发信人: realplayer (演绎真实人生), 信区: Energy
标  题: 洁净煤技术的研究和开发投资正在得到回报
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年03月22日21:40:27 星期五), 站内信件

C1arence Lowe11 Mi11er
职 位：燃料工业系统办公室主任
单 位：美国能源部
出生日期：1930年6月28日
学 位：博士
专长
◇煤炭能源的转化和利用
◇ 煤炭技术的研发与示范
教育
   Miller在犹他州州立大学获得化学与能源专业博士，
   著有多篇论文，并持有好几项技术专利。
重要工作经历
   Miller在美国能源部从事煤炭技术的研发与实证工作，主要是将煤炭转化为下
述物质：运输能源、其它可替代能源、化学物品、固体燃料以及和其它应用于工业
的经济、清洁与高效能源。
   他在能源部工作期间，经常负责计划、实施和管理政府与工业组织共同开发和
承担成本的项目，这些项目以开发新一代清洁煤炭技术为目标。他是表层煤炭气化
技术和煤炭转化项目的主管，同时还是煤炭化学与可替代能源基础研究组的高级研
究员。他还作为化学能研究办公室的主要代表列席亚太经合组织能源工作组。在该
小组中，他是亚太地区事务的发言人。
   在加入能源部之前，他被私人工业机构聘任为研发人员，负责研究优化生产过
程的新化学处理方法以及示范工厂的建造。
主题发言

洁净煤技术的研究和开发投资正在得到回报

简介：
     在美国经济中，煤炭大约占主要能源消耗量的四分之一，而美国的主要能源
消耗量也占居世界总量的四分之一。在过去的十年中，煤炭在主要能源中所占的比
例没有发生根本性的变化，据报道，在2015年之前，预计煤炭的需求量将以一定的
速度持续增长。根据能源信息社（Energy Information Agency ：EIA）的预计，
至少在2020年（预测期的最后时间）之前，煤炭仍将继续在电力生产中处于主导地
位。2000年度能源展望（1999年12月）的文章中，据能源信息杜（EIA）预测， 2020
年，将消耗11.77亿吨的煤炭，生产出大约23.470亿千瓦时的电力，几乎占该年总
发电量的49％。
   正如所料，煤炭发展的速度取决于煤炭行业是否能够解决好以下两个方面的难
题：
（1）在目前和今后的法律和法规中制订的环境保护条款；(2）为了在公益行业进
行改革的时期具有更强的竞争力，煤炭行业必须提高经营和经济能力。通过一项积
极的研究、开发和示范计划，我们已经开发出一整套先进的基于煤炭业的高新技术
。这项计划具有短期、中期和长期的目标，它所产生的工作数据对于确保煤炭在美
国未来电力生产领域的重要地位是十分必要的。
   这一计划的短期目标（也就是使现有的煤炭单位符合新的低成本洁净技术和更
加高效燃烧系统的要求）已经基本完成，并且为中期目标（即通过先进的发电系统
，使新煤与煤气一样洁净）的实现奠定了一个好的开端。到目前为止所取得的成绩
，进一步证实了完全能够完成这一宏伟计划（即低于目前成本的无排放技术和价格
适中的碳吸收系统）。
现有的发电厂
◇减少烟雾——NOx的控制
   当人们认识到氮氧化物是形成酸雨和造成城市烟雾的罪魁祸首时，便制订了一
系列法规来严格限制它们的排放。燃煤锅炉是排放氮氧化物的主要来源，因此也是
法律、法规限制的主要目标。在开发出洁净煤技术之前，在美国的公益事业中还没
有可行的氮氧化物控制技术。大部分能够显著减少形成烟雾的氮氧化物污染物的技
术都十分昂贵，而且未经检验，有时清除一吨污染物质的成本竟高达3000美元。
