煤基清潔能源國家重點實驗室實現煤電近零排放

　　1月28日，中國石油經濟技術研究院在京發布《2014年國內外油氣行業發展報告》。報告顯示，煤炭消費占一次能源消費比重雖比上年下降2.1個百分點，仍達到63.9％。

　　在日前舉行的“2015中國煤炭高峰論壇”上，國家能源局煤炭司司長方君實指出，“十二五”期間, 隨著經濟發展的三期疊加，煤炭行業也走上了結構調整陣痛期。從2012年開始，煤炭價格持續下降，企業虧損面擴大，經濟效益下滑，結構產能過剩，煤炭行業進入了相對困難時期。如何使煤炭行業脫困？恐怕實現煤炭能源清潔開發利用和近零排放，與可再生能源協同發展，才是未來中國能源與煤炭發展的唯一道路。

　　“華能集團煤基清潔能源國家重點實驗室在綠色煤電技術、二氧化碳減排技術、700℃先進超超臨界燃煤發電技術、煤的清潔燃燒技術等方面進行了長期自主研發，研究成果已在華能天津250兆瓦（MW）IGCC示范電站、華能北京熱電有限公司3000噸/年二氧化碳捕集裝置等項目中得到成功應用。”華能集團清潔能源技術研究院院長、實驗室主任許世森在接受科技日報采訪時介紹，如綠色煤電技術涵蓋的大型高效煤氣化技術、燃燒前CO2捕集與封存技術、燃料電池發電技術、系統集成技術等，實驗室均開展了自主研究，為綠色煤電計劃的實施提供了技術支持和經驗積累。

　　首座IGCC電站實現綠色煤電

　　華能集團煤基清潔能源國家重點實驗室研發的綠色煤電技術，是開發以煤氣化制氫和氫能發電為主，并對二氧化碳進行分離處理的煤基清潔能源系統，可實現燃煤發電污染物和二氧化碳的近零排放。

　　據悉，當前世界上僅美國、歐盟、日本等少數國家和地區有能力進行綠色煤電技術的研究及示范。而我國在“九五”科技攻關、“十五”和“十一五”863計劃的持續支持下，于2006年開始實施“綠色煤電計劃”。

　　IGCC即整體煤氣化聯合循環發電系統，是把潔凈的煤氣化技術與高效的燃氣循環發電系統結合起來。相對常規燃煤機組，IGCC電站技術可在能量轉換的同時以較低代價實現二氧化碳的捕集。IGCC電站節水性能良好，比同容量同種冷卻方式燃煤機組耗水量少1/3—1/2。IGCC技術還可與煤制天然氣、煤制油、煤氣化制氫、化學產品生產等過程結合組成多聯產系統，根據市場需要進行調節，聯產熱、電、燃料、氫氣及化工產品。

　　華能天津250MWIGCC示范電站是我國第一座IGCC示范電站，也是世界上為數不多的幾座大型IGCC電站之一。電站關鍵設備的研制、設計和建設均由國內提供和完成，基本實現了IGCC電站技術的國產化。其中，實驗室開發出的具有自主知識產權的2000t/d兩段式干煤粉加壓氣化爐實現工業化。與現有氣化技術相比，該氣化爐具有煤種適應性好、轉化效率高、耗氧量低、環保性能好、可靠性高的特點，達到了同類技術的國際先進水平。該氣化爐后續還在煤化工項目中得到推廣應用并出口美國，進入發達國家能源市場。

　　2014年，華能天津IGCC電站機組總發電量10.8億千瓦時，累計運行時間5543小時。氣化、凈化、燃機和空分系統已基本達滿負荷，全廠實現了長周期穩定運行。據測試，華能天津IGCC電站的實測硫排放與粉塵排放都小于1毫克/立方米，脫硫效率超過99.99%，氮氧化物排放在燃氣輪機機組設計工況運行時小于50毫克/立方米，低于我國燃機排放限值。若輔助配合脫硝裝置，氮氧化物排放可進一步控制在10毫克/立方米以下。另外，電站可實現將煤中的硫全部回收為副產品硫磺，不會形成二次污染。

　　“華能天津IGCC運行的可靠性和可用率均優于國外IGCC的水平。今后，實驗室還將繼續開展綠色煤電計劃后續階段的工作，重點研究大型IGCC機組、3000噸/天級干煤粉氣化爐、熔融碳酸鹽燃料電池發電系統等核心工藝和工程、運行以及控制技術，不斷推動我國在綠色煤電領域的技術進步。”許世森說。

