世-早二迭世(北方)和晚二迭世(南方)两个成煤期内,赋藏的煤炭资源量分别占全国煤炭资源总量的26%和5%［2］。高硫煤分布与成煤沉积环境密切相关。像广泛分布在北方的晚石炭世太原统煤为海陆交替相沉积的煤,硫分一般为2%～5%,如果估算晚石炭世-早二迭世赋存的煤炭资源量中有三分之一为太原统形成的煤,而太原统煤中有一半煤硫分超过3%,那么海陆交替相沉积的高硫煤估算占全国煤炭资源总量的4.33%。属浅海相沉积的晚二迭世煤,硫分几乎都高于3%,甚至高达6%～10%,这个成煤期赋藏煤炭资源量为5%,如果加上硫分大于3%的海陆交替相资源量4.33%,那么高硫煤资源总量大约在9.33%左右。
这与全国统配煤矿和重点煤矿硫分大于3%高硫煤占总储量7.80%相比［2］,相差并不多。为估算方便起见,假定我国硫分高于3%高硫煤占资源总量的8%,那么按目前全国煤炭资源预测总量和探明煤炭储量匡算,高硫煤预测总量和探明储量分别是4260亿t和620亿t。毋容置疑,高硫煤仍是我国一种重要的煤炭资源。它的潜在经济价值是巨大的。
1.2 晚二迭世形成的高硫煤主要分布在煤炭资源较少的南方地区
我国煤炭资源存在着北富南贫、西多东少的分布不均状况,而高硫煤又多分布在煤炭资源较少的南方地区,在那里高硫煤就显得尤其严重和突出。从表1硫分大于3%的若干省(区)的煤炭保有储量看出,浙江、湖北、广西、海南、四川、西藏等省区煤炭资源的平均硫分都相当高。同时有必要指出,有的省区煤炭资源平均硫分不算高,但有些矿务局产煤硫分却相当高,像贵州省六枝和林东矿务局所产商品煤含硫量高达4.06%和4.81%,类似情况在江西、广东、湖南有些矿务局亦存在。
表1 若干省区硫分＞3%的煤炭保有储量
省区 储量/亿t 平均硫分S(t,d)/% 占全国储量%
浙江 1.20 4.52 0.01
湖北 5.54 4.63 0.06
广西 20.94 3.29 0.21
海南 0.98 4.00 0.01
四川* 97.75 3.12 0.98
西藏 0.84 3.00 0.001
*包括新成立的重庆直辖市
重庆市是我国硫污染的重灾地区,主要原因在于集中生产和燃用高硫煤。1995年重庆煤管局生产高硫商品煤及其含硫情况如表2所示［3］。实际上,重庆市除永荣矿务局开采侏罗世煤为含硫量低于1.5%的低硫煤外,南桐、松藻、天府、中梁山等国有煤矿和地方煤矿、乡镇煤矿都开采晚二迭世的高硫煤资源,全市煤炭产量在1600万t以上,高硫煤产量占全市煤炭总产量的85%以上。如何在高硫煤产区控制和减少SO2和酸雨危害的任务十分严峻和迫切。
表2 1995年重庆煤管局生产的高硫商品煤及其含硫情况
局名可采储量/万t1995年产量/万t平均硫分S(t,d)/% 煤总硫量/万t
全局合计 80046.0 705.5 3.60 25.42
南桐11099.6236.03.69 8.71
松藻51411.0 290.6 3.51 10.20
天府 12504.1 136.83.69 5.05
中梁山 5031.3 52.1 2.81 1.46
1.3 晚石炭世形成的高硫煤多分布在北方的下部煤层
