低熱值煤資源現(xiàn)狀與循環(huán)流化床發(fā)電應(yīng)用分析

呂俊復(fù)，楊海瑞，楊方亮，劉丁赫，張縵，黃德洪

(1.清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市海淀區(qū)，100084；2.中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)，北京市朝陽(yáng)區(qū)，100013；3.太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，山西省太原市，030024)

煤炭是重要的基礎(chǔ)能源，我國(guó)煤炭生產(chǎn)量和消費(fèi)量多年均居世界第一。近年來(lái)，雖然煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)中的比例逐年下降，但2019年仍達(dá)到57.7%[1]，煤炭作為主體能源的地位在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生根本改變。發(fā)展煤炭洗選加工、推進(jìn)煤炭資源分級(jí)利用是提高煤炭清潔高效利用水平的主要途徑，根據(jù)中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)測(cè)算數(shù)據(jù)顯示，目前全國(guó)煤礦排放的煤矸石、煤泥的總量約為9億t/a，每年新增的煤矸石、煤泥中仍有較大部分無(wú)法得到充分利用，導(dǎo)致其存量逐年增大。根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》目標(biāo)[3]，到2020年全國(guó)原煤入選率達(dá)到75%以上，煤矸石、煤泥的產(chǎn)生量將進(jìn)一步增加，如不能進(jìn)行有效地利用和處置，長(zhǎng)期堆存將會(huì)壓占大量土地資源，破壞礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。因此，加大對(duì)煤矸石、煤泥等低熱值煤燃料大規(guī)模資源化利用對(duì)煤炭清潔高效綠色發(fā)展意義重大。

1 低熱值煤資源現(xiàn)狀

煤炭洗選可以提高煤炭終端利用環(huán)節(jié)的利用效率、促進(jìn)煤炭的清潔高效利用，我國(guó)對(duì)煤炭洗選比例的要求也逐年提高，根據(jù)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《2019煤炭行業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》顯示，從2012-2019年，我國(guó)原煤入選能力由21.5億t提高到28.2億t，原煤入選率由56.16%提高至73.2%[4]，2012-2019年我國(guó)原煤入選情況如圖1所示。

圖1 2012-2019年我國(guó)原煤入選情況

隨著我國(guó)原煤入選比例的不斷提高，由此產(chǎn)生的副產(chǎn)品——煤矸石和煤泥等低熱值煤燃料的排放量也日益增加，未來(lái)隨著煤炭產(chǎn)量的增長(zhǎng)以及入選率的進(jìn)一步提高，煤矸石、煤泥等低熱值煤燃料的產(chǎn)生量也將進(jìn)一步增大。我國(guó)煤泥的產(chǎn)量由2012年的1.5億t增長(zhǎng)到2019年的1.95億t，煤泥利用量由2012年的0.28億t增長(zhǎng)到2019年的0.48億t[4]。2012-2019年我國(guó)煤泥的產(chǎn)量及利用情況如圖2所示。

圖2 2012-2019年我國(guó)煤泥的產(chǎn)量及利用情況

由圖2可以看出，一直以來(lái)我國(guó)煤泥的利用量和利用率均相對(duì)較低，整體利用率均低于25%。大量得不到有效利用的煤泥被摻回到混煤中出售，或堆放著地面和矸石山上，不僅使得原煤洗選的效果不佳，而且煤泥的堆放還占用土地、污染環(huán)境。隨著環(huán)保要求和標(biāo)準(zhǔn)的提高，煤泥堆存越來(lái)越困難，一些選煤廠因?yàn)槊耗酂o(wú)法處理而不得不限產(chǎn)或停產(chǎn)，因此煤泥的有效處置問(wèn)題成為了困擾煤炭企業(yè)的難題。

由于我國(guó)煤泥的消費(fèi)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力煤的消費(fèi)結(jié)構(gòu)高度重合，煤泥的價(jià)格受動(dòng)力煤市場(chǎng)價(jià)格的影響較大，2012-2019年我國(guó)煤泥平均價(jià)格以及市場(chǎng)規(guī)模如圖3所示[4]。