   在1987年到1999年期间，美国能源部花费在NOx控制研究上的投资超过6,700万
美元（1999年的美元）。其中，大约180万美元用于基础研究，4,800万美元用于示
范计划，这些计划主要是关于公益事业领域先进的氮氧化物清除系统的开发和演示
例如，低N0x燃烧炉、选择性催化还原技术（SCR）、Nox控制系统。对于基础研究
和示范计划，联邦基金分别提供了总经费的大约80％和45％。其余部分则由其行业
提供，主要由CCT计划的一部分来资助。
   CCT计划通过新技术为公益事业行业提供了第一手的经验，同时解决了许多技术
的不确定性。其结果是：75％的现有燃煤发电单位已经或者正在改装为低Nox的燃
烧炉。此外，DOE（美国能源部）计划也产生了直接效益，通过采用SCR技术，目前
的成本已经降低到8O年代的一半，并且美国现有燃煤容量的30％订购了SCR系统，
或者正在改建中。由于上述的改善，预计到2005年，美国的Nox排放量将减少2,50O
万吨。这一数量已经超出了未实施DOE研究和示范计划情况下所产生的减少量。据
保守估计，到2005年，由于低成本技术和环境改善所产生的直接综合经济效益将超
过25O亿美元。
   由于这一成果，公益事业行业就可以利用这些技术（附件1），选择具有成本效
益的方案和各种类型适用的锅炉，以满足环保法规的要求。该方案及其相关数据和
运行经验包括：
   *为制订法律、法规的条款提供实时的数据；
   *为在21世纪更好地满足排放要求奠定基础。
通过实施这一技术开发计划，使美国近一半的燃煤发电容量安装了低NOx燃烧炉。

◇消除酸雨——清除烟气
   在美国，1990年的清洁空气法修正案（CAAA）为公共事业行业发出了一个明显
的信号，硫氧化物作为酸雨的主要根源，在21世纪到来之前，其排放必须得到遏制
。为了满足CAAA提出的要求，公益事业行业所采取的措施包括燃料的更换、混合、
容差的对换及某些硫氧化物控制系统的安装。这些控制系统，也就是烟气去硫处理
（FGD）或滤除系统十分昂贵、难于操作，并且早期所采用的技术可靠性不高。美
国能源部在认识到这些缺陷和不足之后，在1979年到2000年间，提供了2.23亿美元
（1999年的美元）的研究基金，用于改善SO2的控制和烟气的去硫处理（FGD）。政
府和行业在基础研究和示范计划中的资金投入比例与Nox控制计划基本类似。美国
能源部开展的这些工作同其它类似的研究工作互相配合和相互补充，开发出了FGD
技术，使目前的成本只有70年代的三分之一，并且在全国安装了400多套商用FGD系
统。虽然RD＆D的成果十分成功（例如，电力公司SO2的排放量从1970年的每一百万
BTU燃煤4.4磅，下降到1997年的每一百万BTU燃煤1.1磅，减少了75％），但是，根
据新法规对2000年后排放量的限制规定，还需要进一步降低排放量（例如，到2005
年，要达到每一百万BTU燃煤0.5磅，要进一步减少43％）。到2005年，由于美国安
装了FGD系统，预计其SO2的排放量将减少七百万吨（超过了不实施DOE计划的减少
量）。据保守估计，到2005年，由于低成本FGD技术及由此带来的环境改善所产生
的直接综合经济效益将超过500亿美元。
   这些良好的控制系统（也就是洁净煤技术）通过使用创新的吸收技术，体现了
当今最先进的清洁技术。这些先进的系统具有以下特点：
   *将资本成本和运营成本几乎减少了一半；
   *能够生产出有价值的副产品而不是废物，例如石膏； 
   *减少了发电厂效率的损耗；
   *吸收了多种污染空气的物质。
   目前能够提供的减少SO2排放量的技术（附件2），能适用于现有的各种燃煤发
