簡介
高硫煤煤的含硫量大於3%的煤稱為高硫煤(含硫量小於1%的是低硫煤,含硫量1~3%的為中硫煤,含硫量大於3%的為高硫煤) 。
環境影響
重慶市是我國硫污染的重災地區,主要原因在於集中生產和燃用高硫煤。1995年重慶煤管局生產高硫商品煤及其含硫情況如表2所示。實際上,重慶市除永榮礦務局開採侏羅世煤為含硫量低於1.5%的低硫煤外,南桐、松藻、天府、中梁山等國有煤礦和地方煤礦、鄉鎮煤礦都開採晚二迭世的高硫煤資源,全市煤炭產量在1600萬t以上,高硫煤產量占全市煤炭總產量的85%以上。如何在高硫煤產區控制和減少SO2和酸雨危害的任務十分嚴峻和迫切。
資源及其分布特點
高硫煤高硫煤仍是一種重要的煤炭資源
高硫煤資源主要形成於晚石炭世-早二迭世(北方)和晚二迭世(南方)兩個成煤期內,賦藏的煤炭資源量分別占全國煤炭資源總量的26%和5%。高硫煤分布與成煤沉積環境密切相關。像廣泛分布在北方的晚石炭世太原統煤為海陸交替相沉積的煤,硫分一般為2%～5%,如果估算晚石炭世-早二迭世賦存的煤炭資源量中有三分之一為太原統形成的煤,而太原統煤中有一半煤硫分超過3%,那么海陸交替相沉積的高硫煤估算占全國煤炭資源總量的4.33%。屬淺海相沉積的晚二迭世煤,硫分幾乎都高於3%,甚至高達6%～10%,這個成煤期賦藏煤炭資源量為5%,如果加上硫分大於3%的海陸交替相資源量4.33%,那么高硫煤資源總量大約在9.33%左右。這與全國統配煤礦和重點煤礦硫分大於3%高硫煤占總儲量7.80%相比,相差並不多。為估算方便起見,假定我國硫分高於3%高硫煤占資源總量的8%,那么按目前全國煤炭資源預測總量和探明煤炭儲量匡算,高硫煤預測總量和探明儲量分別是4260億t和620億t。毋容置疑,高硫煤仍是我國一種重要的煤炭資源。它的潛在經濟價值是巨大的。晚二迭世形成的高硫煤主要分布在南方地區
我國煤炭資源存在著北富南貧、西多東少的分布不均狀況,而高硫煤又多分布在煤炭資源較少的南方地區,在那裡高硫煤就顯得尤其嚴重和突出。從表1硫分大於3%的若干省(區)的煤炭保有儲量看出,浙江、湖北、廣西、海南、四川、西藏等省區煤炭資源的平均硫分都相當高。同時有必要指出,有的省區煤炭資源平均硫分不算高,但有些礦務局產煤硫分卻相當高,像貴州省六枝和林東礦務局所產商品煤含硫量高達4.06%和4.81%,類似情況在江西、廣東、湖南有些礦務局亦存在。我國晚石炭世-早二迭世成煤期的煤層,其硫分差異是明顯的。早二迭世山西統煤是陸相沉積,其硫分一般低於1.5%,而且賦存在煤系地層上部,因此有許多礦井在初期開採上部煤層時,產煤硫分一般較低,但隨著礦井延深,開採年限增加,逐漸開採到下部晚石炭世太原統煤層時,高硫煤就會逐漸增多。此時,由於礦井同時開採比例不等的低硫煤和高硫煤,礦井產煤的硫分還不太高,可以通過合理配采加以控制。但當礦井山西統煤層采完或僅有太原統煤層可開採時,那么礦井就有可能變成只生產高硫煤了。例如河南焦作礦區過去生產的全是優質低硫煤,現在已全部生產硫分2%以上的太原統高硫煤。類似情況在我國北方產煤地區並不少見。1995年開採晚石炭世高硫商品煤的部分礦井,包括了大中小各類型煤礦,由於可采儲量還較大,尚可開採的年限在30～120年不等。
利用問題
由於我國幅員遼闊,客觀上存在著大量高硫煤,其分布亦有特點,如何全面認識和評價高硫煤的利用問題就顯得十分重要。高硫煤是可以利用好的
