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科技創(chuàng)新
潔凈煤技術(shù)創(chuàng)新成果 空腔型煤技術(shù)填補國內(nèi)外空白
2014-05-26 11:06:51   來源: 國際煤炭網(wǎng)

  以煤炭為主體能源的重大創(chuàng)新

   廈門嘉申能源技術(shù)有限公司(以下簡稱廈門嘉申公司)利用福建地產(chǎn)劣質(zhì)粉煤資源,制作一種具有空腔結(jié)構(gòu)的圓球狀型煤,經(jīng)過4個工業(yè)燃煤場合應(yīng)用實驗,實現(xiàn)了潔凈、節(jié)能的燃燒效果。2001年5月25日,上海科技情報研究所通過國內(nèi)、國際聯(lián)機檢索后出具《查新檢索報告》,結(jié)論為:“國內(nèi)外未見和本項目相同的、中間有空腔的圓球型煤”。2003年8月,國家知識產(chǎn)權(quán)局授予發(fā)明專利,空腔型煤技術(shù)擁有7項自主知識產(chǎn)權(quán)。2007年8月18日,空腔型煤技術(shù)通過了中國民營科技促進會組織的專家評審、鑒定。

   2007年9月30日至10 月4日,北京大學(xué)中國地方政府研究院組織國家發(fā)改委、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局、商務(wù)部、中央編辦、國務(wù)院新聞辦等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專家,實地考察調(diào)研了廈門嘉申公司空腔型煤技術(shù)的利用價值與推廣前景。調(diào)研組的同志在認(rèn)真聽取當(dāng)?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)匯報、召開專家和企業(yè)家座談會后認(rèn)為,空腔型煤技術(shù)及其相應(yīng)的成型工藝和設(shè)備屬于首創(chuàng),填補了國內(nèi)外工業(yè)型煤技術(shù)的空白。這項重大技術(shù)創(chuàng)新成果一旦在全國推廣,對推動節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展將起到積極的作用。

   一、空腔型煤能夠完全替代塊煤,實現(xiàn)潔凈、節(jié)能燃燒效果,是一種具有高附加值的工業(yè)型煤制品。

   煤炭能否作為可持續(xù)發(fā)展的主要能源,取決于潔凈、節(jié)能效果。我國一直把支持潔凈煤技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用作為一項重大戰(zhàn)略任務(wù),鼓勵創(chuàng)新發(fā)展。2006年,空腔型煤技術(shù)獲得福建省和廈門市重點成果轉(zhuǎn)化扶持資金。這項技術(shù)的創(chuàng)新點在于,原料來自價格低廉的福建地產(chǎn)劣質(zhì)粉煤資源,經(jīng)過高溫高壓成型,結(jié)構(gòu)新穎、燃燒性能優(yōu)越、潔凈節(jié)能效果明顯,徹底解決了傳統(tǒng)實芯型煤和塊煤燃燒不充分、殘余煤渣核問題。

   傳統(tǒng)實芯型煤和塊煤的熱效利用率,一般在80%至85%左右,燃燒不充分又污染環(huán)境。為提高實芯型煤和塊煤的燃燒效率,達(dá)到燃盡并消除煤渣核的效果,國內(nèi)外都嘗試采用在粉煤原料中摻入一些可爆元素的方法,促使燃燒過程中發(fā)生爆碎或開裂。但這種爆裂燃燒的使用場合相當(dāng)有限,而且工藝復(fù)雜、難于掌控。廈門嘉申公司圍繞煤炭燃燒過程必須有科學(xué)合理的通風(fēng)比表關(guān)系這個關(guān)鍵環(huán)節(jié),進行了長達(dá)十多年的科研攻關(guān),終于克服工藝和技術(shù)障礙,在空腔型煤的物理與化學(xué)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了重大創(chuàng)新。

