煤炭作為我國主體能源，有力保障了我國經(jīng)濟社會(huì )快速發(fā)展。
在“雙碳”目標下，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，也是能源消費碳排放的主要來(lái)源，煤炭利用產(chǎn)生的二氧化碳排放量約占能源消費排放的70%左右。
2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“煤炭清潔高效利用和新型節能技術(shù)”重點(diǎn)專(zhuān)項啟動(dòng)以來(lái)，多項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”目標的實(shí)現提供堅實(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)現既高效又清潔？
科技部“高效靈活二次再熱發(fā)電機組研制及工程示范”項目給出高分答案。該示范項目位于國家能源集團宿遷發(fā)電有限公司內，包含兩臺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(jīng)理梁志宏接受記者采訪(fǎng)時(shí)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(shù)經(jīng)濟綜合平衡前提下的“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)電機組研制及工程示范”項目中，相比于傳統一次再熱機組，蒸汽會(huì )“回爐”再熱一次。
梁志宏告訴記者，高溫高壓蒸汽在推動(dòng)汽輪機的做功過(guò)程中，溫度和壓力會(huì )不斷下降，做功效率也會(huì )不斷降低。在“高效靈活二次再熱發(fā)電機組研制及工程示范”項目中，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(guò)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(fā)電效率一般為46%左右，而應用了二次再熱技術(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)現機組安全、高效、靈活、清潔、智慧運行，國家能源集團江蘇公司牽頭研發(fā)了多項關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過(guò)無(wú)數次迭代循環(huán)、攻堅克難，最終圓滿(mǎn)完成項目各項任務(wù)目標。
梁志宏算了一筆賬： 2021年國家能源集團宿遷發(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)，節約標煤27萬(wàn)噸，減排二氧化碳73萬(wàn)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年兩臺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(shí)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產(chǎn)品在國家經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)中地位重要，能把煤炭變成油和烯烴嗎?“煤制油品/烯烴大型現代煤化工成套技術(shù)開(kāi)發(fā)及應用”項目回答解決了這個(gè)問(wèn)題，成功實(shí)現了煤炭的華麗轉身。
“我們從技術(shù)研發(fā)到工程建設、生產(chǎn)運行做了一系列工作，建成了世界第一套百萬(wàn)噸級煤直接液化制油工程示范項目，這也是目前全球唯一運行的煤直接液化制油項目?！眹夷茉醇瘓F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目，也是全球第一個(gè)煤制烯烴工程示范項目。
不僅要實(shí)現煤炭的華麗轉身，過(guò)程還要清潔環(huán)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(shù)，實(shí)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(mǎn)足最高標準環(huán)保要求。
如今，現代煤化工產(chǎn)業(yè)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套煤制乙二醇示范及產(chǎn)業(yè)化推廣項目。2020年，煤制油、氣、烯烴、乙二醇等四大類(lèi)主產(chǎn)品總產(chǎn)量約2647萬(wàn)噸，年轉化約9380萬(wàn)噸標準煤，無(wú)論是產(chǎn)業(yè)規模還是技術(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)是一種具有大規模二氧化碳減排潛力的新技術(shù)，是化石能源實(shí)現凈零排放的唯一技術(shù)選擇?！?中國華能集團有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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持下，華能集團經(jīng)過(guò)10余年的研發(fā)，創(chuàng )立了具有完全自主知識產(chǎn)權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。
“在基礎研究方面，華能集團掌握了高性能二氧化碳捕集溶劑開(kāi)發(fā)、高效分離設備開(kāi)發(fā)、二氧化碳捕集過(guò)程優(yōu)化、電廠(chǎng)集成優(yōu)化模擬、二氧化碳化工利用及二氧化碳驅替煤層氣技術(shù)開(kāi)發(fā)等一套完整的電廠(chǎng)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?！?許世森說(shuō)。
他還介紹，在工程化建設方面，華能集團積極推動(dòng)二氧化碳捕集技術(shù)的成果示范、轉化及產(chǎn)業(yè)應用，采用自主知識產(chǎn)權技術(shù)成功建造并運行了我國首座燃煤電廠(chǎng)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(wèn)題，國家能源集團化工公司于2011年就建成了世界首個(gè)煤化工產(chǎn)業(yè)10萬(wàn)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)設置多項監測指標，對二氧化碳的逃逸情況進(jìn)行監測確保安全環(huán)保。
中國華能集團有限公司董事長(cháng)、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(lái)存量化石能源零碳排放，培育綠色經(jīng)濟新的增長(cháng)點(diǎn)。