我国晚石炭世-早二迭世成煤期的煤层,其硫分差异是明显的。早二迭世山西统煤是陆相沉积,其硫分一般低于1.5%,而且赋存在煤系地层上部,因此有许多矿井在初期开采上部煤层时,产煤硫分一般较低,但随着矿井延深,开采年限增加,逐渐开采到下部晚石炭世太原统煤层时,高硫煤就会逐渐增多。此时,由于矿井同时开采比例不等的低硫煤和高硫煤,矿井产煤的硫分还不太高,可以通过合理配采加以控制。但当矿井山西统煤层采完或仅有太原统煤层可开采时,那么矿井就有可能变成只生产高硫煤了。例如河南焦作矿区过去生产的全是优质低硫煤,现在已全部生产硫分2%以上的太原统高硫煤。类似情况在我国北方产煤地区并不少见。表3列出的1995年开采晚石炭世高硫商品煤的部分矿井,包括了大中小各类型煤矿,由于可采储量还较大,尚可开采的年限在30～120年不等。
表3 1995年北方开采晚石炭世商品煤的部分煤矿
局矿名称 Std/% 原煤产量/万t 矿井核定能力/万t 可采储量/万t
尚可开采年限
山西汾西水峪矿 3.25 230 300 19393 60
内蒙古乌达黄白茨矿 3.40 69 120 8112 60～65
内蒙古苏赫图矿 3.14 1111407860 50～55
内蒙古海勃湾露天矿 3.04 50 60 7907 100
山东新汶张庄矿 3.20 102 60 2240 35
山东淄博夏庄矿 3.75 28 18 727 40
山东肥城柏庄矿 3.24 81 55 3450 60
山东兖州北宿矿 3.30 65 75 5628 70～75
山东邹城市落 3.93 45 30 1329 30
河南义马跃进矿 3.54 60 65 8011 ＞100
河南巩义市新中矿 3.21 20 30 812 25～30
陕西铜川三里洞矿 3.95 21 30 2125 65～70
陕西澄合二矿 3.16 41 45 5735 120
陕西韩城马沟渠矿 3.32 23 21 2606 120
2 全面认识和评价高硫煤的利用问题
由于我国幅员辽阔,客观上存在着大量高硫煤,其分布亦有特点,如何全面认识和评价高硫煤的利用问题就显得十分重要。
2.1 高硫煤是可以利用好的
我国高硫煤品种齐全,既有高硫褐煤和烟煤,亦发现有高硫无烟煤,含硫量有的高达10%以上。虽然高硫煤中硫大部分为硫铁矿硫形态存在,一般约占全硫含量的2/3,但也发现少数以有机硫为主的高硫煤。当有机硫含量高时,往往使其煤质特征偏离正常轨迹,表现出值得研究的特殊利用属性。当煤炭加氢液化使用铁剂催化剂时,硫作为一种助催化剂有利于煤炭液化,并为以往的工业化生产和随后的开发研究所证实。低煤化度高硫煤适合液化。在煤炭气化过程中,煤中硫可被转化为气态,加以脱除和回收。通过试验研究发现,高硫煤是生产煤制橡胶填料的优选原料,高硫煤填料中的硫分起到了硫化剂和硫化促进剂的作用,具有补弹性好,硫化速度快的特点。随着深入研究和开发,高硫煤还会发现和找到更好的利用途径。
高硫煤在世界上特别是缺煤地区广泛被利用。众所周知,褐煤是一种煤化程度浅的煤种,其含水分和含氧量高,通常其发热量并不高,但在缺煤地区仍作为坑口发电厂的燃料。例如法国马赛地区的普鲁旺斯大型坑口发电厂,就是使用高硫褐煤,它由矿井直接用皮带输送至电厂。这种高硫褐煤硫分含量高达3.0%～3.9%,且灰分高达25%～26%,发热量仅17MJ/kg,每年用量达236万t。由于采用在粉煤锅炉内分段喷入固态石灰石和石灰实现脱硫,其烟气SO2浓度和绝对排放量均低于欧洲共同体的允许规定值［4］。
