调整燃料结构　大力发展山西型煤产业

――解决山西大气污染的有效途径

山西省环境保护局　王晋峰

　

　　一、山西省大气污染状况

　　山西是我国的煤炭能源重化工基地，多年来为全国的经济建设和发展做出了巨大的贡献。由于我省的主导产业是以挖煤、发电、冶金、化工、建材、机械为主，产业结构为超重型，在带动我省经济发展的同时，也造成了我省严重的环境污染和生态破坏。我省的工业和民用燃料结构以煤炭为主，造成了我省典型的煤烟型空气污染。

　　根据１９９７年环境统计年报，全省工业废气排放量５９２５亿标准立方米，排放的废气中燃料燃烧废气占６１．５％。全省工业烟尘排放量９７．６万吨，工业二氧化硫排放量９６．４万吨。工业烟尘去除率为８５．２％，工业二氧化硫去除率为９．６％。工业锅炉烟尘排放达标率为７２．４％，工业炉窑烟尘排放达标率为４２．７％。

　　１９９７年全省有１５个城市列入省级大气环境监测网，包括太原、大同、阳泉、长治、晋城、朔州６个省辖市，忻州、离石、榆次、临汾、运城５个地区所在地城市，古交、侯马、孝义、永济４个县级市。监测结果表明：山西省大气环境仍然是以尘和二氧化硫为主要污染物的煤烟型污染。其中，总悬浮污染负荷占４９．４％，二氧化硫污染负荷占３５．２％，氮氧化物污染负荷占１５．４％。

　　全省１５个城市除运城市外，其它城市大气环境质量全部超过国家空气环境质量二级标准（二级标准是为保护人群在环境中长期暴露，不发生伤害的基本空气质量要求）。其中，临汾、忻州、孝义、古交、阳泉、离石、大同、榆次、太原９个城市分别超过国家空气环境质量三级标准（三级标准是人群在环境中短期暴露不受急性健康损害的最低空气质量要求），忻州、临汾、孝义、榆次、太原５城市污染最重，阳泉、离石、古交、大同、朔州５城市污染较重，晋城、长治、永济、侯马、运城５城市污染较轻。

　　从大气总悬浮微粒污染状况看，１９９７年１５个城市大气环境中，总悬浮微粒日均值的年平均浓度为０．５１０毫克／标准立方米，超过国家二级标准（０．３００毫克／标准立方米）０．７０倍。其中，临汾、忻州、孝义、古交、阳泉、离石、大同、榆次、太原９个城市超过国家三级标准（０．５００毫克／标准立方米）。

　　从二氧化硫污染状况看，１９９７年１５个城市二氧化硫日均值年平均浓度为０．１８２毫克／标准立方米，超过二级标准（０．１５０毫克／标准立方米）０．２１倍。其中，永济、朔州、晋城、侯马、运城、长治６个城市大气二氧化硫日均值年平均浓度在国家二级标准限值以内，其余９个城市全部超过国家二级标准，尤以忻州、榆次、临汾、太原、孝义５个城市污染为重，二氧化硫日均值年平均浓度超过国家三级标准（０．２５０毫克／标准立方米）。

　　从氮氧化物污染状况看，１９９７年１５个城市氮氧化物日均值年平均浓度为０．０５３毫克／标准立方米，各城市全部符合国家二级标准（０．１００毫克／标准立方米）。

由此可见，我省大气污染是以煤烟型污染为主要特征的，主要污染物是烟尘和二氧化硫。

　　二、山西省工业锅炉及炉窑燃料结构现状与发展方向

　　我省现有工业锅炉约32000台，各种工业炉窑约15000台。其中绝大多数是以原煤为燃料，年耗煤约8000万吨。由于地处煤海，燃料价格便宜，造成全省范围的节能意识较差，锅炉及炉窑运行中燃料的燃烧效率低，不仅严重浪费能源，而且污染环境。以太原市为例，太原市约有工业锅炉4500台，工业炉窑700台，茶炉1500台，营业灶7700台，居民灶40000台。年消耗原煤1370万吨，排入大气的烟尘10.29万吨，二氧化硫 27万吨。这种以原煤为主的燃料结构造成了太原市典型的煤烟型污染。据多年监测表明，大气中主要污染物总悬浮微粒、二氧化硫浓度均超过国家规定的二级标准。在历年来全国37个城市环境综合整治定量考核中,大气环境质量指标排名均在倒数前五名之列。在1999年全国46个环境保护重点城市空气质量排名中，太原市排在了污染第一名。在全省范围内，各主要城市的环境状况都大致类似，甚至，有些城市的空气环境质量比太原市还差。