我國高硫煤品種齊全,既有高硫褐煤和煙煤,亦發現有高硫無煙煤,含硫量有的高達10%以上。雖然高硫煤中硫大部分為硫鐵礦硫形態存在,一般約占全硫含量的2/3,但也發現少數以有機硫為主的高硫煤。當有機硫含量高時,往往使其煤質特徵偏離正常軌跡,表現出值得研究的特殊利用屬性。當煤炭加氫液化使用鐵劑催化劑時,硫作為一種助催化劑有利於煤炭液化,並為以往的工業化生產和隨後的開發研究所證實。低煤化度高硫煤適合液化。在煤炭氣化過程中,煤中硫可被轉化為氣態,加以脫除和回收。通過試驗研究發現,高硫煤是生產煤制橡膠填料的優選原料,高硫煤填料中的硫分起到了硫化劑和硫化促進劑的作用,具有補彈性好,硫化速度快的特點。隨著深入研究和開發,高硫煤還會發現和找到更好的利用途徑。高硫煤在世界上特別是缺煤地區廣泛被利用。眾所周知,褐煤是一種煤化程度淺的煤種,其含水分和含氧量高,通常其發熱量並不高,但在缺煤地區仍作為坑口發電廠的燃料。例如法國馬賽地區的普魯旺斯大型坑口發電廠,就是使用高硫褐煤,它由礦井直接用皮帶輸送至電廠。這種高硫褐煤硫分含量高達3.0%～3.9%,且灰分高達25%～26%,發熱量僅17MJ/kg,每年用量達236萬t。由於採用在粉煤鍋爐內分段噴入固態石灰石 和石灰實現脫硫,其煙氣SO2濃度和絕對排放量均低於歐洲共同體的允許規定值。80年代末至90年代初,世界上建成4座燃煤增壓流化床燃燒聯合循環(P200 PFBC-ce)示範電站,其中西班牙Escatron電站和美國Tidd電站使用的都是高硫煤,其煤質特徵和SO2排放情況如表4所示。從表4可見,所使用的煤炭不僅含硫量相當高,而且灰分、水分含量亦較高。經長期運行證實,這種先進燃煤增壓流化床燃燒聯合發電技術顯示出良好的環保性能,不必採取其它輔助措施,電站的SO2和NOX排放量即可滿足國家現行的標準。上述事實充分說明高硫煤是可以利用好的。
高硫煤的脫硫費用是可以不斷降低的
通過洗選加工可以部分降低高硫燃煤的硫分,通過煙氣脫硫可使燃煤產生的SO2大部分被脫除。目前世界上開發了近200種脫硫工藝,但真正實現工業套用的僅10多種,其中又以濕法脫硫為主,西方已開發國家中日本98%、美國92%、德國90%都採用這種工藝。日本除有10多台燃用低硫煤(硫含量0.2%～0.3%)的機組外,其餘燃煤發電機組都採用了煙氣脫硫。為發展煙氣脫硫技術,西方已開發國家投入大量資金和人力,隨著技術不斷完善,包括脫硫裝置在內的煙氣淨化裝置投資已由原來占電站投資額的25%～30%下降至15%～20%左右,甚至還有可能繼續降低。我國開展煙氣脫硫的試驗已有很長時間,進入90年代,通過引進國外新技術和國際合作,在大中型電廠先後推廣套用了石灰石-石膏濕法、電子束等脫硫技術,均取得良好的脫硫效果,積累了實際經驗,實踐表明,今後技術裝備實現國產化後,脫硫投資和運行費用均有可能繼續降低。重慶珞璜電廠2×360MW燃煤機組引進日本三菱重工濕法石灰/石膏法排煙脫硫裝置,燃煤含硫量4.02%,脫硫投資占電廠總投資的11.75%,單位造價393元/kW,脫硫成本11.06元/MWh,單位脫硫運行費用372元/t(SO2)。在實現國產化後,脫硫裝置的工程造價可比國際市場價格降低一半以上,脫硫投資控制在電廠總投資10%以內是完全可能的。由於我國SO2污染形勢嚴峻,目前國內眾多高等院校和研究機構,在國家有關部門的大力支持下,採取多種形式加快開發適合國情的脫硫工藝和裝置,預計在不遠的將來會取得重大進展。缺煤地區充分利用高硫煤是可能的