圖3 2012-2019年我國(guó)煤泥平均價(jià)格以及市場(chǎng)規(guī)模

由圖3可以看出，隨著近幾年煤炭?jī)r(jià)格的回升，煤泥的平均價(jià)格也隨之增長(zhǎng)，煤泥的整體市場(chǎng)規(guī)模從2012年的43.24億元增長(zhǎng)至2019年的108.15億元，市場(chǎng)的規(guī)模較大。

我國(guó)煤炭生產(chǎn)企業(yè)的煤矸石年均排放量約為7億t，在國(guó)家實(shí)施的煤炭資源綜合利用相關(guān)政策的鼓勵(lì)下，煤矸石的整體綜合利用水平也不斷提高，煤矸石綜合利用率從2012年的63%提高到2019年的70%，但與2012年原國(guó)土資源部提出的關(guān)于煤炭礦山企業(yè)的煤矸石綜合利用率應(yīng)達(dá)到75%以上的目標(biāo)仍有一定差距。2012-2019年我國(guó)煤矸石產(chǎn)量及利用情況如圖4所示[5-6]。

圖4 2012-2019年我國(guó)煤矸石產(chǎn)量及利用情況

2 低熱值煤資源利用情況分析

煤矸石和煤泥作為煤炭生產(chǎn)的固體廢棄物，其綜合利用一直是行業(yè)內(nèi)的重要研究課題。國(guó)外煤矸石主要用于復(fù)田造地和制作建材[7]，我國(guó)煤矸石綜合利用的方式主要是燃燒發(fā)電、筑路填坑、土地復(fù)墾和建筑材料等，近年來(lái)也出現(xiàn)了有色金屬提取、礦物分選、新型材料生產(chǎn)等高附加值的利用方式[8-10]。煤泥的資源化利用主要與其特性有關(guān)，低灰高熱值煤泥的利用途徑主要有直接燃燒發(fā)電或者制備鍋爐燃料(水煤漿、型煤)，而對(duì)于高灰低熱值的煤泥則主要用作建筑摻合料和工業(yè)填料等，但是煤泥用作填料、制磚、制水泥的附加值較低，并不能帶來(lái)較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[11]。近年來(lái)，針對(duì)煤矸石和煤泥的高附加值資源化利用方法的研究很多[12-13]，但是利用量較小，不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的快速減量。

3 低熱值煤資源發(fā)電現(xiàn)狀

由圖2和圖4也可以看出，我國(guó)煤泥的產(chǎn)生量和利用量之間有較大差距，目前的利用量不足產(chǎn)量的25%；雖然近年來(lái)煤矸石的綜合利用率不斷提高，達(dá)到了70%，但由于煤矸石的排放體量更大，仍有大量的煤矸石得不到較好的應(yīng)用。

雖然煤矸石和煤泥屬于煤炭生產(chǎn)的廢棄物，但是其本質(zhì)上仍屬于低熱值煤燃料，從煤炭資源綜合利用的行業(yè)背景和技術(shù)成熟度上來(lái)看，煤矸石和煤泥直接用于燃燒發(fā)電仍然是能夠?qū)崿F(xiàn)其大規(guī)模處理的有效途徑，不僅可以大幅度的減量，而且可以替代部分優(yōu)質(zhì)煤炭的消耗。

我國(guó)在20世紀(jì)70年代就開始建立示范性的煤矸石發(fā)電項(xiàng)目[14]，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，低熱值煤資源發(fā)電產(chǎn)業(yè)不斷壯大，截至2019年底，煤炭行業(yè)資源綜合利用發(fā)電機(jī)組裝機(jī)規(guī)模達(dá)4 100萬(wàn)kW，其中煤矸石、煤泥資源綜合利用裝機(jī)規(guī)模約3 000萬(wàn)kW，低熱值煤發(fā)電裝機(jī)規(guī)模近1 100萬(wàn)kW，根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2019年底全國(guó)煤電裝機(jī)規(guī)模約為10.5億kW，按此計(jì)算煤炭資源綜合利用發(fā)電裝機(jī)占全國(guó)煤電裝機(jī)的比重仍不足4%，因此在低熱值煤資源燃燒發(fā)電的市場(chǎng)潛力巨大。2010-2019年我國(guó)煤矸石和煤泥發(fā)電情況如圖5所示[15]。