   2002年8月24日,蘇州鋼鐵廠用0.3噸空腔型煤,在薄扳車間一號煤氣發(fā)生爐進行制氣應(yīng)用實驗; 2005年8月20日至29日,江蘇南天集團化肥公司用300噸空腔型煤進行化肥生產(chǎn)制氣應(yīng)用實驗; 2006年11月7日,廈門華達(dá)鑫工貿(mào)有限公司用30噸空腔型煤,進行替代焦炭的應(yīng)用實驗;2006年12月28日,大田盛和鑄冶有限公司用30噸空腔型煤,進行替代優(yōu)質(zhì)塊煤的應(yīng)用實驗。

   上述4次應(yīng)用實驗的結(jié)論為:1、空腔型煤熱效利用率達(dá)98%以上,節(jié)煤率在18%以上。2、空腔型煤二氧化硫排放濃度降低41%、排放量減少43%,煙塵排放濃度降低40%、排放量減少42%。3、采用福建地產(chǎn)劣質(zhì)粉煤生產(chǎn)的空腔型煤,發(fā)氣量、氣體質(zhì)量與使用優(yōu)質(zhì)塊煤相當(dāng),從而能夠改變我國化工生產(chǎn)必須使用優(yōu)質(zhì)塊煤的現(xiàn)狀。江蘇南天集團化肥公司300噸空腔型煤應(yīng)用實驗的結(jié)論表明,每噸合成氨可以降低成本90元以上。

   盡管應(yīng)用實驗過程中空腔型煤數(shù)量少,有的指標(biāo)只能定性而不能得出定量的比較結(jié)論,但通過這些試驗可以判斷,空腔型煤是一種具有高附加值的工業(yè)型煤制品,作為一次能源應(yīng)用時能使煤炭資源的利用效率幾乎達(dá)到極限;在其轉(zhuǎn)換為二次能源時則成為一種潔凈的工業(yè)燃燒氣;當(dāng)采用空腔型煤制取工業(yè)煤氣用作化工合成中間體時,能大幅度降低終端產(chǎn)品成本。國內(nèi)外各種傳統(tǒng)實芯型煤或塊煤的燃燒效果,無法與空腔型煤相比。2005年10月,空腔型煤被列為福建省煤炭工業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃建設(shè)項目。

   福建省煤炭資源少,煤質(zhì)差,四分之三的工業(yè)型煤需要從外省調(diào)進。空腔型煤技術(shù)可以提高福建省煤炭資源利用效率,變廢為寶。據(jù)了解,福建省 “十一五”期間年產(chǎn)煤炭1500萬噸,約600萬噸劣質(zhì)粉煤資源可供生產(chǎn)空腔型煤,基本能夠滿足全省工業(yè)型煤需求。按建成年產(chǎn)600萬噸空腔型煤、保守節(jié)煤率為15%計算,每年還可節(jié)煤90萬噸。以塊煤每噸600元的市場價格,每年僅節(jié)煤一項所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為5.4億元。從污染減排、改善大氣環(huán)境分析,能夠減少40%以上的煙塵排放量和二氧化硫排放量,生態(tài)效益十分明顯。

   應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是,我國是以煤炭為主的能源生產(chǎn)大國和消費大國,減少污染排放,是我們向國際社會應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。但我國工業(yè)型煤制品至今尚無國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),管理難度很大。長此以往,資源支撐不住,環(huán)境容納不下,社會承受不起,經(jīng)濟發(fā)展難以為繼。2005年,陜西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局和西安市環(huán)保局提出潔凈型煤技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),報國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局備案,成為省級型煤技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但該標(biāo)準(zhǔn)由于產(chǎn)品本身缺陷,不能適應(yīng)工業(yè)型煤實際使用要求。廈門嘉申公司在研發(fā)實踐中探索的《空腔型煤企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,可以為制定工業(yè)型煤的國家標(biāo)準(zhǔn)提供參考和依據(jù)。

   二、空腔型煤符合我國以煤炭為主體能源的基本國情,對于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有戰(zhàn)略意義。

