煤的洁净利用

1. 煤的洁净利用 谭厚章 教授 tanhz@mail.xjtu.edu.cn 13909202000 西安交通大学能动学院热能工程系

2. 第一章 概 论

3. 第一节 中国及世界能源现状 能源是支持社会发展和经济增长的主要物质基础和生产要素，充足稳定的能源供应不仅为工业提供动力，为农业提供保障，推动技术进步，保障国民经济的发展，而且还促进人民生活质量的改善，创造众多就业机会，促进人类社会文明和进步发展。而世界经济的快速发展，又促进了能源开发利用的技术水平提高，两者既相互促进，又相互制约。

4. 能源可分为一次能源和二次能源。一次能源指现存于自然界的能源，包括化石能源(煤炭、石油、天然气等)、核燃料、可再生能源(水能、太阳能、风能、地热、生物质能、海洋能、潮汐能等)等。二次能源是指将一次能源转化而成的能源产品，如电力、煤气、焦炭、柴油、汽油、液化石油气等。能源可分为一次能源和二次能源。一次能源指现存于自然界的能源，包括化石能源(煤炭、石油、天然气等)、核燃料、可再生能源(水能、太阳能、风能、地热、生物质能、海洋能、潮汐能等)等。二次能源是指将一次能源转化而成的能源产品，如电力、煤气、焦炭、柴油、汽油、液化石油气等。 当今世界一次能源生产消费以化石能源为主导，可再生能源和新能源为补充。化石能源占一次能源生产消费的90％以上。化石能源消费中又以煤炭、石油、天然气为主。

5. 2002年全世界一次能源消费结构中，石油占37.45％；煤炭占25.50%；天然气占24.26％；核能占6.30％；水电占6.30％。随着世界经济的不断发展，谋求经济、社会、资源、环境和谐友好和可持续发展已成为人们的共同心愿，一次能源的洁净高效开发利用和可再生能源开发利用已逐步成为一种发展趋势。

6. 中国一次能源消费结构与世界的情况有很大的不同，2002年中国一次能源消费结构为 煤炭占66.1 %；石油占23.40％；天然气占2.70％；核能和水电分别占0.70％和7.10％。预计到2020年中国一次能源消费为煤炭57.80%；石油20.90％；天然气8.20％；水电9.70％；核能3％；新能源0.40％。

7. 一、世界能源现状 表1-1根据《世界能源综述》2000年资料，列出 了世界一次能源储量和资源量。从表中可以看出世 界化石能源总储量为1659.76Gtoe(109t油当量)；资 源量为3404.29Gtoe。其中煤炭的资源量和储量是 最为丰富的化石能源。

10. 根据英国石油公司BP发布的《2002年世界能 源统计年评》报告整理结果(见表1-2)数据显示，世 界石油可采储量为142.70Gt，折合216.9Gtoe(109t 标准煤)；天然气可采储量为1557800亿m3，折合 210.30Gtoe；煤炭可采储量为984.45Gt，折合 703.20Gtoe。石油、天然气和煤炭的储采比分别为 40.6、60.8和204。石油、天然气至今探明的经济可 采储量远远低于煤炭。 储采比：是指年末剩余储量除以当年产量得出剩余储量按当前生产水平尚可开采的年数。

11. 2002年世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为40.6、60.8和2042002年世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为40.6、60.8和204 • 2003年世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为41.0、67.1和192.0 • 截至2006年底，煤炭、天然气、石油的储采比分别为48年、41.8年和12.1年。

12. 下表1-3为2001年和2002年世界前十位国家和一些 地区一次能源消费量和全世界一次能源消费的总量。 图1-1和图1-2所示为世界能源消费结构。可以看出 2002年全球94.05亿t油当量的一次能源总消费中， 矿物燃料消费占总消费量的87.21％，其中石油、天 然气、煤炭的消费分别占消费的37.45％、25.50 ％ 和24.26％。石油消费占第一位，其次是煤炭和天然 气。

