行業(yè)要聞
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在日前舉行的“2015中國(guó)煤炭高峰論壇”上，國(guó)家能源局煤炭司司長(zhǎng)方君實(shí)指出，“十二五”期間, 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三期疊加，煤炭行業(yè)也走上了結(jié)構(gòu)調(diào)整陣痛期。從2012年開始，煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)下降，企業(yè)虧損面擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)效益下滑，結(jié)構(gòu)產(chǎn)能過(guò)剩，煤炭行業(yè)進(jìn)入了相對(duì)困難時(shí)期。如何使煤炭行業(yè)脫困？恐怕實(shí)現(xiàn)煤炭能源清潔開發(fā)利用和近零排放，與可再生能源協(xié)同發(fā)展，才是未來(lái)中國(guó)能源與煤炭發(fā)展的唯一道路。
“華能集團(tuán)煤基清潔能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在綠色煤電技術(shù)、二氧化碳減排技術(shù)、700℃先進(jìn)超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)、煤的清潔燃燒技術(shù)等方面進(jìn)行了長(zhǎng)期自主研發(fā)，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(xiàng)目中得到成功應(yīng)用。”華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院院長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)室主任許世森在接受科技日?qǐng)?bào)采訪時(shí)介紹，如綠色煤電技術(shù)涵蓋的大型高效煤氣化技術(shù)、燃燒前CO2捕集與封存技術(shù)、燃料電池發(fā)電技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等，實(shí)驗(yàn)室均開展了自主研究，為綠色煤電計(jì)劃的實(shí)施提供了技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)積累。
首座IGCC電站實(shí)現(xiàn)綠色煤電
華能集團(tuán)煤基清潔能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的綠色煤電技術(shù)，是開發(fā)以煤氣化制氫和氫能發(fā)電為主，并對(duì)二氧化碳進(jìn)行分離處理的煤基清潔能源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電污染物和二氧化碳的近零排放。
據(jù)悉，當(dāng)前世界上僅美國(guó)、歐盟、日本等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)有能力進(jìn)行綠色煤電技術(shù)的研究及示范。而我國(guó)在“九五”科技攻關(guān)、“十五”和“十一五”863計(jì)劃的持續(xù)支持下，于2006年開始實(shí)施“綠色煤電計(jì)劃”。
IGCC即整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是把潔凈的煤氣化技術(shù)與高效的燃?xì)庋h(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。相對(duì)常規(guī)燃煤機(jī)組，IGCC電站技術(shù)可在能量轉(zhuǎn)換的同時(shí)以較低代價(jià)實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集。IGCC電站節(jié)水性能良好，比同容量同種冷卻方式燃煤機(jī)組耗水量少1/3—1/2。IGCC技術(shù)還可與煤制天然氣、煤制油、煤氣化制氫、化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)等過(guò)程結(jié)合組成多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)市場(chǎng)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，聯(lián)產(chǎn)熱、電、燃料、氫氣及化工產(chǎn)品。
華能天津250MWIGCC示范電站是我國(guó)第一座IGCC示范電站，也是世界上為數(shù)不多的幾座大型IGCC電站之一。電站關(guān)鍵設(shè)備的研制、設(shè)計(jì)和建設(shè)均由國(guó)內(nèi)提供和完成，基本實(shí)現(xiàn)了IGCC電站技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化。其中，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的2000t/d兩段式干煤粉加壓氣化爐實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。與現(xiàn)有氣化技術(shù)相比，該氣化爐具有煤種適應(yīng)性好、轉(zhuǎn)化效率高、耗氧量低、環(huán)保性能好、可靠性高的特點(diǎn)，達(dá)到了同類技術(shù)的國(guó)際先進(jìn)水平。該氣化爐后續(xù)還在煤化工項(xiàng)目中得到推廣應(yīng)用并出口美國(guó)，進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家能源市場(chǎng)。
2014年，華能天津IGCC電站機(jī)組總發(fā)電量10.8億千瓦時(shí)，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間5543小時(shí)。氣化、凈化、燃機(jī)和空分系統(tǒng)已基本達(dá)滿負(fù)荷，全廠實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)測(cè)試，華能天津IGCC電站的實(shí)測(cè)硫排放與粉塵排放都小于1毫克/立方米，脫硫效率超過(guò)99.99%，氮氧化物排放在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)小于50毫克/立方米，低于我國(guó)燃機(jī)排放限值。若輔助配合脫硝裝置，氮氧化物排放可進(jìn)一步控制在10毫克/立方米以下。另外，電站可實(shí)現(xiàn)將煤中的硫全部回收為副產(chǎn)品硫磺，不會(huì)形成二次污染。
“華能天津IGCC運(yùn)行的可靠性和可用率均優(yōu)于國(guó)外IGCC的水平。今后，實(shí)驗(yàn)室還將繼續(xù)開展綠色煤電計(jì)劃后續(xù)階段的工作，重點(diǎn)研究大型IGCC機(jī)組、3000噸/天級(jí)干煤粉氣化爐、熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)等核心工藝和工程、運(yùn)行以及控制技術(shù)，不斷推動(dòng)我國(guó)在綠色煤電領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。”許世森說(shuō)。
開我國(guó)燃煤電廠二氧化碳捕集先河
碳捕集、利用與封存（CCUS）是一項(xiàng)大規(guī)模溫室氣體減排技術(shù)，據(jù)亞洲開發(fā)銀行研究，如不采用CCUS技術(shù)，我國(guó)碳減排成本將多付出30%。在2014年北京APEC會(huì)議期間，我國(guó)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(biāo)的確定也意味著在2030年以前，我國(guó)CCUS技術(shù)需完成產(chǎn)業(yè)化布局以完成減排任務(wù)。