在國際動力煤市場上,硫含量2.5%的煤炭仍有交易。例如美國巴爾的摩煙煤,硫分2.5%,灰分10%～12%,1997年FOB報價36.75～39.00美元/t。含硫量高於2.5%的煤炭則未見報價,但並不意味沒有生產和利用,像前面引述的美國、西班牙、法國的一些電廠使用高硫煤就是實例。那么為什麼在交通很方便,在國際市場又很容易買到低硫煤的情況下卻仍然使用高硫煤呢?從經濟上講使用當地高硫煤加上脫硫費用,實際可能要比外購低硫煤加上運輸等費用還要低,可能還包括對發展當地經濟和有利於社會進步等綜合因素的考慮在內。西班牙、法國屬煤炭資源貧乏的國家,但煤炭資源豐富的美國,交通基礎設施又很發達,他們仍堅持就地使用本國高硫煤資源的做法,至少說明從當前或長遠來說,就地使用高硫煤還是有利可圖的。我國煤炭生產與消費分布極不均衡,煤炭探明儲量中,華北占50.6%,西北占25.1%;煤炭生產基地主要在“三西”(即山西、陝西、蒙西)地區,而消費則集中在東部沿海地區,這就決定了西煤東運,北煤南運的基本格局。交通運輸仍是國民經濟的薄弱環節。我國西南、中南一些缺煤地區靠大量外運低硫煤是否可能和經濟,這不能不認真加以考慮和評估。如果每年煤炭運輸費用相當高(包括短途裝卸費用在內),經若干年的積累計算,也許並不比建脫硫裝置和運行所需的費用便宜,那么就應該儘早考慮充分利用本地高硫煤問題。
全面評估關停高硫煤礦井的利弊
鑒於當前煤炭的生產和市場形勢,暫不再新建高硫煤礦井是完全正確和必要的。但關停已投產的高硫煤礦井就會涉及煤炭資源損失、礦井資產處置及大量職工的安置等諸多複雜問題。且不談高硫煤炭資源潛在經濟價值的損失,僅從關閉現有硫分大於3%高硫礦井資產處置的損失和給予職工一次性安置費用,兩者之和將達近百億元之多,同時還會帶來一系列社會問題。如果能籌集減少燃煤污染專項資金,在凡使用高硫煤的大中型電廠和用煤企業普遍建立脫硫等淨化裝置,使煙氣達到排放標準,那么就不必支付關停礦井和職工安置的巨額費用和損失。從國家巨觀調控角度考慮,最終會導致國民經濟的良性循環和技術進步。總之,這個問題還有待於全面評估。開發利用對策
如何利用高硫煤長期開採和利用特低硫煤並不現實
有報導北京是世界污染最嚴重的5個城市之一,有時SO2排放量高出世界衛生組織規定的最高界限的5倍。為減輕燃煤對首都大氣的污染,1998年下半年北京市宣布禁止燃用硫分大於0.5%、灰分大於10%的煤炭。顯然這樣做近期會起到一定的效果。現在不少城市和地區正在效法類似做法,甚至提倡和實施能源消費的優質化,以油和氣代煤,一些產煤大省和煤礦城市亦不例外。應該指出,目前國際油、氣價格較低,使用油、氣效果好,成本還不算高。但誰能保證國際油、氣價格長期低迷和穩定?如果一旦國際上出現油、氣價格暴漲,造成的被動和後果將不堪構想。同時我國煤炭資源中小於0.5%的特低硫煤很有限,主要分布在東北的黑龍江、吉林,華北的內蒙古和西北的一些邊遠省區,儲量和產量並不多,況且要靠鐵路長距離運輸,運費亦昂貴。因此,大量開採和普遍使用特低硫煤顯然是不現實的。
利用和治理高硫煤的有效途徑
