淺談我國煤炭工業(yè)在新生態(tài)文明下發(fā)展途徑

劉凱源

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

0 前言

我國現(xiàn)已實現(xiàn)全面建設小康社會的宏偉目標。在新生態(tài)文明下伴隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進程日益加快，經(jīng)濟社會發(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，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益、社會效益、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)濟發(fā)展最重要的基礎能源。當前，中國經(jīng)濟正由高速增長階段向高質量發(fā)展階段轉變，煤炭資源的不合理開發(fā)對我國環(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，從公開數(shù)據(jù)顯示，2018年中國能源生產(chǎn)總量為377000萬噸標準煤，較2017年增加了18500萬噸標準煤；2019年中國能源生產(chǎn)總量達397000萬噸標準煤，較2018年增加了20000萬噸標準煤。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。在未來相當長一段時間內(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)煤礦存在相對規(guī)模小，開采技術水平低，通風設施不完善。在煤炭開采、加工、轉化和冶煉過程中，會產(chǎn)生一些有毒物質，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。受煤炭開采技術的限制，許多生產(chǎn)礦井沒有配備相應的脫硫設備，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)過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳，從而造成溫室效應。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73.13萬噸/年。煤炭開采、加工、轉化、冶煉過程中產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化硫等大氣污染物，會隨著大氣的流動，將形成大面積的大氣污染。由于我國煤炭開采技術整體水平較國外先進煤炭生產(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，這不僅會造成煤炭資源的浪費，還會進一步造成大氣污染。

2.2 對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)中國科學院報道，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)濟的飛速發(fā)展，煤炭產(chǎn)業(yè)鏈條各相關行業(yè)對煤炭的總體需求量也勢必將越來越大。煤炭開采對水資源將造成更大的破壞。

煤炭開采對水資源的破壞主要表現(xiàn)在兩個方面，一是會造成地下水資源的枯竭，二是會污染水資源。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，此時將形成排水漏斗。排水漏斗的大規(guī)模形成將導致礦區(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，不僅會污染煤礦區(qū)的地下水，還會污染煤礦周邊的地表水和河水，對當?shù)鼐用裼盟蜕鷳B(tài)環(huán)境造成嚴重破壞。

此外，煤炭開采會產(chǎn)生大量粉塵和廢石，不僅會造成煤礦附近植物死亡，還會直接污染居民飲用水。在煤炭開采過程中，會產(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，對當?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活用水造成嚴重影響。

2.3 對地質環(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)還會造成大量的土地塌陷。地方小煤礦無序開采將導致煤礦圍巖應力平衡破壞，從而導致漏斗狀塌陷坑、沉陷盆地和臺階狀地表塌陷的產(chǎn)生。大型煤礦無序開采還會造成煤礦周圍巖體應力平衡狀態(tài)的破壞，從而導致漏斗狀塌陷坑、地面塌陷盆地、臺階狀斷裂等地表塌陷災害的發(fā)生。煤炭資源開采后會形成采空區(qū)。采空區(qū)的形成會降低周圍地基的承載力，破壞礦區(qū)地表的平衡，進而導致山體滑坡、山體開裂、泥石流等地質災害。據(jù)統(tǒng)計，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)嚴重污染和破壞了多達120平方公里。山西省已累計造成1萬平方公里的開采沉陷，2000多個自然村發(fā)生地質次生災害。

2.4 對其它產(chǎn)業(yè)造成的破壞與影響

粗放型煤炭工業(yè)的負面影響不僅僅是環(huán)境污染。在經(jīng)濟上，這種單一的產(chǎn)業(yè)結構實際上限制了其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對經(jīng)濟動蕩的承受能力較弱。由于我國政治經(jīng)濟體制的現(xiàn)狀，低端煤炭供應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，也增加了社會不穩(wěn)定因素。據(jù)統(tǒng)計，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)電部分在技術上與整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）系統(tǒng)相似。同時，通過對合成氣、SO2、NOx、粉塵等傳統(tǒng)污染物進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。可以最大限度地減少基本投資和運行成本，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)化每個過程的運行。它體現(xiàn)了清潔生產(chǎn)、清潔能源、循環(huán)經(jīng)濟和綠色工程的理念。它是在可預見范圍內(nèi)最有效的潔凈煤利用技術途徑，是未來潔凈煤利用技術發(fā)展的主要方向。以煤替代優(yōu)質化石能源是關鍵。

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)與潔凈煤燃燒技術相結合的先進發(fā)電系統(tǒng)。煤氣化產(chǎn)生燃料氣驅動燃氣輪機發(fā)電，IGCC系統(tǒng)尾氣從鍋爐產(chǎn)生蒸汽驅動汽輪機發(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。目前，IGCC示范電站最高效率可達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，不僅滿足了日益嚴格的脫硫、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，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益、社會效益、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，二氧化碳近零排放的可持續(xù)發(fā)展道路。