80年代末至90年代初,世界上建成4座燃煤增压流化床燃烧联合循环(P200 PFBC-ce)示范电站,其中西班牙Escatron电站和美国Tidd电站使用的都是高硫煤,其煤质特征和SO2排放情况如表4所示［5］。从表4可见,所使用的煤炭不仅含硫量相当高,而且灰分、水分含量亦较高。经长期运行证实,这种先进燃煤增压流化床燃烧联合发电技术显示出良好的环保性能,不必采取其它辅助措施,电站的SO2和NOX排放量即可满足国家现行的标准。上述事实充分说明高硫煤是可以利用好的。
表4 两座示范电站使用高硫煤的特征及电站SO2排放情况
电站硫含量%灰分%水分% 脱硫剂.脱硫率% Ca/s比SO2排放量/MgMJ-1西班牙Escatron 2.9～9.0 23～47 14～20 石灰石 90～93 1.8～2.1
300～450
美国Tidcl 3.4～4.0 12～20 5～15 白云石 90 1.8 2.5
2.2 高硫煤的脱硫费用是可以不断降低的
通过洗选加工可以部分降低高硫燃煤的硫分,通过烟气脱硫可使燃煤产生的SO2大部分被脱除。目前世界上开发了近200种脱硫工艺,但真正实现工业应用的仅10多种,其中又以湿法脱硫为主,西方发达国家中日本98%、美国92%、德国90%都采用这种工艺。日本除有10多台燃用低硫煤(硫含量0.2%～0.3%)的机组外,其余燃煤发电机组都采用了烟气脱硫。为发展烟气脱硫技术,西方发达国家投入大量资金和人力,随着技术不断完善,包括脱硫装置在内的烟气净化装置投资已由原来占电站投资额的25%～30%下降至15%～20%左右,甚至还有可能继续降低。
我国开展烟气脱硫的试验已有很长时间,进入90年代,通过引进国外新技术和国际合作,在大中型电厂先后推广应用了石灰石-石膏湿法、电子束等脱硫技术,均取得良好的脱硫效果,积累了实际经验,实践表明,今后技术装备实现国产化后,脱硫投资和运行费用均有可能继续降低。重庆珞璜电厂2×360MW燃煤机组引进日本三菱重工湿法石灰/石膏法排烟脱硫装置,燃煤含硫量4.02%,脱硫投资占电厂总投资的11.75%,单位造价393元/kW,脱硫成本11.06元/MWh,单位脱硫运行费用372元/t(SO2)。在实现国产化后,脱硫装置的工程造价可比国际市场价格降低一半以上［6］,脱硫投资控制在电厂总投资10%以内是完全可能的。由于我国SO2污染形势严峻,目前国内众多高等院校和研究机构,在国家有关部门的大力支持下,采取多种形式加快开发适合国情的脱硫工艺和装置,预计在不远的将来会取得重大进展。
2.3 缺煤地区充分利用高硫煤是可能的
在国际动力煤市场上,硫含量2.5%的煤炭仍有交易。例如美国巴尔的摩烟煤,硫分2.5%,灰分10%～12%,1997年FOB报价36.75～39.00美元/t。含硫量高于2.5%的煤炭则未见报价,但并不意味没有生产和利用,像前面引述的美国、西班牙、法国的一些电厂使用高硫煤就是实例。那么为什么在交通很方便,在国际市场又很容易买到低硫煤的情况下却仍然使用高硫煤呢?从经济上讲使用当地高硫煤加上脱硫费用,实际可能要比外购低硫煤加上运输等费用还要低,可能还包括对发展当地经济和有利于社会进步等综合因素的考虑在内。西班牙、法国属煤炭资源贫乏的国家,但煤炭资源丰富的美国,交通基础设施又很发达,他们仍坚持就地使用本国高硫煤资源的做法,至少说明从当前或长远来说,就地使用高硫煤还是有利可图的。