   基于國家能源安全的戰(zhàn)略考慮,我國將長期堅持能源供應(yīng)基本立足國內(nèi)的方針,把煤炭作為主體能源。但大量使用煤炭必然會產(chǎn)生兩個全球性的環(huán)境問題,一是由于二氧化硫和氮氧化合物的排放形成酸雨;二是由于二氧化碳的過量排放導(dǎo)致全球變暖,形成溫室效應(yīng)。因此,煤炭作為主體能源的根本出路,就是要把煤炭從一次能源轉(zhuǎn)換為二次能源。而煤氣化技術(shù)利用煤炭轉(zhuǎn)化成含有氫氣和一氧化碳的合成氣,是煤炭轉(zhuǎn)換為二次能源最為先進的方式,可以顯著提高燃燒效率,有效減少環(huán)境污染。

   就世界范圍來看,煤氣化技術(shù)采用的氣化爐主要分為固定床、流化床和氣流床三種類型。其中,氣流床氣化爐是目前清潔環(huán)保、效率較高的煤氣化類型。但氣流床煤氣化基地投資巨大,作為工業(yè)配套需要用戶相對集中。不同國家的資源條件,決定了能源技術(shù)的個性特點。我國大量使用的是固定床氣化爐以及工業(yè)型煤燃燒、氣化設(shè)施,在冶金、化肥、有色、機械、陶瓷、玻璃等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛用途。

   但困擾在于,固定床氣化爐對燃用塊煤的粒度大小、不同批次煤質(zhì)穩(wěn)定性均有較高要求,如果粒度分級不均勻、煤質(zhì)性能指標(biāo)不穩(wěn)定,不僅給用戶篩分塊煤燃料帶來操作麻煩,而且直接影響氣化爐的產(chǎn)氣效果和產(chǎn)氣質(zhì)量。空腔型煤是一個技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品,用于固定床氣化爐制作工業(yè)煤氣,經(jīng)應(yīng)用實驗證明是行之有效的。從長遠(yuǎn)考慮,空腔型煤有完全自主知識產(chǎn)權(quán),在國內(nèi)外工業(yè)型煤市場無同類產(chǎn)品可比,技術(shù)上具有獨占、壟斷性,符合我國相當(dāng)長一個時期的基本國情,應(yīng)當(dāng)從貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀、走新型工業(yè)化道路和國家能源安全戰(zhàn)略層面給予高度重視。

   我國煤炭產(chǎn)量逐年增長,但塊煤供應(yīng)日趨緊張,價格居高不下。塊煤短缺的重要原因,是隨著機械化程度的提高,煤炭采掘的塊煤率僅為20%。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國每年積壓粉煤資源總量達(dá)數(shù)億噸。除部分粗放使用外,均未能有效利用。通過空腔型煤技術(shù)進行加工成型,對這些“閑置”粉煤資源充分開發(fā)利用,可以用于燃料型煤(工業(yè)鍋爐、蒸汽機車、工業(yè)窯爐、鍛造爐、鑄造爐、軋鋼加熱爐)、氣用型煤(化肥造氣型煤、燃料氣造氣型煤)、焦用型煤(包括冷壓、熱壓,供冶煉和鑄造用)、煉焦配用型煤,從而有效緩解塊煤短缺狀況,創(chuàng)造巨大的物質(zhì)財富,實現(xiàn)全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

   需要指出的是,《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》把“工業(yè)節(jié)能”和“煤的清潔高效開發(fā)利用”列為重點領(lǐng)域。其中,在第77項煤炭的高效安全生產(chǎn)、開發(fā)與加工利用中列出了“型煤加工及利用設(shè)備”;在第82項高能耗工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能與建筑節(jié)能中列出了“高效燃燒工業(yè)節(jié)能爐窯”。國家發(fā)改委、科技部、財政部、環(huán)保總局等八部門組織編制的《“十一五”十大重點節(jié)能工程實施意見》,第一條內(nèi)容就是 “燃煤工業(yè)鍋爐(窯爐)改造工程:更新改造低效工業(yè)鍋爐,建設(shè)區(qū)域鍋爐專用煤集中配送加工中心;淘汰落后工業(yè)窯爐,對現(xiàn)有工業(yè)窯爐進行綜合節(jié)能改造”。空腔型煤完全符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求,對于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會具有重要的經(jīng)濟意義和社會意義。

