洁净煤技术(第二版)
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第二版前言

离本书第一版出版时间刚好过去了十年。十年时间中国各个方面都发生了深刻的变化,而煤炭在一次能源中的比例从当年的70%降到了64%,仍是我国最重要的一次能源。这十年也是我国洁净煤技术发展的黄金十年,使得我国的洁净煤技术的发展逐渐赶上世界的先进水平。然而经济的高速发展和高达40亿吨煤的年消费量,对我国的环境、能源安全以及国际政治等问题造成了沉重的负担。尤其2011年开始频频出现的雾霾天气成为我国公众主要关注的环境问题,而煤炭燃烧在其中的贡献超过了50%。在2014年APEC北京峰会期间,中国政府承诺在2030年前碳排放量达到峰值,届时煤炭的消费量将仍然占50%左右,正在进行的以安全、清洁、高效和低碳为核心的能源革命无法离开煤的清洁高效利用,洁净煤技术的地位越发显得突出和重要。

21世纪初的洁净煤技术发展在中国,中国的洁净煤技术应用水平代表着世界的先进水平。因应上述的变化,本书第二版中大篇幅增加了介绍中国的洁净煤技术发展的情况和相应工程案例。其中,第一章针对煤炭在能源结构中的地位重新进行了梳理,尤其从能源安全、大气环境、气候变暖和重金属污染控制治理等方向更新了我国近十年来的最新进展。针对燃烧前的煤炭净化技术,分级分选工艺的大规模应用,促进了我国原煤入选率持续提高。第二章针对上述变化,对主要选煤设备的技术和应用均作相应的更新。在第三章中,详细描述了我国的低氮燃烧技术、循环流化床燃烧技术的研发和应用水平及在国际上的先进地位;同时,虽然水煤浆在燃煤锅炉应用中已遇到发展瓶颈,但在水煤浆气化中的应用却逐渐提高。所以,在第三章中仍然保留了该部分技术内容并体现上述变化。而针对燃煤污染物排放控制技术,第四章的修订反映了我国脱硫、脱硝技术的发展和变化,并因应雾霾综合治理的需求,针对PM2.5、重金属的控制,以及超低排放所采用到的技术,在第四章中均增加相应的章节内容。煤化工技术在近十年获得了蓬勃发展,在我国出现了引进、自主研发齐头并进的局面,产学研一体化的结果促进了我国煤化工技术的研发和产业化水平的提高,第五章中增加了我国的几种典型煤气化技术,第六章增加了我国煤炭直接和间接液化的技术、催化剂、示范工程。超(超)临界技术的发展和应用直接促进了我国燃煤发电供电煤耗处于世界领先水平,使得我国在700℃先进超超临界发电的研发上有了追赶世界先进水平的机会和可能,绿色煤电250MWe整体煤气化联合循环(IGCC)的成功投运,结束了我国在IGCC研发和应用方面的空白,因此,第七章的大篇幅修订体现了上述的技术发展。在第八章中,针对洁净煤技术的发展和前景进行了展望,以全球气候变暖和CO2减排目标为导向,对CO2的捕集、运输、埋存和利用技术(CCS),以及由此延伸的近零排放技术的研发和工业示范进行了详细的描述,同时体现了洁净煤技术的各部分之间的有机联系,和在控制CO2排放、大气环境治理方面的协同效果。

近十年来,作者在清华大学建立的颗粒与燃烧工程研究小组,坚持煤的清洁燃烧、污染物排放控制技术方向的研究,完成了973项目“燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制技术的基础研究”,以及正在实施973项目的“化石燃料燃烧排放PM2.5源头控制技术的基础研究”,并通过多项国家863、支撑计划,以及担任中美清洁能源研究中心洁净煤技术研究联盟的中方首席科学家,开展以CO2减排为目标的先进发电技术、CCUS(碳捕集、利用与封存)等技术的研究和发展战略研究。作者有幸参与了国家“十五”、“十一五”和“十二五”规划工作,并在863计划中担任洁净煤技术和能源领域专家的工作,并参加能源科技发展战略研究和洁净煤技术发展战略研究工作,有机会向国内外洁净煤技术的各方面专家学习,与他们就许多问题进行探讨和争论,这些争论和讨论让我对许多问题有了更深入的认识。这些工作为本书的修订提供了坚实的基础。

在此,感谢我的科研小组团队成员的共同努力,感谢清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心的李慧娜工程师对本书数据采集和更新进行了深入细致的工作,也感谢化学工业出版社对本书再版的耐心指导和全力支持。最后特别要对与我共同工作的各位同事表示深切的谢意,也要感谢国家相关部委。

由于自己研究与理解的水平有限,当有不少问题以及不确之处,期待着听到读者们的真知灼见。

姚强

2014年12月30日于清华园