圖5 2010-2019年我國(guó)煤矸石和煤泥發(fā)電情況

煤矸石和煤泥等低熱值煤燃料用于發(fā)電，可以減少原煤的消耗，對(duì)于火電企業(yè)具有一定的降成本作用，根據(jù)圖5的數(shù)據(jù)測(cè)算，2010年煤炭資源綜合利用電廠當(dāng)年消耗處置煤矸石(煤泥)量在1.06億t左右，占當(dāng)年利用總量的29%，回收能量折合標(biāo)煤3 300萬(wàn)t；2019年煤炭資源綜合利用電廠消耗煤矸石(煤泥)量增加至1.51億t，占總量的比重為28.8%，回收利用能量折合標(biāo)煤4 700萬(wàn)t[15]。

隨著火電市場(chǎng)壓力加大，煤電一體化的推進(jìn)、產(chǎn)業(yè)集中度上升以及資源節(jié)約利用與環(huán)保政策的要求，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)煤矸石和煤泥的發(fā)電量將會(huì)保持持續(xù)穩(wěn)定的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[16]。此外，這些低熱值煤完全用于發(fā)電，將為當(dāng)?shù)毓?jié)約可觀的運(yùn)力資源和土地資源，為進(jìn)一步提升煤炭終端消費(fèi)環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量提供保障，大力發(fā)展低熱值煤資源發(fā)電非常迫切且十分必要。

4 低熱值煤的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)

目前對(duì)于灰分相對(duì)較低、熱值相對(duì)較高的煤矸石和煤泥基本上可以實(shí)現(xiàn)直接燃燒發(fā)電，但對(duì)于大量高灰分、低熱值的煤矸石和煤泥，直接用于燃燒發(fā)電在運(yùn)行穩(wěn)定性方面仍存在一定技術(shù)難度。根據(jù)我國(guó)《煤矸石綜合利用管理辦法(2014年修訂版)》中提出的要求，用于CFB燃燒發(fā)電的煤矸石混合燃料熱值應(yīng)低于12.56 kJ/kg。對(duì)于發(fā)熱量在3.35～6.28 kJ/kg之間的超低熱值煤矸石直接用于燃燒發(fā)電則非常困難[17]，而對(duì)于高水分、高灰分、固體粒度很細(xì)的煤泥直接燃燒也存在燃燒穩(wěn)定性差、燃燒效率低下以及污染物排放高的問(wèn)題。進(jìn)一步探索低熱值甚至超低熱值煤矸石和煤泥的直接燃燒發(fā)電，是行業(yè)內(nèi)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

4.1 循環(huán)流化床燃燒低熱值煤的優(yōu)勢(shì)

循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)技術(shù)，作為重要的清潔煤燃燒技術(shù)，具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、燃燒效率高、污染物排放低等優(yōu)點(diǎn)[18-22]，CFB鍋爐爐膛內(nèi)的流態(tài)化燃燒特點(diǎn)使其成為燃用矸石和煤泥等低熱值燃料的燃燒創(chuàng)造了有利條件，使其成為了目前工業(yè)化綜合利用低熱值煤資源的最佳途徑。煤矸石和煤泥在CFB鍋爐中摻燒的方式非常普遍，技術(shù)也非常成熟，近年來(lái)也有報(bào)道關(guān)于CFB鍋爐純燒超低熱值煤矸石和高水分煤泥的案例[23]，通過(guò)在CFB鍋爐上采用特殊的設(shè)計(jì)以適應(yīng)更低熱值燃料的燃燒，取得了良好的應(yīng)用效果。