   三、空腔型煤是具有長期投資價值的資源與環(huán)境產(chǎn)業(yè)項目,建議首先在福建試點,然后逐步在沿海煤炭轉(zhuǎn)駁港口擇點推廣

   空腔型煤是一個潛力大、應(yīng)用面廣的重大技術(shù)創(chuàng)新成果,應(yīng)當(dāng)作為調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式的突破口和重要抓手,積極推動以廈門嘉申公司為主體、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。在具體應(yīng)用推廣方面有三個地區(qū)可以優(yōu)先考慮:(一)具有原煤資源的地區(qū);(二)沿海煤炭中轉(zhuǎn)駁運港口;(三)工業(yè)煤氣發(fā)生爐用戶相對集中的地區(qū)。從可操作性考慮,應(yīng)當(dāng)首先完善廈門嘉申公司產(chǎn)業(yè)化示范基地,產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟效益并取得經(jīng)驗,爭取結(jié)束福建從外省調(diào)進工業(yè)型煤的歷史。在此基礎(chǔ)上,可以通過成套生產(chǎn)技術(shù)有償轉(zhuǎn)讓,逐步在沿海煤炭轉(zhuǎn)駁港口擇點推廣。

   我國重要工業(yè)基地主要分布在沿海地區(qū),塊煤是不可缺少的能源資源,需求缺口很大。但這些地區(qū)所用塊煤、特別是造氣塊煤,大多從山西等地調(diào)運并通過沿海港口轉(zhuǎn)駁,才能進入終端用煤設(shè)備燃燒或氣化。在這一轉(zhuǎn)駁過程中,有大量塊煤被撞擊變成碎煤、煤屑、煤粉,不得不降價、降級處理,不僅造成優(yōu)質(zhì)煤炭資源浪費,而且直接導(dǎo)致終端用戶GDP能耗成本增加。這種情況表明,在節(jié)約使用煤炭資源工作中存在著認(rèn)識不到位,責(zé)任不明確、措施不配套、政策不完善、投入不落實、協(xié)調(diào)不得力等問題,應(yīng)當(dāng)及時加以扭轉(zhuǎn)。

   空腔型煤技術(shù)實質(zhì)上是一種塊煤再生技術(shù),通過集中回收塊煤流轉(zhuǎn)過程中的碎煤、煤屑、煤粉,再加工成可以完全替代塊煤的工業(yè)型煤,既不占國家煤炭計劃運輸指標(biāo),所用原料就地取材,屬于煤炭運輸流轉(zhuǎn)過程中散失資源的回收開發(fā)利用,又有助于緩解塊煤的需求緊張狀況,實現(xiàn)塊煤資源的循環(huán)利用。如果能在沿海幾個主要煤炭轉(zhuǎn)駁港口進行散失煤炭回收,可再生利用的塊煤資源相當(dāng)于建一座年產(chǎn)500萬噸的中型煤礦,所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益是顯而易見的。

   我們建議國家能源領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室牽頭,組織國家發(fā)改委、科技部、財政部、商務(wù)部、環(huán)保總局、知識產(chǎn)權(quán)局等相關(guān)部門,跟蹤了解廈門嘉申公司空腔型煤技術(shù)的進展?fàn)顩r,給予必要的政策和資金扶持,組建國家重點實驗室,推動技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化,增強企業(yè)自主創(chuàng)新能力。同時,我們建議考慮選擇秦皇島、連云港等港口建立國家煤炭回收儲備基地。沿海港口散失煤炭的回收方式,可以通過當(dāng)?shù)卣雠_相關(guān)政策進行引導(dǎo),鼓勵使用塊煤的企業(yè)做好對碎煤、煤屑、煤粉的收存。煤炭回收儲備基地根據(jù)這些企業(yè)接受的比價進行回收,同時置換相應(yīng)價格一定重量、或相應(yīng)重量一定價格的空腔型煤,不另收取加工費。這種置換方式的優(yōu)點是手續(xù)非常簡便,運輸車輛往返不空駛。由于空腔型煤的燃燒效率超過塊煤,企業(yè)在不增加支出的前提下,可以有效降低用煤成本,提高資源利用效率。(北京大學(xué)中國地方政府研究院院長 彭真懷)

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