　　针对我省环境质量存在的问题，治理大气环境首先需要治理煤烟型污染。治理煤烟型污染的主要对策包括大力发展热电联产、实行集中供热、改善燃料结构、推行洁净煤技术等等。对于目前众多的中小型锅炉、工业炉窑以及灶具来讲，改善燃料结构无疑是最有效的途径。为此，各级政府业已采取一定具体步骤，如太原市政府就发文要求从1997年元月1日起，新建的桑娜浴、饮食服务业的锅炉必须使用燃油、燃气锅炉，目前正在推行。就局部范围来讲，这种措施应该是收效明显的，由于洗浴业、饮食服务业大多分布在闹市区，对城市环境质量影响较突出，首先从这些行业入手，通过改变燃料结构来减轻大气污染，可以使城市环境得到明显改善，同时这些行业基本属于高利企业，这些企业的燃料由原煤改为油、气后所增加的成本，企业基本可以消化，因此也是可行的。但是对于大多数企业、事业单位、机关来讲，近期内统一改为燃油、燃气，就存在较大困难。切实可行的办法是推行投资较底的燃烧型煤代替燃烧原煤。

　　三、工业型煤洁净燃烧技术及国内相关政策

　　型煤，简单的讲就是将粉煤机械成型。随着技术的进步，型煤不再是粉煤的简单成型加工，而是在成型过程中，改变或调整型煤特性，以达到提高燃烧效率、减少污染排放的目的。型煤在洁净煤燃烧技术中占有重要地位，适用于工业锅炉、工业炉窑、民用炉以及冶金、化肥、焦化、玻璃、陶瓷、建材等行业。应用型煤可以有效地提高煤炭使用过程中的经济效益和环境效益，在工业锅炉上应用型煤代替原煤作燃料，一般可以节煤27%左右，减少烟尘排放量的70-90%，减少二氧化硫排放量60%左右。生产工业型煤在国外已有成熟的技术，德国大量发展褐煤成型，年产量达60兆吨以上，主要用于气化和民用燃料。英国、日本、韩国、俄罗斯等国也生产大量的工业型煤，多采用煤焦油为粘结剂，成型后炭化，以用于生产工业型焦为主。目前，国外工业型煤技术发展的趋势是：型煤清洁、高效地燃烧和继续开发新的粘结剂及大型高压成型设备。在粘结剂技术开发上，各国普遍采用了与结构、性质相近的煤系高芳烃的煤焦油、沥青作为型煤粘结剂，并取得了良好的效果。直到1976年，煤焦油一直是最主要的型煤粘结剂。但是，随着严格的环保条例的逐步颁布，加之受到煤焦油、沥青产量的限制，使得煤焦油、沥青粘结剂的进一步应用和发展受到制约。因此近二十年来，国外又不断开发出改质石油沥青、高分子聚合物、工业废弃物等单一和复合型的型煤粘结剂。其工作重点集中在：

　　沥青类粘结剂的改性，通过各种沥青材料的复合或者与无机物的复合，开发出多种具有良好使用性能的粘结剂；

　　在天然有机物及工业废弃物方面，多集中在木质磺酸盐和腐质酸盐方面，它们的来源广、价廉，通过复配可取得良好的综合性能，但防水性能较差，应用受得到限制；

　　在高分子聚合物方面，有的价格较高，有的防水性能不佳，有的热强度不理想，因此，高分子聚合物的应用还不普遍。

　　我国工业型煤的发展起步于50年代,由于化肥生产的需要,气化型煤发展较快,60年代无烟粉煤成型用于中、小氮肥厂制气，代替了60 %的化肥用无烟块煤，有力地促进了合成氨工业的发展，先后开发了纸浆煤球、石灰炭化煤球、粘土煤球、腐植酸煤球、清水煤棒等。