电单位，并且所提供的手段能够满足未来能源和环境的要求。
新的挑战——汞控制
   美国能源部在成功地改善了对NOx和SO2的控制之后，目前正处于开发更具有成
本效率的汞控制技术的初级阶段。经过到目前为止的研究工作，已经大大加深了对
燃烧过程中汞排放的理解，我们正在研究一些很有发展前途的技术，利用这些技术
，就能够以比目前低得多的成本实现对汞的控制。（目前的汞控制技术的成本是清
除每吨汞2000万到3000万美元。）假定将目前开发的新的汞控制技术大规模地应用
于现有的发电厂，那么除了潜在的环境改善之外，预计成本将比现在减少大约450
亿美元。
为21世纪供电一下一代的发电厂
   当我们面向21世纪的时候，美国的煤炭需求量在一定程度上将取决于是否能够
开发出新一代的燃煤发电系统（例如，大气和增压流化床燃烧器、综合气化联合循
环系统和先进的燃烧系统）。这些系统所提供的能量必须能够满足国内和国际经济
发展的需求，同时还可以解决全球和地区性的环境问题。洁净煤技术作为发电领域
最先进的技术，不但对于实现环境保护目标至关重要，而且先进的洁净煤的理念得
以体现，与此同时，也使各个组成部分能够实现下列功能：
   *低成本发电，并产生过程热、高值燃料和化学制品；
   *通过多种原料产生能量（例如煤炭、生物质和废物）；
   *无污染物排放；
   *效率大于60％
   在70年代，这样先进的发电厂仅仅出现在人们的梦想中。而现在，由于洁净煤
技术的开发和R&D带来的巨大成效，这些洁净、高效的技术不但已经成为现实，而
且为更进一步的发展和提高奠定了坚实的技术基础。
流化床燃烧器（FBC）
   在这些先进的发电技术中，流化床燃烧器（附件）便是其中之一。在1979年到
1999年间，美国能源部用于FBC技术研究的基金大约为8亿美元（1999年的美元），
其中包括根据CCT计划进行示范的1.18亿美元，CCT计划是1987年开始的。目前在全
世界有400多个FBC单元，其中有170个各种容量的单元遍布美国。FBC计划所涉及的
国内销售额超过60亿美元，国际销售额接近30亿美元。FBC是一项燃烧技术，其固
有的特性就是低Nox排放，因此能够使用像煤堆洗涤器产生的废物这样的燃料，而
这在以前是不能使用的。据保守估计，到2010年，美国由于利用固有的低排放技术
来使用这些废料堆，所产生的直接综合经济效益和环境效益将超过20亿美元。
综合气化联合循环技术（IGGC）
   在1978年到2000年间，美国能源部用于综合气化联合循环（IGGC）技术开发的
研究基金大约为24亿美元（1999年的美元）。其中大约一半（也就是12亿美元）用
于CCT计划的示范项目。综舍气化联合循环技术（附件4）是一项相对较新的技术，
刚刚达到了它的技术和经济潜力。目前运行的燃煤IGCC系统已经超过了1500兆瓦特
。除此之外，在世界各地运行的还有相当于1900兆瓦的IGCC系统，是以炼油厂废弃
料为燃料的。另外，有2200兆瓦的IGCC系统正处在设计阶段。越来越多的燃煤IGCC
系统将被看作是天然气的成本，而目前示范的不断成功，已经开始影响到大的基建
项目的投资决策，即便是在初级阶段，据保守估计，到2020年，由于利用IGCC技术
所产生的直接综合经济效益和环境改善的效益将超过120亿美元。
21世纪景象-未来的发电厂
   未来的发电厂（景象21）将把高效发电和污染控制的理念有效结合起来，形成
一种新的能够灵活使用各种燃料的发电设施。它还将为新的理念提供进入市场的策
略，即由煤炭和其它原料生产出高值燃料和化学制品。离散技术模块将提供在市场
上的竞争机会，使产品、原料和环境控制等方面具有最大的灵活性。规划者将能够