4.2 循環(huán)流化床燃燒低熱值煤的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

循環(huán)流化床作為“一進(jìn)二出”的寬篩分物料平衡體系[24]，系統(tǒng)的平衡是指各個(gè)粒徑的顆粒進(jìn)出流率均達(dá)到平衡。爐膛內(nèi)的顆粒粒徑分布、燃料分布是影響鍋爐運(yùn)行及其性能的關(guān)鍵因素[25]。根據(jù)理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，YUE[26]等研究專家提出了CFB流態(tài)圖譜，使用流化風(fēng)速和循環(huán)流率這2個(gè)物理量，來(lái)描述密相區(qū)以上的快速床狀態(tài)。CFB鍋爐在燃燒低熱值煤矸石和煤泥時(shí)，需要針對(duì)其燃料的特點(diǎn)進(jìn)行特殊的考慮，其中最重要的是燃料在燃燒過(guò)程中的成灰特性，這影響了爐膛內(nèi)的流態(tài)結(jié)構(gòu)以及循環(huán)回路中的物料平衡，而在實(shí)際的操作過(guò)程中分離器效率、排渣效率以及回料閥的性能是其中的關(guān)鍵點(diǎn)[27]。

燃料在CFB鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒以及顆粒之間的不斷碰撞會(huì)形成不同粒徑的顆粒，雖然煤矸石和煤泥等低熱值燃料的特性與一般的原煤差別較大，但仍可以采用煤的本征成灰特性進(jìn)行研究，根據(jù)燃料的本征成灰特性研究方法[28]，獲得了某典型低熱值煤矸石生成的不同粒徑顆粒的比例，矸石本征成灰特性如圖6所示。

圖6 矸石本征成灰特性

由圖6可以看出，不同粒徑檔位的矸石生成的不同粒徑灰樣的比例各不相同，0～0.3 mm粒徑檔位的矸石顆粒燃燒后得到的細(xì)顆粒(小于0.03 mm)最多，約為18%，其他粒徑檔位的矸石顆粒燃燒后得到的細(xì)顆粒相對(duì)較少，這主要是由于煤矸石中水分含量低且灰層較硬，因此相比于原煤，其磨損特性較差。根據(jù)圖中對(duì)寬篩分原始煤矸石中6個(gè)檔位粒徑的本征成灰特性結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，原始煤矸石燃燒后顆粒粒徑在0.06～0.20 mm檔位的顆粒所占比例約為14%，而這部分粒徑的顆粒屬于構(gòu)成CFB鍋爐循環(huán)物料的關(guān)鍵粒徑范圍。

此外，煤矸石特別是高灰分含量的超低熱值煤矸石揮發(fā)分較低，煤矸石熱解后難以形成多孔的焦炭，又由于其燃燒過(guò)程中形成的較厚的灰殼，增加了傳質(zhì)阻力，阻礙了氧氣與內(nèi)部焦炭的反應(yīng)，導(dǎo)致了煤矸石內(nèi)部燃燒不完全[17]。因此，在CFB鍋爐燃燒超低熱值煤矸石時(shí)，需同時(shí)考慮煤矸石的燃盡以及外部循環(huán)物料濃度的構(gòu)建，必須考慮優(yōu)化入爐煤矸石粒徑以及與之匹配旋風(fēng)分離器的效率等關(guān)鍵因素。

根據(jù)燃料的本征成灰特性研究方法，獲得了某典型低熱值煤泥生成的不同粒徑顆粒的比例。煤泥本征成灰特性如圖7所示。

圖7 煤泥本征成灰特性

由圖7可以看出，原始煤泥的粒徑比較細(xì)，顆粒粒徑都在0.3 mm以下，煤泥燃燒后生成的細(xì)顆粒(小于0.03 mm)比例很高，達(dá)71%。由于原始煤泥的整體顆粒粒徑較細(xì)，因此只取其中一個(gè)檔位的原始煤泥粒徑進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，原始煤泥燃燒后生成顆粒粒徑在0.06～0.20 mm檔位的顆粒比例只有7%，這并不利于常規(guī)CFB鍋爐快速形成外部循環(huán)物料的濃度。