15. Organization for Economic Cooperation and Development 经合组织

16. 从全球能源状况来看，化石能源的储量还是比 较丰富的，但分布极不均匀，各国各地区差别很大 。前十位国家集中了世界煤炭可采储量的90%、石 油可采储量的84％和天然气可采储量的76％。在石 油、煤炭、天然气可采储量中，煤炭的可采储量远 大于石油和天然气。 国际能源机构IEA根据世界人口的年增长率、 GDP的年增长率进行了1998、2000、2001和2002 年世界能源评述。预计今后20年中世界一次能源总 需求以每年近2％的速度递增，到2020年将比2000 年增加约49％，一次能源需求总量达到130亿t标准 油以上，其消费结构预测结果如图1-3和图1-4所示。

18. 综合分析研究结果表明，到2020年，尽管可再 生能源利用技术会有长足的进展，但常规化石能源 仍将是全球的主要能源。到21世纪中叶，如果人们 无法找到大规模的替代能源的话，人类又必须重新 依赖于煤炭作为最主要的能源。

19. 二、中国能源发展现状 据统计，我国常规能源资源总量为4.05万亿t标准煤，其中原煤5.5万亿t，占89.30％；原油940亿t，占3.50％；天然气38.14万亿m3，占1.30％；水能5.92万亿kw·h，占5.90％。已探明能源资源总量为8231亿t标准煤，其构成为原煤87.40％；原油2．80％；天然气0.30％；水能9.50％。探明可经济开发的剩余可采总量为1392亿t标准煤，其中原煤1145亿t(818.5亿t标准煤)，占58.8％；原油25～36亿t，占2.56～3.7％；天然气1.37万亿m3，占1.30 %；水能1.27万亿kw·h，占36.50％。

20. 表1-4列出了世界及中国经济可采能源资源及 人均资源占有量和人均能源消费量以及能源强度、 CO2排放的基本状况。表1-5列出1981～2002年我 国能源生产和消费的基本情况.

23. 从表1-1～表1-5可以看出，我国能源结构、资 源、生产、消费与世界其他国家有显著的不同，其 特点是探明可经济开发的剩余储采比均低于世界平 均值，人均资源占有量均低于世界平均值，能耗远 高于世界平均值。煤炭在中国能源生产和消费中居 绝对优势的地位，水能次之，油、气较少。

24. 虽然我国水资源和煤炭资源居世界前列，但人 均资源拥有量很低。2000年，中国人均煤炭可采储 量为89.8t；人均石油可采储量2.6t；人均天然气可 采储量1074 m3，分别为世界平均水平的55.20％、 11％和4.2％。按人均资源拥有值来看，只有煤炭是 唯一有竞争力并且能满足总需求的能源资源。

25. 可再生能源的现有资料显示，我国水资源的人 均占有量接近世界平均值，太阳能比较丰富，约2/3 国土太阳能年总辐射量大于0.6MJ／m2。生物质能 的总量占世界总量的10.7%，人均占有量为世界人 均值的1/2。这些资源的挖掘和利用，将对缓解我国 能源紧缺、促进经济和社会发展有重大的作用。

26. 未来中国能源利用结构预测 百万吨标准煤 能源需求(根据目前趋势预测) 2050年太阳能&生物质&地热能将超过国内石油提供的能源 Coal 2030 peak ２０３０年煤炭达到峰值 Demand需求 Oil石油 Hydro水力发电 Wind 风能 Coal煤 Natural Gas天然气 Nuclear核能 Solar 太阳能&生物质能&地热 来源：劳伦斯伯克利国家能源实验室

27. 中国一次能源消费结构与世界相比，仍然存在 很大的区别。2002年能源消费中，煤炭占一次能源 消费的比例高达66.5 %；石油占23.4％；天然气占 2.7％；水电占5.6％；核电占0.6％。 表1-6是2000～2020年中国一次能源需求预测， 可以看出中国经济的高速度增长，使能源消费速度 同比例增长，而在能源消费中煤炭仍然在一次能源 消费中占主要地位。