根据特定地区的原料供给和产品需求状况来选择各个模块。
   通过极大地改善发电效率，未来的（附件5）发电厂将大大降低能源成本，并且
不对环境造成实际的负面影响。常规的污染物质将被吸收处理，或转化为适销的副
产品。通过采用超高效率技术，可以减少二氧化碳和其它温室效应气体的产生，并
且发电厂将隔离和吸收排放的二氧化碳，或者由其它的碳清除程序进行处理。吸收
的碳通过隔离处理也能够再生为有用的产品。未来的发电厂将能够处理煤、天然气
、生物质、炼油厂废料及这些燃料的混合，并生产出各种产品。电力可能只是未来
发电厂中众多产品中的一个。其余的产品包括液体燃料、化学制品和过程热等。至
于如何选择原料和产品，则要根据特定的市场条件和要求来决定。在成功地开发和
部署未来发电厂之后，它将能够：
   *消除使用比石燃料的环境障碍；
   *避免能源成本过高
这些工作同其它类似的研究工作互相配合和相互补充，开发出了FGD技术，使目前
的成本只有70年代的三分之一，并且在全国安装了400多套商用FGD系统。虽然RD＆
D的成果十分成功（例如，电力公司SO2的排放量从1970年的每一百万BTU燃煤4.4磅
，下降到1997年的每一百万BTU燃煤1.1磅，减少了75％），但是，根据新法规对2000
年后排放量的限制规定，还需要进一步降低排放量（例如，到2005年，要达到每一
百万BTU燃煤0.5磅，要进一步减少43%）。到2005年，由于美国安装了FGD系统，预
计其SO2的排放量将减少七百万吨（超过了不实施DOE计划的减少量）。据保守估计
，到2005年，由于低成本FGD技术及由此带来的环境改善所产生的直接综合经济效
益将超过500亿美元。
   这些良好的控制系统（也就是洁净煤技术）通过使用创新的吸收技术，体现了
当今最先进的清洁技术。这些先进的系统具有以下特点：
   *将资本成本和运营成本几乎减少了一半；
   *能够生产出有价值的副产品而不是废物，例如石膏；
   *减少了发电厂效率的损耗；
   *吸收了多种污染空气的物质。
   目前能够提供的减少SO2排放量的技术（附件2），能适用于现有的各种燃煤发
电单位，并且所提供的手段能够满足未来能源和环境的要求。
新的挑战——汞控制
   美国能源部在成功的改善了对NOx和SO2的控制之后，目前正处于开发更具有成
本效率的汞控制技术的初级阶段，经过到目前为止的研究工作，已经大大加深了对
燃烧过程中汞排放的理解。我们正在研究一些很有发展前途的技术，利用这些技术
，就能够以比目前低得多的成本实现对汞的控制。（目前的汞控制技术的成本是清
除每吨汞2000万到3000万美元。）假定将目前开发的新的汞控制技术大规模地应用
于现有的发电厂，那么除了潜在的环境改善之外，预计成本将比现在减少大约450
亿美元。
为21世纪供电—下一代的发电厂
   当我们面向21世纪的时候，美国的煤炭需求量在一定程度上将取决于是否能够
开发出新一代的燃煤发电系统（例如，大气和增压流化床燃烧器、综合气化联合循
环系统和先进的燃烧系统）。这些系统所提供的能量必须能够满足国内和国际经济
发展的需求，同时还可以解决全球和地区性的环境问题。洁净煤技术作为发电领域
最先进的技术，不但对于实现环境保护目标至关重要，而且先进的洁净煤的理念得
以体现，与此同时，也使各个组成部分能够实现下列功能：
   *低成本发电，并产生过程热、高值燃料和化学制品；
   *通过多种原料产生能量（例如煤炭、生物质和废物）；
   *无污染物排放；
   *效率大于60％ 
 

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