　　国家“七五”和“八五”期间都把型煤列为重点科技攻关项目，进行了大量的实验研究，一是建立了示范厂；二是对粘结剂的研究和工业性试验；三是提高和改善型煤性能的研究。其中在环保方面取得了不少新的技术突破。比如“型煤高效固硫技术”，与原煤比，在用于工业锅炉方面可减少二氧化硫排放量60%；在用于民用锅炉方面可减少二氧化硫排放量80-90%。主要技术是：将固硫剂在型煤表面“密集、多孔化”，以大大提高固硫剂活性，提高固硫率，此技术已获美国专利。又如“低氮氧化物技术”，与原煤比，型煤的氮氧化物排放量降低约40%，主要使煤炭中含氮的侧链在低温中燃烧，分解成氮气,少生成氮氧化物。再如：“减少二氧化碳技术”，比烧原煤降低地球温室效应气体二氧化碳15-25%,主要技术是煤层通风均匀性，降低过剩空气系数和减少化学不完全燃烧损失等。除以上这些环保效益外，燃用型煤还可以使锅炉效率提高4-8个百分点。在粘结剂的研究方面取得了众多成果，开发应用了有机、无机及有机无机复合型等各种类型的粘结剂，尤其是防水和免烘干粘结剂的开发方面业已取得一定突破。

　　邓小平同志早在七十年代初就指示原煤炭部大力发展型煤。1984年国务院环境保护委员会发布的《防止煤烟型大气污染技术政策的规定》把型煤列为大气污染防治技术的主要途径，具体指出了煤炭加工技术政策和煤炭分配、利用的技术政策。党的“十五大”以来，在以江泽民同志为核心的党中央提出的“科教兴国”和“可持续发展”战略方针指导下，《中国２１世纪议程》和《山西２１世纪议程》进一步明确提出要大力推行洁净煤燃烧技术，以实现经济和环境的可持续发展。中华人民共和国《大气污染防治法》要求：国务院有关部门和地方各级人民政府应当采取措施，改进城市燃料结构，发展城市煤气，推广成型煤的生产和使用；大、中城市人民政府应当制定规划，对市区内的锅炉及民用炉灶限期实现燃用固硫型煤或者其他清洁燃料，逐步替代直接燃用原煤。山西省人民政府“关于印发山西省贯彻《国务院关于环境保护若干问题的决定》的实施办法的通知”要求：“到２０００年，省辖６市和５个地区行署所在地城市，在市区内要全部停止燃用散煤，使建成区达到国家烟尘控制区标准。”

　　四、我省工业型煤发展现状、市场状况及前景展望

　　我省是全国煤炭大省,煤炭储量占全国已探明储量的三分之一,商品煤数量占全国的四分之三。长期以来，煤炭外运一直是以直接输出原煤为主。由于地处煤海，能源价格相对便宜，六、七十年代全国掀起的以化肥生产企业造气为主的型煤开发在我省几乎没有造成什么影响，当时全省只有太原等地生产少量的民用煤球。八十年代随着国家有关环保政策的出台，在我省曾出现一股型煤开发热潮，有一些小型的试验项目上马，但由于当时型煤生产工艺及技术尚不成熟，一直未能形成规模。多年来，我省科研单位、高等院校及相关企业的科技人员在型煤技术的开发试验方面进行了大量的工作，也取得了一定的成果。特别是在粘结剂配方的研究试验、型煤技术特性的研究试验等方面取得了一定的突破。近一、二年来，随着国家环保执法力度的不断加强和一些外省、市有关禁烧散煤等环保政策的实施，以及省内有些地市推广使用型煤政策法规的出台，导致型煤需求量的大量增加，在我省又掀起了新的型煤开发热潮，一些有识之士看准了型煤的发展前景，投资建厂或兴办型煤技术、设备经销服务实体，相继有一些年产三万吨级以上的型煤项目上马。各级环保部门也扶持了一些规模型的型煤项目，个别地方还出台了具体的型煤推广使用办法，成立了型煤推广使用的专门机构，这些，在一定程度上推动了我省型煤的发展。但由于省内对于型煤推广使用的政策、法规不到位，不能保障型煤的市场，目前省内生产的型煤产品除少量供省内使用外，大部分销往省外。从总的方面来看，我省型煤开发、生产和应用还处于起步阶段，问题很多，如：型煤总产量太小，不能满足全面替代燃用原煤的要求；型煤生产各自为阵，技术水平参差不齐；现有燃煤锅炉直接燃用型煤还有一些技术问题；缺乏相应的法律来保障型煤市场等等。