高硫煤經過洗選可以脫除大部分黃鐵礦和灰分,有利於提高、穩定煤質,因此動力煤洗選還有待發展。但細粒分散狀黃鐵礦和有機硫是無法通過物理方法脫除,只有通過燃燒過程中脫(固)硫或煙氣脫除才能達到減少SO2排放的目的。目前國內外開發套用的煙氣脫硫技術和工藝,其脫硫效率一般均可達到90%以上,燃燒過程中脫(固)硫效率亦可達到80%～90%。如果燃用含硫3%～4%的高硫煤通過上述方法實現90%脫硫效率的話,那么SO2排放量僅相當於開採和燃用含硫0.3%～0.4%的特低硫煤,即使按80%的脫硫率計算,亦相當於開採和燃用0.6%～0.8%的低硫煤。可見,脫除SO2、淨化煙氣是利用和治理高硫煤的有效途徑。國際上已有成功控制和減排SO2的先進事例。德國是以煤炭作為一次能源重要組成部分的國家,70年代深切嘗到了被嚴重污染環境的苦果,深刻認識到經濟與環境需要協調發展,從80年代起,逐漸建立、健全了較為嚴格的環保標準和法規,並且逐步採取了一系列切實可行的有力措施,使SO2排放得以有效控制並不斷下降,到1988年,大型燃煤設備SO2排放量下降了70%。
應該指出,燃煤對環境的污染和破壞,不僅僅是SO2,還包括NOX、CO和可吸入顆粒物等,有些國家還規定了燃煤排放HCL、HF、有機物、重金屬含量的標準。因此,隨著我國經濟發展和環境質量提高,對煙氣淨化的要求和水平必然會愈來愈嚴格。僅重視脫除SO2,忽視煙氣的全面淨化也是不行的。
建立減少燃煤污染和治理的專項貸款基金
控制燃煤污染排放是一項非常艱巨的任務,已經成為改善我國環境的當務之急。雖然目前有一些配套的環保標準和法規,但還不夠健全和完善,有些缺乏可操作性,執法力度亦不夠。控制和減少燃煤污染必須要憑藉先進的科學技術和雄厚的經濟實力,必須要投入相當的資金和人力,目前僅靠各用煤企業本身籌集大量資金來解決燃煤污染問題,的確是很難辦到的。因此,必須尋求和拓寬籌集雄厚環保資金的渠道和路子。污染環境究竟給我國國民經濟和人民健康帶來多大的損失,目前尚無確切數字可查。據一些專家估計,我國每年因環境污染、生態破壞造成的損失達2000億元,亦有認為污染將消耗掉3.5%的國內生產總值。世界銀行估算,如果算上污染導致疾病治療以及環境惡化造成森林和耕地減少,污染會消耗高達8%的國內生產總值,這意味著將抵消中國取得的經濟成長。當然,污染環境並不完全是燃煤造成的,但是燃煤特別是高硫煤造成的污染占有相當比重。我們認為應當建立減少燃煤污染的專項貸款基金進行投入
,從源頭到使用全過程進行有效治理,從根本上扭轉環境惡化勢頭,通過滾動投入,逐漸使開發和利用高硫煤問題得到徹底解決。
制訂開發和使用高硫煤的對策和措施
我國幅員廣闊、人口眾多,經濟發展不平衡,高硫煤分布情況各異,因此針對不同地區制訂開發和使用高硫煤的對策和措施就顯得十分必要。在沿海交通和經濟發達地區,開發和使用高硫煤應該嚴格控制,只有經確認備有先進脫硫和淨化裝備的電廠和企業、其排放總量和濃度達到規定標準的方才準許使用和運行。對於缺煤、交通不便、生產高硫煤為主的地區,則需要採取有力措施,大力扶植和迅速建立各類實用的脫硫和煙氣淨化裝置,使短期內實現繼續開發和使用高硫煤,同時將SO2排放量減至環境可承受的水平,然後經不斷努力,繼續有所提高。我國主產低硫煤而煤炭供大於求的地區,必須嚴格控制和限制高硫煤生產;當煤炭供不應求時,對生產的高硫煤必須洗選,並採取動力配煤等方法,使供套用戶的動力用煤硫分控制在較低的水平上,以確保我國環境質量得到明顯改善。依據我國國情,我們不必過分追求太高的脫硫效率和環保標準,而應該根據各地區的實際情況制定嚴格而又合理的污染排放標準,以儘可能少的經濟投入取得儘可能好的脫硫和污染物排放控制效果。
