關鍵技術創新讓煤炭利用清潔高效

國家能源集團宿遷發電有限公司受訪者供圖 

煤炭作為我國主體能源，有力保障了我國經濟社會快速發展。

在“雙碳”目標下，煤炭産業更加受到關注：煤炭是我國資源最豐富的化石能源，也是能源消費碳排放的主要來源，煤炭利用産生的二氧化碳排放量約佔能源消費排放的70%左右。

2016年國家重點研發計劃“煤炭清潔高效利用和新型節能技術”重點專項啟動以來，多項煤炭清潔高效利用相關技術取得突破，它們正在為“雙碳”目標的實現提供堅實的科技支撐。

二次再熱發電，把煤炭“吃幹榨凈”

用煤炭發電，如何實現既高效又清潔？

科技部“高效靈活二次再熱發電機組研製及工程示範”項目給出高分答案。該示範項目位於國家能源集團宿遷發電有限公司內，包含兩台660兆瓦超超臨界二次再熱機組。

國家能源集團江蘇公司總經理梁志宏接受科技日報記者採訪時介紹，超超臨界機組使蒸汽溫度達600℃—620℃，壓力達31兆帕左右，基本達到當前技術經濟綜合平衡前提下的“天花板”。如何進一步提高煤炭的利用效率？在“高效靈活二次再熱發電機組研製及工程示範”項目中，相比于傳統一次再熱機組，蒸汽會“回爐”再熱一次。

梁志宏告訴記者，高溫高壓蒸汽在推動汽輪機的做功過程中，溫度和壓力會不斷下降，做功效率也會不斷降低。在“高效靈活二次再熱發電機組研製及工程示範”項目中，主蒸汽進入超高壓缸做功後，送入鍋爐一次再熱系統加熱，再進入高壓缸做功；高壓缸排汽被再次送回鍋爐二次再熱系統加熱，將溫度提高至620℃，然後進入中壓缸做功，最後進入低壓缸做功後排入凝氣器。蒸汽通過二次再熱，提高了中壓缸入口蒸汽溫度，從而提高了中低壓缸效率。

傳統超超臨界一次再熱機組的發電效率一般為46%左右，而應用了二次再熱技術後，發電效率可提升到48%以上。

梁志宏還告訴記者，為了實現機組安全、高效、靈活、清潔、智慧運作，國家能源集團江蘇公司牽頭研發了多項關鍵技術，經過無數次迭代迴圈、攻堅克難，最終圓滿完成項目各項任務目標。

梁志宏算了一筆賬： 2021年國家能源集團宿遷發電有限公司全年供電煤耗265.8克/千瓦時，比全國平均供電煤耗低37克/千瓦時，節約標煤27萬噸，減排二氧化碳73萬噸。按照標煤1000元/噸計算，節約燃料成本2.7億元。

不但更高效，而且更清潔。梁志宏告訴記者，2021年兩台660兆瓦超超臨界二次再熱機組全年煙塵排放、二氧化硫、氮氧化物濃度均值比國家大氣污染物超低排放標準低了一半左右，實現大氣污染物超低排放。

煤制油和烯烴，讓煤炭華麗轉身

我國煤炭資源豐富，而石油資源稀缺、對外依存度較高，烯烴等大宗化工原材料産品在國家經濟産業中地位重要，能把煤炭變成油和烯烴嗎？“煤制油品/烯烴大型現代煤化工成套技術開發及應用”項目回答解決了這個問題，成功實現了煤炭的華麗轉身。

“我們從技術研發到工程建設、生産運作做了一系列工作，建成了世界第一套百萬噸級煤直接液化制油工程示範項目，這也是目前全球唯一運作的煤直接液化制油項目。”國家能源集團化工公司總經理王建立告訴科技日報記者，之後公司還建成了煤制烯烴項目，也是全球第一個煤制烯烴工程示範項目。

不僅要實現煤炭的華麗轉身，過程還要清潔環保。

王建立告訴記者，項目突破了煤制油和煤制烯烴化工高濃度污水和污染物的治理技術，實現了煤制油和煤制烯烴污水零排放，廢氣和廢渣的排放和處置也滿足最高標準環保要求。

如今，現代煤化工産業在我國方興未艾。據統計，截至“十三五”末，我國已建成8套煤制油、4套煤制天然氣、32套煤（甲醇）制烯烴、24套煤制乙二醇示範及産業化推廣項目。2020年，煤制油、氣、烯烴、乙二醇等四大類主産品總産量約2647萬噸，年轉化約9380萬噸標準煤，無論是産業規模還是技術水準都處於世界領先水準。

二氧化碳捕集封存，助力煤炭減排大有可為

“雙碳”背景下，二氧化碳捕集、利用及封存技術在助力煤炭能源減少二氧化碳排放方面大有可為。

“二氧化碳捕集、利用及封存技術是一種具有大規模二氧化碳減排潛力的新技術，是化石能源實現凈零排放的唯一技術選擇。” 中國華能集團有限公司（以下簡稱華能集團）科技部主任許世森如此判斷。

記者從華能集團了解到，在國家重大科技項目和集團公司自有項目的支援下，華能集團經過10餘年的研發，創立了具有完全自主智慧財産權的燃燒前和燃燒後二氧化碳捕集理論和成套技術體系，並採用自主智慧財産權技術成功建造了多座燃煤二氧化碳捕集示範裝置。

“在基礎研究方面，華能集團掌握了高性能二氧化碳捕集溶劑開發、高效分離設備開發、二氧化碳捕集過程優化、電廠整合優化模擬、二氧化碳化工利用及二氧化碳驅替煤層氣技術開發等一套完整的電廠煙氣二氧化碳捕集與利用技術，為二氧化碳捕集、利用及封存技術産業化奠定了基礎。” 許世森説。

他還介紹，在工程化建設方面，華能集團積極推動二氧化碳捕集技術的成果示範、轉化及産業應用，採用自主智慧財産權技術成功建造並運作了我國首座燃煤電廠二氧化碳捕集系統、我國首套燃氣機組二氧化碳捕集系統等。

王建立告訴記者，為了解決煤化工項目的碳排放問題，國家能源集團化工公司于2011年就建成了世界首個煤化工産業10萬噸級二氧化碳捕集液化與封存工程，也是全球首個低孔低滲地質條件下的二氧化碳捕集與封存項目，可將二氧化碳捕集並液化，永久封存到1500米至2500米深的地下，同時設置多項監測指標，對二氧化碳的逃逸情況進行監測確保安全環保。

中國華能集團有限公司董事長、中國工程院院士舒印彪在第六屆碳捕集利用與封存國際論壇上指出，二氧化碳捕集、利用及封存技術有助於推動未來存量化石能源零碳排放，培育綠色經濟新的增長點。