29. 1．石油生产和消费 中国石油产量从1995年起，以年均1.67％的速度 增长，原油产量到2002年已达1.67亿t，而消费了 2.457亿t，石油依靠进口的比例越来越高，图1-5是 中国历年石油生产、消费和进口量。根据IEA国际能 源机构和EIA美国能源信息署和国家计委能源所预 测，到2020年我国石油进口的依存度达59％~72 ％，石油净进口量将达到2.4～4.25亿t。可以看出我 国石油消费和生产中存在供需严重不平衡的一高一 低问题，而这一局面会持续很长时间。石油安全问 题应引起我们的高度重视。

31. 2．天然气生产和消费 中国天然气产量近年有较大的发展，从1995年 的179.47亿m3增加到2002年的326亿m3，年增长 速度达到8.67％。图1-6为中国天然气历年生产量。 2002年中国天然气消费总量为301亿m3。根据 2000年天然气消费结构，约有82.4 %用于工业。具 体消费结构为：用于化工生产36.9％；油气田自用 29.7％；民用13.2％；电力2.6 %;交通运输2.4%， 冶金建材1.9％；机械制造3.0 %。

33. 国内天然气生产主要是四川省，东北大庆、辽 河油田，西北鄂尔多斯与陕甘宁盆地的长庆气田。 其中四川省的产气量占全国产气量的1/3左右，东北 大庆、辽河油田产气量占全国产气量的17％，长庆 气田的产气量约占全国产气量的10%。在天然气消 费中遇到的主要问题是，天然气资源远离消费市 场，供需输送距离长，气田开发和输送成本高。但 随着天然气开采输送技术的进步，国内主要输气管 线的建设，今后天然气的消费量会有较大发展的。 按国家计委能源所和国防能源机构预测，到2020年 中国天然气消费总量会达到1450～1650亿m3。

34. 3．煤炭生产和消费 根据资料显示，中国煤炭资源总量为55700亿 t，但探明煤炭储量为10421.35亿t，探明可经济开 发的剩余储量为1145亿t。在探明储量中，烟煤占75 ％，无烟煤占12％，褐煤占13％。资源主要分布在 华北和西北地区，分别为48.95 %和29.98％，总计 达78.93％。 表1-7为中国1980~2000年各行业煤炭消费情况。

36. 从表1-5、表l-7中显示的数据看出，中国煤炭生 产和消费从20世纪80年代初的6.165亿t增加到2002 年的13.8亿t,到2008年的23亿吨。30年间煤炭生产和消费增加了4倍，达到世界煤炭消费总量的1/4。 从消费结构看，以工业消费为主，主要集中在电力、建材、冶金和化工四个耗煤行业。到2002年用于发电和供热的煤(发电和热电联产)达7.2亿t，占煤炭消费总量的54.7％；建材用煤1.6亿t，占12.6 %；冶金用煤1.2亿t，占9.2%；化工用煤0.78亿t，占5.9 %。按直接用途，2002年除发电用煤为第一消费用量外，工业锅炉和工业窑炉用煤约为3．5～3．8亿t，约占全国煤炭消费的1/3，加上全国居民生活用煤0.78亿t，动力用煤已达到煤炭消费总量的85％左右。 目前火电用煤达到60%以上。

37. 表1-8是中国历年电力装机容量、发电量、发电 煤炭消费量以及到2020年电力发展的蓝图。

39. 中国电力的快速增长，对国民经济和人民生活 水平的提高起到了积极而重要的作用。同时使煤炭 在电力行业中的消费也成倍增加。预计到2020年（实际2010年），中国电力装机容量将达到9～9.5亿kw。风电装机达3000万kw。

40. 按照“优先发展水电、加快发展核电、优化发展按照“优先发展水电、加快发展核电、优化发展 煤电、积极发展新能源发电、适宜发展气电”的原 则，今后20年，煤电在中国电源结构中的比例会有所下降，煤炭发电的技术将有根本性的提高，但以煤为主的电源结构特点不会改变。用于发电和供热的煤炭绝对数量会有较大的增加。

41. 第二节 世界及中国能源经济 表1-9是中国及发达国家能源消费与经济性比较 .