　　随着国民经济高速增长，环保问题业已成为关系国计民生的大事和各级政府部门的工作重点，城市煤烟型污染也成为环境治理的重点。据资料记载，我国能源消费是以煤炭为主，约占75%，且这种格局在今后相当一段时期内不会有根本改变。1996年我国生产原煤13.6亿吨，煤炭生产、消费总量均为世界第一。每年以燃烧方式消耗的煤炭达11亿吨，占煤炭消费的80%以上，其中30%用于发电，其它则燃用于遍布全国的46万多台工业锅炉，16万多台工业窑炉，以及城镇民用炉灶。我国工业锅炉平均热效率58%，比发达国家低15%-20%；炉窑平均热效率25%，比发达国家低10%。1996年全国烟尘排放量为1320多万吨,二氧化硫排放量为1397万吨,大气环境污染以煤烟型为主,大气污染中80%以上的烟尘、90%以上的二氧化硫来自于燃煤，节能和环保是当今世界亟待解决的重大课题。由于目前中小型锅炉尚无经济实用的脱硫除尘技术，国内公认的解决煤烟型污染的有效方法之一就是把直接用于燃烧的原煤改为型煤，使其在燃烧过程中不排出或少排出烟尘和二氧化硫。因此在全国推行型煤代替原煤的燃烧方式，从根本上改变空气中烟尘弥漫的状况，保证人们的健康和实现煤炭工业的“可持续发展”战略，已成为非常迫切而重要的任务。一些大城市和旅游区政府部门已经正式规定：不准燃烧原煤,必须燃烧油、气或块状燃料，因此，近年来向我省定购型煤的用户日益增加，全国推广使用型煤的市场极大，据专家预测，其数量最终将达到约５亿吨／年！这比我省目前煤炭的总产量还要高，作为国家的煤炭资源大省，生产和供应全国的型煤是我们义不容辞的责任。如此，会给我省煤炭行业带来了一个新的发展契机，将会引起我省煤炭能源事业的一场革命，也给全省经济发展带来了一个新的机遇。

　　以外运型煤来改变传统的晋煤外运方式，可以大大减少晋煤外运由于散煤的飞扬而带来的煤炭损失和沿途的环境污染，可谓是一举两得的好事。省政府为此曾经制定过政策，外运型煤免去每吨４０元的出省费。如此，可降低型煤的外销费用，提高市场的竞争能力。

　　五、燃用型煤的优势及发展型煤产业的机遇和建议

　　治理大气煤烟型污染,燃料结构的调整势在必然,调整的具体措施值得探讨。推行燃油、燃气无疑是有效措施，但根据我省的具体条件，应首选推行用型煤代替原煤。

　　众所周知，煤炭资源丰富是我省得天独厚的自然条件，但正是这种优厚的自然条件造成我省自用煤炭价格大大低于全国，也使我省众多的企业、事业单位长期以来习惯于在考虑自己的开支预算时，仅仅将燃料费用作为较小的份额。由于我省的经济发展目前还相对落后，如果大面积推行用燃油、燃气来代替燃煤的燃料政策，势必造成燃料费用大幅度增加，超出用户的实际承受能力。下表中列出了燃用各种不同燃料的0.7MW热水锅炉一个采暖期的运行费用对比数据：