近年來(lái)，國(guó)際范圍內(nèi)非常重視CCUS技術(shù)創(chuàng)新及項(xiàng)目示范。當(dāng)前全球已建、在建和計(jì)劃建設(shè)的CCUS項(xiàng)目，包括單一的捕集、利用或封存環(huán)節(jié)項(xiàng)目和同時(shí)考慮捕集、利用與封存的全流程項(xiàng)目超過(guò)200個(gè)，其中全流程項(xiàng)目約60個(gè)。
許世森介紹說(shuō)，我國(guó)CCUS技術(shù)起步相對(duì)較晚，總體上仍處在研發(fā)和早期技術(shù)示范階段。特別是與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)CCUS技術(shù)在核心技術(shù)、關(guān)鍵裝備研制、系統(tǒng)集成與全流程工程規(guī)模等方面仍有差距。華能集團(tuán)煤基清潔能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)技術(shù)研發(fā)及多個(gè)示范項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)行積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具備了規(guī)�；都到y(tǒng)設(shè)計(jì)能力。
據(jù)悉，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2008年建成華能北京熱電廠3000噸/年二氧化碳捕集試驗(yàn)示范裝置，并投入商業(yè)運(yùn)行。該裝置作為我國(guó)第一套工業(yè)級(jí)的燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集系統(tǒng)，全部采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，捕集到的二氧化碳純度為99.5%，進(jìn)一步精制后產(chǎn)出的液體二氧化碳純度為99.997%，達(dá)國(guó)家食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
“該項(xiàng)目標(biāo)志著我國(guó)在燃煤發(fā)電領(lǐng)域，二氧化碳捕集技術(shù)首次得到應(yīng)用。”許世森說(shuō)。
2009年12月，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)團(tuán)隊(duì)建成當(dāng)時(shí)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(wàn)噸/年煙氣脫碳工程，該裝置的能耗有了大幅降低，標(biāo)志著我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
2012年11月，實(shí)驗(yàn)室采用專利技術(shù)并承擔(dān)工程設(shè)計(jì)的榆林煤化5萬(wàn)噸/年二氧化碳提純工程建成投產(chǎn)，純度達(dá)99%，并進(jìn)行了利用二氧化碳提高石油采收率的先導(dǎo)性試驗(yàn)。
2012年，實(shí)驗(yàn)室參與挪威石油公司百萬(wàn)噸燃機(jī)煙氣二氧化碳捕集工程的投標(biāo)，建成了我國(guó)第一套燃?xì)鉄煔舛趸疾都b置，規(guī)模為1000噸/年，完成了3000小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行測(cè)試，保證系統(tǒng)運(yùn)行和排放滿足北歐最為嚴(yán)格的質(zhì)量環(huán)保體系要求。
“圍繞該研究方向，實(shí)驗(yàn)室未來(lái)還將研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(shù)和成套技術(shù)，在世界范圍內(nèi)引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。”許世森說(shuō)。
超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)與國(guó)外基本同步
700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是目前世界上最為先進(jìn)的火力發(fā)電技術(shù)，機(jī)組凈效率可達(dá)50%以上，能顯著降低燃煤電站的煤耗、污染物排放水平。
據(jù)了解，華能集團(tuán)煤基清潔能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了國(guó)家能源領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目《國(guó)家700℃超超臨界燃煤發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用示范》的牽頭組織工作，并負(fù)責(zé)我國(guó)首個(gè)關(guān)鍵部件實(shí)爐掛片試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)及運(yùn)行工作。該項(xiàng)目對(duì)于完成我國(guó)火電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)火力發(fā)電行業(yè)的跨越式發(fā)展具有重要意義，將帶動(dòng)我國(guó)發(fā)電設(shè)計(jì)、裝備制造業(yè)、高端材料生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高相關(guān)企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
經(jīng)攻關(guān)研究，在試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)和材料研究方面，實(shí)驗(yàn)室已完成700℃試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)，掌握了目前國(guó)內(nèi)外有望應(yīng)用于700℃機(jī)組的主要材料的相關(guān)技術(shù)特性，試驗(yàn)平臺(tái)各主要部件正在進(jìn)行制造加工，計(jì)劃于2015年完成平臺(tái)建設(shè)并投入試驗(yàn)運(yùn)行。在系統(tǒng)優(yōu)化方面，實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新性地提出了“M”型布置和倒置布置的700℃先進(jìn)超超臨界燃煤鍋爐結(jié)構(gòu)形式，已獲得國(guó)家發(fā)明專利和美國(guó)專利。
目前，我國(guó)700℃超超臨界發(fā)電技術(shù)研發(fā)進(jìn)展與國(guó)外基本同步。
“未來(lái)，實(shí)驗(yàn)室將緊密結(jié)合700℃驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)行，與相關(guān)研發(fā)單位緊密配合，完成700℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組高溫鎳基合金材料的選擇、研制和掛片試驗(yàn)研究，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)，為我國(guó)率先在世界上建設(shè)和運(yùn)行世界首臺(tái)700℃超超臨界發(fā)電示范機(jī)組提供技術(shù)支持。”許世森說(shuō)。（