42. ! 能源消耗 !

43. 按1995年美元值计算，中国人均GDP是824美元；美国人均GDP分别为31996美元，是中国人均GDP的40倍和8.54倍(按3P计算)。美国人均一次能源消费是中国的11倍，人均发电量是中国的12.6倍，但每百万美元GDP的能耗却是中国的28.5％，即使不发达国家印度单位GDP的能耗也比中国低30％左右。这反映出中国能源生产和消按1995年美元值计算，中国人均GDP是824美元；美国人均GDP分别为31996美元，是中国人均GDP的40倍和8.54倍(按3P计算)。美国人均一次能源消费是中国的11倍，人均发电量是中国的12.6倍，但每百万美元GDP的能耗却是中国的28.5％，即使不发达国家印度单位GDP的能耗也比中国低30％左右。这反映出中国能源生产和消 费中存在的问题. 就是能源有效利用率低。

44. 表1-9中统计的数据说明我国与世界先进水平相 比还存在较大的差距，单位产值能耗是世界平均水 平的2～3倍。而我国能源系统的总效率更低，这意味着能源可采量经开采、加工、转换、储运、分配到终端利用，大部分被损失和浪费了。 其中开采效率为32％左右，全机械化大矿40%，个人矿只有15%，中间环节(加工、转换和储运)效率70 %，终端利用效率为41％。中间环节效率和终端利用效率的乘积通常称为能源效率。我国能源效率仅有0.7*0.41=29 %，比国际先进水平约低10％。

45. 能源消费中存在的另一问题是能源消费行业。 世界终端能源消费中工业占35.4％，交通占28.3％ ；而我国能源消费部门构成是工业大于70％，是世 界平均水平的一倍，交通运输仅占8.8％，又远低于 世界平均值，这一高一低的能源消费构成造成能源 利用效率更低。

46. 经济的快速增长、能源效率低下、能源消费行 业比重不合理等因素致使我国能源需求增长速度过 快，出现煤炭、石油和电力同时紧缺的局面。从长 远看，能源的相对短缺将是伴随我国经济社会发展 整个过程的长期问题 . 当然，也伴随世界经济发展全过程 .

47. 谁走得更远？ 势必导致争夺能源！谁拥有资源谁就能持续发展！ 谁能实现高效利用，谁就能最得更远！ 中东，非洲资源开掘型；发展中国家高能耗型；美国欧洲等高消耗型；日本等高效节约型。

48. 第三节 中国能源生产消费中存在的问题和 带来的环境压力 从前述的数据可以获得以下结论，第一是能源 资源不足。中国能源资源总量虽然比较丰富，但人均资源占有量相对较少，不仅石油、天然气资源短缺，总量居世界前列的煤炭资源，人均探明可采储量只有89.8t，仅为世界人均值的一半。

49. 第二是能源资源地域分布不平衡，资源与区域 经济发展矛盾突出。总体上讲，是北多南少、西富 东贫，能源品种的分布是：煤炭资源的近90％分布 在西部和北部，石油资源的85％分布在长江以北， 水资源的2/3集中在西南。而经济发达的东部和中部 地区资源贫瘠，长期以来是北煤南运、西煤东运、 西电东送、西气东输。其结果是综合能源利用的效 率低，经济性差，带来的运输和环境压力大。

50. 第三是能源生产消费结构与世界其他国家显著 不同。煤炭在中国能源资源中占绝对优势地位，石 油、天然气资源短缺。大量的煤炭开采、运输、消 费带来严重的环境问题。而石油消费的高速增长， 进口石油的依存度提高，预计到2010年石油的海外 依存度将达到50％以上，进口量将达到2亿t以上。 石油供应不仅影响到国家经济的发展，还涉及到国 家政治和安全问题。