　　開我國燃煤電廠二氧化碳捕集先河

　　碳捕集、利用與封存（CCUS）是一項大規模溫室氣體減排技術，據亞洲開發銀行研究，如不采用CCUS技術，我國碳減排成本將多付出30%。在2014年北京APEC會議期間，我國承諾將二氧化碳排放峰值控制在2030年左右。碳減排峰值目標的確定也意味著在2030年以前，我國CCUS技術需完成產業化布局以完成減排任務。

　　近年來，國際范圍內非常重視CCUS技術創新及項目示范。當前全球已建、在建和計劃建設的CCUS項目，包括單一的捕集、利用或封存環節項目和同時考慮捕集、利用與封存的全流程項目超過200個，其中全流程項目約60個。

　　許世森介紹說，我國CCUS技術起步相對較晚，總體上仍處在研發和早期技術示范階段。特別是與國際先進水平相比，我國CCUS技術在核心技術、關鍵裝備研制、系統集成與全流程工程規模等方面仍有差距。華能集團煤基清潔能源國家重點實驗室通過技術研發及多個示范項目的建設和運行積累了寶貴的經驗，具備了規模化捕集系統設計能力。

　　據悉，實驗室研發團隊于2008年建成華能北京熱電廠3000噸/年二氧化碳捕集試驗示范裝置，并投入商業運行。該裝置作為我國第一套工業級的燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集系統，全部采用國產設備，捕集到的二氧化碳純度為99.5%，進一步精制后產出的液體二氧化碳純度為99.997%，達國家食品級標準。

　　“該項目標志著我國在燃煤發電領域，二氧化碳捕集技術首次得到應用。”許世森說。

　　2009年12月，實驗室研發團隊建成當時世界上最大的燃煤電廠二氧化碳捕集工程——華能上海石洞口電廠12萬噸/年煙氣脫碳工程，該裝置的能耗有了大幅降低，標志著我國在該技術領域達到了世界領先水平。

　　2012年11月，實驗室采用ZL技術并承擔工程設計的榆林煤化5萬噸/年二氧化碳提純工程建成投產，純度達99%，并進行了利用二氧化碳提高石油采收率的先導性試驗。

　　2012年，實驗室參與挪威石油公司百萬噸燃機煙氣二氧化碳捕集工程的投標，建成了我國第一套燃氣煙氣二氧化碳捕集裝置，規模為1000噸/年，完成了3000小時的連續運行測試，保證系統運行和排放滿足北歐最為嚴格的質量環保體系要求。

　　“圍繞該研究方向，實驗室未來還將研制出具有自主知識產權的高效、低能耗、大型二氧化碳捕集、利用及封存一體化核心技術和成套技術，在世界范圍內引領行業技術進步。”許世森說。

　　超超臨界燃煤發電技術與國外基本同步

　　700℃超超臨界燃煤發電技術是目前世界上最為先進的火力發電技術，機組凈效率可達50%以上，能顯著降低燃煤電站的煤耗、污染物排放水平。

　　據了解，華能集團煤基清潔能源國家重點實驗室的研發團隊承擔了國家能源領域重點項目《國家700℃超超臨界燃煤發電關鍵技術與設備研發及應用示范》的牽頭組織工作，并負責我國首個關鍵部件實爐掛片試驗平臺的建設及運行工作。該項目對于完成我國火電結構優化和技術升級，實現我國火力發電行業的跨越式發展具有重要意義，將帶動我國發電設計、裝備制造業、高端材料生產企業的技術進步，提高相關企業的國際競爭力。

　　經攻關研究，在試驗平臺建設和材料研究方面，實驗室已完成700℃試驗驗證平臺技術設計和施工設計，掌握了目前國內外有望應用于700℃機組的主要材料的相關技術特性，試驗平臺各主要部件正在進行制造加工，計劃于2015年完成平臺建設并投入試驗運行。在系統優化方面，實驗室創新性地提出了“M”型布置和倒置布置的700℃先進超超臨界燃煤鍋爐結構形式，已獲得國家發明ZL和美國ZL。

　　目前，我國700℃超超臨界發電技術研發進展與國外基本同步。

　　“未來，實驗室將緊密結合700℃驗證試驗平臺的建設和運行，與相關研發單位緊密配合，完成700℃超超臨界燃煤發電機組高溫鎳基合金材料的選擇、研制和掛片試驗研究，開發具有自主知識產權的鍋爐設計技術，為我國率先在世界上建設和運行世界首臺700℃超超臨界發電示范機組提供技術支持。”許世森說。