我国煤炭生产与消费分布极不均衡,煤炭探明储量中,华北占50.6%,西北占25.1%;煤炭生产基地主要在“三西”(即山西、陕西、蒙西)地区,而消费则集中在东部沿海地区,这就决定了西煤东运,北煤南运的基本格局。交通运输仍是国民经济的薄弱环节。我国西南、中南一些缺煤地区靠大量外运低硫煤是否可能和经济,这不能不认真加以考虑和评估。如果每年煤炭运输费用相当高(包括短途装卸费用在内),经若干年的积累计算,也许并不比建脱硫装置和运行所需的费用便宜,那么就应该尽早考虑充分利用本地高硫煤问题。
2.4 全面评估关停高硫煤矿井的利弊
鉴于当前煤炭的生产和市场形势,暂不再新建高硫煤矿井是完全正确和必要的。但关停已投产的高硫煤矿井就会涉及煤炭资源损失、矿井资产处置及大量职工的安置等诸多复杂问题。且不谈高硫煤炭资源潜在经济价值的损失,仅从关闭现有硫分大于3%高硫矿井资产处置的损失和给予职工一次性安置费用,两者之和将达近百亿元之多［3］,同时还会带来一系社会问题。如果能筹集减少燃煤污染专项资金,在凡使用高硫煤的大中型电厂和用煤企业普遍建立脱硫等净化装置,使烟气达到排放标准,那么就不必支付关停矿井和职工安置的巨额费用和损失。从国家宏观调控角度考虑,最终会导致国民经济的良性循环和技术进步。总之,这个问题还有待于全面评估。
3 需要研究和制订高硫煤开发和利用的对策
既然我国存在着丰富的高硫煤资源,并且已引发了严重污染和酸雨,说明我国迫切需要有一套因地制宜、符合国情的高硫煤开发和利用的对策和措施,下面就个人看法提出几点意见。
3.1 长期开采和利用特低硫煤并不现实
有报道北京是世界污染最严重的5个城市之一,有时SO2排放量高出世界卫生组织规定的最高界限的5倍。为减轻燃煤对首都大气的污染,1998年下半年北京市宣布禁止燃用硫分大于0.5%、灰分大于10%的煤炭。显然这样做近期会起到一定的效果。现在不少城市和地区正在效法类似做法,甚至提倡和实施能源消费的优质化,以油和气代煤,一些产煤大省和煤矿城市亦不例外。
应该指出,目前国际油、气价格较低,使用油、气效果好,成本还不算高。但谁能保证国际油、气价格长期低迷和稳定?如果一旦国际上出现油、气价格暴涨,造成的被动和后果将不堪设想。同时我国煤炭资源中小于0.5%的特低硫煤很有限,主要分布在东北的黑龙江、吉林,华北的内蒙古和西北的一些边远省区,储量和产量并不多,况且要靠铁路长距离运输,运费亦昂贵。因此,大量开采和普遍使用特低硫煤显然是不现实
的。
3.2 脱除SO2和净化烟气是利用和治理高硫煤的有效途径
高硫煤经过洗选可以脱除大部分黄铁矿和灰分,有利于提高、稳定煤质,因此动力煤洗选还有待发展。但细粒分散状黄铁矿和有机硫是无法通过物理方法脱除,只有通过燃烧过程中脱(固)硫或烟气脱除才能达到减少SO2排放的目的。目前国内外开发应用的烟气脱硫技术和工艺,其脱硫效率一般均可达到90%以上,燃烧过程中脱(固)硫效率亦可达到80%～90%。如果燃用含硫3%～4%的高硫煤通过上述方法实现90%脱硫效率的话,那么SO2排放量仅相当于开采和燃用含硫0.3%～0.4%的特低硫煤,即使按80%的脱硫率计算,亦相当于开采和燃用0.6%～0.8%的低硫煤。可见,脱除SO2、净化烟气是利用和治理高硫煤的有效途径。
国际上已有成功控制和减排SO2的先进事例。德国是以煤炭作为一次能源重要组成部分的国家,70年代深切尝到了被严重污染环境的苦果,深刻认识到经济与环境需要协调发展,从80年代起,逐渐建立、健全了较为严格的环保标准和法规,并且逐步采取了一系列切实可行的有力措施,使SO2排放得以有效控制并不断下降,到1988年,大型燃煤设备SO2排放量下降了70%。
