关键技术创新让煤炭利用清洁高效

国家能源集团宿迁发电有限公司受访者供图

　　在“双碳”目标下，煤炭产业更加受到关注：煤炭是我国资源最丰富的化石能源，也是能源消费碳排放的主要来源，煤炭利用产生的二氧化碳排放量约占能源消费排放的70%左右。

　　2016年国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”重点专项启动以来，多项煤炭清洁高效利用相关技术取得突破，它们正在为“双碳”目标的实现提供坚实的科技支撑。

　　二次再热发电，把煤炭“吃干榨净”

　　用煤炭发电，如何实现既高效又清洁?

　　科技部“高效灵活二次再热发电机组研制及工程示范”项目给出高分答案。该示范项目位于国家能源集团宿迁发电有限公司内，包含两台660兆瓦超超临界二次再热机组。

　　国家能源集团江苏公司总经理梁志宏接受科技日报记者采访时介绍，超超临界机组使蒸汽温度达600℃—620℃，压力达31兆帕左右，基本达到当前技术经济综合平衡前提下的“天花板”。如何进一步提高煤炭的利用效率?在“高效灵活二次再热发电机组研制及工程示范”项目中，相比于传统一次再热机组，蒸汽会“回炉”再热一次。

　　梁志宏告诉记者，高温高压蒸汽在推动汽轮机的做功过程中，温度和压力会不断下降，做功效率也会不断降低。在“高效灵活二次再热发电机组研制及工程示范”项目中，主蒸汽进入超高压缸做功后，送入锅炉一次再热系统加热，再进入高压缸做功;高压缸排汽被再次送回锅炉二次再热系统加热，将温度提高至620℃，然后进入中压缸做功，最后进入低压缸做功后排入凝气器。蒸汽通过二次再热，提高了中压缸入口蒸汽温度，从而提高了中低压缸效率。

　　传统超超临界一次再热机组的发电效率一般为46%左右，而应用了二次再热技术后，发电效率可提升到48%以上。

　　梁志宏还告诉记者，为了实现机组安全、高效、灵活、清洁、智慧运行，国家能源集团江苏公司牵头研发了多项关键技术，经过无数次迭代循环、攻坚克难，最终圆满完成项目各项任务目标。

　　梁志宏算了一笔账：2021年国家能源集团宿迁发电有限公司全年供电煤耗265.8克/千瓦时，比全国平均供电煤耗低37克/千瓦时，节约标煤27万吨，减排二氧化碳73万吨。按照标煤1000元/吨计算，节约燃料成本2.7亿元。

　　不但更高效，而且更清洁。梁志宏告诉记者，2021年两台660兆瓦超超临界二次再热机组全年烟尘排放、二氧化硫、氮氧化物浓度均值比国家大气污染物超低排放标准低了一半左右，实现大气污染物超低排放。

　　煤制油和烯烃，让煤炭华丽转身

　　我国煤炭资源丰富，而石油资源稀缺、对外依存度较高，烯烃等大宗化工原材料产品在国家经济产业中地位重要，能把煤炭变成油和烯烃吗?“煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用”项目回答解决了这个问题，成功实现了煤炭的华丽转身。

　　“我们从技术研发到工程建设、生产运行做了一系列工作，建成了世界第一套百万吨级煤直接液化制油工程示范项目，这也是目前全球唯一运行的煤直接液化制油项目。”国家能源集团化工公司总经理王建立告诉科技日报记者，之后公司还建成了煤制烯烃项目，也是全球第一个煤制烯烃工程示范项目。

　　不仅要实现煤炭的华丽转身，过程还要清洁环保。

　　王建立告诉记者，项目突破了煤制油和煤制烯烃化工高浓度污水和污染物的治理技术，实现了煤制油和煤制烯烃污水零排放，废气和废渣的排放和处置也满足最高标准环保要求。

　　如今，现代煤化工产业在我国方兴未艾。据统计，截至“十三五”末，我国已建成8套煤制油、4套煤制天然气、32套煤(甲醇)制烯烃、24套煤制乙二醇示范及产业化推广项目。2020年，煤制油、气、烯烃、乙二醇等四大类主产品总产量约2647万吨，年转化约9380万吨标准煤，无论是产业规模还是技术水平都处于世界领先水平。

　　二氧化碳捕集封存，助力煤炭减排大有可为

　　“双碳”背景下，二氧化碳捕集、利用及封存技术在助力煤炭能源减少二氧化碳排放方面大有可为。

　　“二氧化碳捕集、利用及封存技术是一种具有大规模二氧化碳减排潜力的新技术，是化石能源实现净零排放的唯一技术选择。”中国华能集团有限公司(以下简称华能集团)科技部主任许世森如此判断。

　　记者从华能集团了解到，在国家重大科技项目和集团公司自有项目的支持下，华能集团经过10余年的研发，创立了具有完全自主知识产权的燃烧前和燃烧后二氧化碳捕集理论和成套技术体系，并采用自主知识产权技术成功建造了多座燃煤二氧化碳捕集示范装置。

　　“在基础研究方面，华能集团掌握了高性能二氧化碳捕集溶剂开发、高效分离设备开发、二氧化碳捕集过程优化、电厂集成优化模拟、二氧化碳化工利用及二氧化碳驱替煤层气技术开发等一套完整的电厂烟气二氧化碳捕集与利用技术，为二氧化碳捕集、利用及封存技术产业化奠定了基础。”许世森说。

　　他还介绍，在工程化建设方面，华能集团积极推动二氧化碳捕集技术的成果示范、转化及产业应用，采用自主知识产权技术成功建造并运行了我国首座燃煤电厂二氧化碳捕集系统、我国首套燃气机组二氧化碳捕集系统等。

　　王建立告诉记者，为了解决煤化工项目的碳排放问题，国家能源集团化工公司于2011年就建成了世界首个煤化工产业10万吨级二氧化碳捕集液化与封存工程，也是全球首个低孔低渗地质条件下的二氧化碳捕集与封存项目，可将二氧化碳捕集并液化，永久封存到1500米至2500米深的地下，同时设置多项监测指标，对二氧化碳的逃逸情况进行监测确保安全环保。

　　中国华能集团有限公司董事长、中国工程院院士舒印彪在第六届碳捕集利用与封存国际论坛上指出，二氧化碳捕集、利用及封存技术有助于推动未来存量化石能源零碳排放，培育绿色经济新的增长点。