煤炭作為我國主體能源，有力保障了我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展。
在“雙碳”目標(biāo)下，煤炭產(chǎn)業(yè)更加受到關(guān)注：煤炭是我國資源最豐富的化石能源，也是能源消費(fèi)碳排放的主要來源，煤炭利用產(chǎn)生的二氧化碳排放量約占能源消費(fèi)排放的70%左右。
2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)啟動(dòng)以來，多項(xiàng)煤炭清潔高效利用相關(guān)技術(shù)取得突破，它們正在為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。
二次再熱發(fā)電，把煤炭“吃干榨凈”
用煤炭發(fā)電，如何實(shí)現(xiàn)既高效又清潔？
科技部“高效靈活二次再熱發(fā)電機(jī)組研制及工程示范”項(xiàng)目給出高分答案。該示范項(xiàng)目位于國家能源集團(tuán)宿遷發(fā)電有限公司內(nèi)，包含兩臺660兆瓦超超臨界二次再熱機(jī)組。
國家能源集團(tuán)江蘇公司總經(jīng)理梁志宏接受記者采訪時(shí)介紹，超超臨界機(jī)組使蒸汽溫度達(dá)600℃—620℃，壓力達(dá)31兆帕左右，基本達(dá)到當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合平衡前提下的“天花板”。如何進(jìn)一步提高煤炭的利用效率?在“高效靈活二次再熱發(fā)電機(jī)組研制及工程示范”項(xiàng)目中，相比于傳統(tǒng)一次再熱機(jī)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(dòng)汽輪機(jī)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(fā)電機(jī)組研制及工程示范”項(xiàng)目中，主蒸汽進(jìn)入超高壓缸做功后，送入鍋爐一次再熱系統(tǒng)加熱，再進(jìn)入高壓缸做功;高壓缸排汽被再次送回鍋爐二次再熱系統(tǒng)加熱，將溫度提高至620℃，然后進(jìn)入中壓缸做功，最后進(jìn)入低壓缸做功后排入凝氣器。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(tǒng)超超臨界一次再熱機(jī)組的發(fā)電效率一般為46%左右，而應(yīng)用了二次再熱技術(shù)后，發(fā)電效率可提升到48%以上。
梁志宏還告訴記者，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全、高效、靈活、清潔、智慧運(yùn)行，國家能源集團(tuán)江蘇公司牽頭研發(fā)了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過無數(shù)次迭代循環(huán)、攻堅(jiān)克難，最終圓滿完成項(xiàng)目各項(xiàng)任務(wù)目標(biāo)。
梁志宏算了一筆賬： 2021年國家能源集團(tuán)宿遷發(fā)電有限公司全年供電煤耗265.8克/千瓦時(shí)，比全國平均供電煤耗低37克/千瓦時(shí)，節(jié)約標(biāo)煤27萬噸，減排二氧化碳73萬噸。按照標(biāo)煤1000元/噸計(jì)算，節(jié)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年兩臺660兆瓦超超臨界二次再熱機(jī)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(biāo)準(zhǔn)低了一半左右，實(shí)現(xiàn)大氣污染物超低排放。
煤制油和烯烴，讓煤炭華麗轉(zhuǎn)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產(chǎn)品在國家經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)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(xiàn)代煤化工成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目回答解決了這個(gè)問題，成功實(shí)現(xiàn)了煤炭的華麗轉(zhuǎn)身。
“我們從技術(shù)研發(fā)到工程建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行做了一系列工作，建成了世界第一套百萬噸級煤直接液化制油工程示范項(xiàng)目，這也是目前全球唯一運(yùn)行的煤直接液化制油項(xiàng)目。”國家能源集團(tuán)化工公司總經(jīng)理王建立告訴記者，之后公司還建成了煤制烯烴項(xiàng)目，也是全球第一個(gè)煤制烯烴工程示范項(xiàng)目。
不僅要實(shí)現(xiàn)煤炭的華麗轉(zhuǎn)身，過程還要清潔環(huán)保。
王建立告訴記者，項(xiàng)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(shù)，實(shí)現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)環(huán)保要求。
如今，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)在我國方興未艾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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套煤制乙二醇示范及產(chǎn)業(yè)化推廣項(xiàng)目。2020年，煤制油、氣、烯烴、乙二醇等四大類主產(chǎn)品總產(chǎn)量約2647萬噸，年轉(zhuǎn)化約9380萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，無論是產(chǎn)業(yè)規(guī)模還是技術(shù)水平都處于世界領(lǐng)先水平。
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(shù)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(shù)是一種具有大規(guī)模二氧化碳減排潛力的新技術(shù)，是化石能源實(shí)現(xiàn)凈零排放的唯一技術(shù)選擇。” 中國華能集團(tuán)有限公司(以下簡稱華能集團(tuán))科技部主任許世森如此判斷。
記者從華能集團(tuán)了解到，在國家重大科技項(xiàng)目和集團(tuán)公司自有項(xiàng)目的支持下，華能集團(tuán)經(jīng)過10余年的研發(fā)，創(chuàng)立了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的燃燒前和燃燒后二氧化碳捕集理論和成套技術(shù)體系，并采用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)成功建造了多座燃煤二氧化碳捕集示范裝置。
“在基礎(chǔ)研究方面，華能集團(tuán)掌握了高性能二氧化碳捕集溶劑開發(fā)、高效分離設(shè)備開發(fā)、二氧化碳捕集過程優(yōu)化、電廠集成優(yōu)化模擬、二氧化碳化工利用及二氧化碳驅(qū)替煤層氣技術(shù)開發(fā)等一套完整的電廠煙氣二氧化碳捕集與利用技術(shù)，為二氧化碳捕集、利用及封存技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。” 許世森說。
他還介紹，在工程化建設(shè)方面，華能集團(tuán)積極推動(dòng)二氧化碳捕集技術(shù)的成果示范、轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，采用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)成功建造并運(yùn)行了我國首座燃煤電廠二氧化碳捕集系統(tǒng)、我國首套燃?xì)鈾C(jī)組二氧化碳捕集系統(tǒng)等。
王建立告訴記者，為了解決煤化工項(xiàng)目的碳排放問題，國家能源集團(tuán)化工公司于2011年就建成了世界首個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)10萬噸級二氧化碳捕集液化與封存工程，也是全球首個(gè)低孔低滲地質(zhì)條件下的二氧化碳捕集與封存項(xiàng)目，可將二氧化碳捕集并液化，永久封存到1500米至2500米深的地下，同時(shí)設(shè)置多項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)，對二氧化碳的逃逸情況進(jìn)行監(jiān)測確保安全環(huán)保。
中國華能集團(tuán)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(shù)有助于推動(dòng)未來存量化石能源零碳排放，培育綠色經(jīng)濟(jì)新的增長點(diǎn)。