CFB鍋爐燃燒低熱值煤泥，則需要重點(diǎn)考慮旋風(fēng)分離器的效率，充分利用高效分離器的飽和夾帶能力，提升外部循環(huán)物料的濃度，同時(shí)優(yōu)化床料存量，避免高灰分煤泥可能帶來(lái)的循環(huán)流率增高引起的返料器波動(dòng)問(wèn)題[29]。曾有報(bào)道某300 MW的CFB鍋爐大比例摻燒煤泥后出現(xiàn)返料器震動(dòng)的現(xiàn)象。另外，高水分團(tuán)狀煤泥在爐膛內(nèi)的燃燒形態(tài)變化，涉及的煤泥給入位置也是需要重點(diǎn)關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。

因此，針對(duì)CFB鍋爐燃燒矸石和煤泥等低熱值燃料，主要關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)包括，合理的匹配旋風(fēng)分離器效率，提高床料質(zhì)量；高通量回料閥，保證穩(wěn)定返料；低阻防漏風(fēng)帽，同時(shí)保證布風(fēng)均勻；優(yōu)化受熱面結(jié)構(gòu)，提高換熱效率及防磨；合適的燃料粒徑控制及燃料給入位置等。

4.3 循環(huán)流化床燃燒低熱值煤的污染物控制

CFB鍋爐在污染物控制方面具有先天的優(yōu)勢(shì)，由于其爐膛內(nèi)均勻的中溫燃燒方式，避免了熱力型NOx的生成，且爐內(nèi)存在大量的還原性循環(huán)物料，使得NOx原始排放濃度遠(yuǎn)低于其他燃燒方式；而通過(guò)爐內(nèi)添加石灰石的干法脫硫方式，CFB鍋爐也能實(shí)現(xiàn)90%以上的脫硫效率[30]，因此在國(guó)家新的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2011)發(fā)布前，CFB鍋爐在主要大氣污染物(NOx、SO2)的排放方面幾乎沒(méi)有壓力。

近年來(lái)我國(guó)大氣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求日趨嚴(yán)格，隨著常規(guī)燃煤電廠超低排放要求的實(shí)施，CFB鍋爐也面臨著巨大的排放壓力，特別是燃用煤矸石和煤泥的低熱值電廠，存在入爐燃料高灰分、高水分、高硫分以及燃料粒度變化較大的特征，導(dǎo)致CFB鍋爐的NOx和SO2排放量較大，難以實(shí)現(xiàn)清潔排放[31]。

影響CFB鍋爐主要大氣污染物(NOx和SO2)排放的因素很多，除了燃料的固有特性外，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)對(duì)于其排放的影響較大，主要體現(xiàn)在鍋爐負(fù)荷、運(yùn)行床溫、一二次風(fēng)配比、燃燒氧量、給煤粒度等，目前在這方面的研究也取得了大量有價(jià)值的成果[32]，使得CFB鍋爐在控制污染物排放方面的能力不斷提高，可以指導(dǎo)CFB鍋爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行。現(xiàn)階段對(duì)于CFB鍋爐中NOx和SO2的爐內(nèi)協(xié)同控制成為了研究的重點(diǎn)問(wèn)題，在CFB燃燒過(guò)程中氧量對(duì)于NOx和SO2原始排放濃度的影響趨勢(shì)相反[29]，同時(shí)作為爐內(nèi)脫硫劑的石灰石，也會(huì)顯著影響NOx的原始排放濃度，CFB鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，NOx和SO2排放呈現(xiàn)“峰谷相對(duì)”的特征，CFB鍋爐NOx與SO2排放關(guān)系如圖8所示。

圖8 CFB鍋爐NOx與SO2排放關(guān)系

由圖8可以看出，當(dāng)投入石灰石過(guò)量時(shí)，SO2可以實(shí)現(xiàn)近零排放，但與此同時(shí)NOx的排放出現(xiàn)峰值，表現(xiàn)為循環(huán)流化床鍋爐NOx排放水平隨Ca/S的增加而上升[33]。因此，在協(xié)同控制SO2和NOx這2種污染物時(shí)，需關(guān)注此種效應(yīng)，不可因片面追求高脫硫效率而忽視其對(duì)NOx生成的促進(jìn)作用。