应该指出,燃煤对环境的污染和破坏,不仅仅是SO2,还包括NOX、CO和可吸入颗粒物等,有些国家还规定了燃煤排放HCL、HF、有机物、重金属含量的标准。因此,随着我国经济发展和环境质量提高,对烟气净化的要求和水平必然会愈来愈严格。仅重视脱除SO2,忽视烟气的全面净化也是不行的。
3.3 建立减少燃煤污染和治理的专项贷款基金
控制燃煤污染排放是一项非常艰巨的任务,已经成为改善我国环境的当务之急。虽然目前有一些配套的环保标准和法规,但还不够健全和完善,有些缺乏可操作性,执法力度亦不够。控制和减少燃煤污染必须要凭借先进的科学技术和雄厚的经济实力,必须要投入相当的资金和人力,目前仅靠各用煤企业本身筹集大量资金来解决燃煤污染问题,的确是很难办到的。因此,必须寻求和拓宽筹集雄厚环保资金的渠道和路子。污染环境究竟给我国国民经济和人民健康带来多大的损失,目前尚无确切数字可查。据一些专家估计,我国每年因环境污染、生态破坏造成的损失达2000亿元,亦有认为污染将消耗掉3.5%的国内生产总值。世界银行估算,如果算上污染导致疾病治疗以及环境恶化造成森林和耕地减少,污染会消耗高达8%的国内生产总值,这意味着将抵消中国取得的经济增长。当然,污染环境并不完全是燃煤造成的,但是燃煤特别是高硫煤造成的污染占有相当比重。我们认为应当建立减少燃煤污染的专项贷款基金进行投入,从源头到使用全过程进行有效治理,从根本上扭转环境恶化势头,通过滚动投入,逐渐使开发和利用高硫煤问题得到彻底解决。
3.4 针对不同地区制订开发和使用高硫煤的对策和措施
我国幅员广阔、人口众多,经济发展不平衡,高硫煤分布情况各异,因此针对不同地区制订开发和使用高硫煤的对策和措施就显得十分必要。在沿海交通和经济发达地区,开发和使用高硫煤应该严格控制,只有经确认备有先进脱硫和净化装备的电厂和企业、其排放总量和浓度达到规定标准的方才准许使用和运行。对于缺煤、交通不便、
生产高硫煤为主的地区,则需要采取有力措施,大力扶植和迅速建立各类实用的脱硫和烟气净化装置,使短期内实现继续开发和使用高硫煤,同时将SO2排放量减至环境可承受的水平,然后经不断努力,继续有所提高。我国主产低硫煤而煤炭供大于求的地区,必须严格控制和限制高硫煤生产;当煤炭供不应求时,对生产的高硫煤必须洗选,并采取动力配煤等方法,使供应用户的动力用煤硫分控制在较低的水平上,以确保我国环境质量得到明显改善。
依据我国国情,我们不必过分追求太高的脱硫效率和环保标准,而应该根据各地区的实际情况制定严格而又合理的污染排放标准,以尽可能少的经济投入取得尽可能好的脱硫和污染物排放控制效果。
3.5 大力发展适合国情的脱硫和烟气净化技术
近年来,我国脱硫和烟气净化技术基础研究、技术引进和示范推广等方面都取得了一定进展,但与所面临的SO2排放量增加和环境恶化严重形势相比,还必须大大改变目前远不能适应要求的状况。燃煤的烟气脱硫及净化技术应争取列入我国重大科技项目,无论在资金投入和组织技术攻关等方面都要优先支持,充分发挥科研单位、高等院校和用煤企业的积极性和创造性,在充分吸取国外先进经验的基础上,争取在最短的时间创造出符合我国国情的脱硫和烟气净化新技术。 |
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