隨著對(duì)CFB燃燒技術(shù)低排放潛力的進(jìn)一步挖掘，通過(guò)改善CFB爐膛內(nèi)的床料質(zhì)量，包括提高爐膛內(nèi)循環(huán)物料均勻性、降低循環(huán)物料粒徑以及增加循環(huán)顆粒濃度[34-35]，均可有效地降低燃燒過(guò)程中NOx的生成。同時(shí)，采用細(xì)顆粒石灰石的爐內(nèi)脫硫方式，也可以避免對(duì)于NOx排放濃度的增加[36]。

從目前已經(jīng)運(yùn)行的燃用煤矸石和煤泥的CFB鍋爐來(lái)看，雖然煤泥、煤矸石等低熱值燃料對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保性能有一定的影響，但仍可以通過(guò)CFB燃燒技術(shù)的進(jìn)步以及運(yùn)行技術(shù)的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)較低的原始污染物排放，此外配合爐外的脫硫、脫硝與除塵設(shè)備實(shí)現(xiàn)燃用低熱值燃料條件下的超低排放效果。

5 循環(huán)流化床發(fā)電應(yīng)用前景分析

5.1 發(fā)展循環(huán)流化床發(fā)電的重要意義

從循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀看，對(duì)于低熱值燃料的適應(yīng)性、鍋爐大氣污染物控制等方面，均已達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。以2019年為例，煤炭行業(yè)現(xiàn)有的4 100萬(wàn)kW煤矸石綜合利用電廠和低熱值煤電廠，每年利用的低熱值煤資源量為1.51億t(不含中煤)，不到全國(guó)當(dāng)年產(chǎn)生量的50%，與2011年國(guó)家能源局在《關(guān)于促進(jìn)低熱值煤發(fā)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》文件中確定的低熱值煤發(fā)電裝機(jī)7 600萬(wàn)kW的目標(biāo)，仍有較大的差距。

隨著2030年碳達(dá)峰目標(biāo)和2060年實(shí)現(xiàn)碳中和愿景的能源戰(zhàn)略確立，在煤炭基礎(chǔ)能源地位短期難以改變的情況下，“十四五”及今后一個(gè)時(shí)期，國(guó)家對(duì)提高煤炭清潔高效水平的要求必將進(jìn)一步提高，終端消費(fèi)環(huán)節(jié)對(duì)煤炭產(chǎn)品質(zhì)量的要求在環(huán)保排放、能源雙控約束和碳減排等條件下也會(huì)隨之提高，通過(guò)提高煤炭利用效率實(shí)現(xiàn)降低煤炭能源消費(fèi)占比和減碳目標(biāo)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，繼續(xù)擴(kuò)大和發(fā)展煤炭洗選加工，提高遠(yuǎn)距離運(yùn)輸煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精煤外運(yùn)、低熱值煤資源就地轉(zhuǎn)化，降低運(yùn)輸損耗將是大勢(shì)所趨。在主要產(chǎn)煤地區(qū)的大型煤炭礦區(qū)，發(fā)展以低熱值煤為主要燃料的循環(huán)流化床綜合利用發(fā)電項(xiàng)目，是實(shí)現(xiàn)煤炭綠色高質(zhì)量發(fā)展的重要舉措。

5.2 低熱值煤資源排放日趨集中且大量資源有待利用

近年來(lái)，隨著煤炭供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和煤炭行業(yè)去產(chǎn)能工作的推進(jìn)，煤炭生產(chǎn)格局發(fā)生了較大的變化。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和各地發(fā)布的煤炭產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析排名前10的主要產(chǎn)煤省份煤炭產(chǎn)量情況變化可以看到，2010年排名前10的省份煤炭產(chǎn)量占全國(guó)煤炭產(chǎn)量的81.8%，晉陜蒙寧新五省(區(qū))占全國(guó)產(chǎn)量的60%；2015年排名前10的省份煤炭產(chǎn)量占比上升至87.9%，晉陜蒙寧新五省(區(qū))占比上升至70.3%；2019年排名前10省份煤炭產(chǎn)量占比增至92.7%，晉陜蒙寧新五省(區(qū))占比上升至78.9%。煤炭產(chǎn)能進(jìn)一步向煤炭大省集中，這也意味著洗選比例進(jìn)一步提高后新增的低熱值煤資源排放也向這些區(qū)域進(jìn)一步集聚，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的煤矸石綜合利用電廠和低熱值煤電廠對(duì)低熱值煤資源的消納能力完全無(wú)法滿足當(dāng)?shù)氐男枨?，大量低熱值煤資源有待資源化利用。

5.3 應(yīng)用前景分析

從技術(shù)發(fā)展的角度看，困擾循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)在低熱值煤消納利用和處置方面的問(wèn)題，目前已基本得到解決，污染物超低排放、空冷技術(shù)應(yīng)用、安全穩(wěn)定和機(jī)組效率等方面已得到實(shí)踐驗(yàn)證，在滿足環(huán)境容量和生態(tài)承載力、電網(wǎng)消納空間的前提下，優(yōu)先建設(shè)循環(huán)流化床低熱值煤綜合利用一體化發(fā)電項(xiàng)目，可以有效緩解煤炭資源分布與煤炭主要消費(fèi)區(qū)逆向分布的矛盾，提高煤炭清潔利用水平。從能源稟賦條件和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)判斷，我國(guó)的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)需求在“十四五”期間仍將保持在較高水平。隨著煤炭產(chǎn)能進(jìn)一步向晉陜蒙寧新等主要產(chǎn)煤省(區(qū))集中，在煤炭入選比例繼續(xù)增長(zhǎng)的情況下，每年的新增低熱值煤資源量也將保持高位。以2019年煤炭產(chǎn)量、原煤入選情況測(cè)算，當(dāng)年未進(jìn)入煤矸石綜合利用電廠和低熱值煤電廠進(jìn)行燃燒發(fā)電的低熱值煤量在1.7億t左右。這部分資源主要以堆存的方式棄置不用，部分通過(guò)各種渠道進(jìn)入如民用散煤、工業(yè)散煤等流通環(huán)節(jié)，存在較大的環(huán)境污染隱患。綜合技術(shù)現(xiàn)狀和資源情況可以看到，發(fā)展低熱值煤循環(huán)流化床發(fā)電仍有較大的潛力和空間。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)我國(guó)煤炭資源大規(guī)模開發(fā)利用規(guī)模和原煤入選率的不斷提高，產(chǎn)生了大量的煤矸石、煤泥等低熱值煤資源，其總體利用率仍然較低，導(dǎo)致煤矸石、煤泥的歷史存量不斷累積，煤矸石、煤泥長(zhǎng)期堆放嚴(yán)重影響礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，占?jí)和恋刭Y源，影響煤炭行業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。

(2)燃燒發(fā)電是大規(guī)模資源化處理低熱值煤資源的主要途徑，可以大量、快速地實(shí)現(xiàn)煤矸石和煤泥的消納，提高煤炭的整體利用價(jià)值。我國(guó)現(xiàn)有低熱值煤資源發(fā)電機(jī)組的容量占全國(guó)火電總裝機(jī)容量的比例很低，大力發(fā)展低熱值煤資源發(fā)電十分迫切，市場(chǎng)潛力很大。

(3)CFB鍋爐在低熱值煤資源燃燒發(fā)電方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)進(jìn)一步的CFB燃燒技術(shù)基礎(chǔ)研究及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，可實(shí)現(xiàn)CFB鍋爐直接燃燒超低熱值的煤矸石和煤泥，同時(shí)解決燃燒過(guò)程中污染物排放的問(wèn)題，在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)低熱值煤資源的清潔高效利用。

因此，大力發(fā)展低熱值煤資源的CFB燃燒發(fā)電，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤矸石、煤泥等低熱值煤燃料的大規(guī)模資源化利用對(duì)提升我國(guó)煤炭清潔高效綠色發(fā)展水平、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。