關鍵技術創新讓煤炭利用清潔高效

煤炭作為我國主體能源，有力保障了我國經濟社會快速發展。

在“雙碳”目標下，煤炭產業更加受到關注：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源，煤炭利用產生的二氧化碳排放量約占能源消費排放的70%左右。

2016年國家重點研發計劃“煤炭清潔高效利用和新型節能技術”重點專項啟動以來，多項煤炭清潔高效利用相關技術取得突破，它們正在為“雙碳”目標的實現提供堅實的科技支撐。

二次再熱發電，把煤炭“吃干榨凈”

用煤炭發電，如何實現既高效又清潔？

科技部“高效靈活二次再熱發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理梁志宏介紹，超超臨界機組使蒸汽溫度達600 ℃—620 ℃，壓力達31兆帕左右，基本達到當前技術經濟綜合平衡前提下的“天花板”。如何進一步提高煤炭的利用效率？在“高效靈活二次再熱發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“回爐”再熱一次。

高溫高壓蒸汽在推動汽輪機的做功過程中，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電機組研制及工程示范”項目中，主蒸汽進入超高壓缸做功后，送入鍋爐一次再熱系統加熱，再進入高壓缸做功；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 ℃，然后進入中壓缸做功，最后進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。

傳統超超臨界一次再熱機組的發電效率一般為46%左右，而應用了二次再熱技術后，發電效率可提升到48%以上。

為了實現機組安全、高效、靈活、清潔、智慧運行，國家能源集團江蘇公司牽頭研發了多項關鍵技術，經過無數次迭代循環、攻堅克難，最終圓滿完成項目各項任務目標。

梁志宏算了一筆賬：2021年國家能源集團宿遷發電有限公司全年供電煤耗265.8克/千瓦時，比全國平均供電煤耗低37克/千瓦時，節約標煤27萬噸，減排二氧化碳73萬噸。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。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品在國家經濟產業中地位重要，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開發及應用”項目回答解決了這個問題，成功實現了煤炭的華麗轉身。

“我們從技術研發到工程建設、生產運行做了一系列工作，建成了世界第一套百萬噸級煤直接液化制油工程示范項目，這也是目前全球唯一運行的煤直接液化制油項目。”國家能源集團化工公司總經理王建立介紹，之后公司還建成了煤制烯烴項目，也是全球第一個煤制烯烴工程示范項目。

不僅要實現煤炭的華麗轉身，過程還要清潔環保。

王建立說，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，實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足最高標準環保要求。

如今，現代煤化工產業在我國方興未艾。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業化推廣項目。2020年，煤制油、氣、烯烴、乙二醇等四大類主產品總產量約2647萬噸，年轉化約9380萬噸標準煤，無論是產業規模還是技術水平都處于世界領先水平。

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、利用及封存技術是一種具有大規模二氧化碳減排潛力的新技術，是化石能源實現凈零排放的唯一技術選擇。”中國華能集團有限公司（以下簡稱華能集團）科技部主任許世森如此判斷。

在國家重大科技項目和集團公司自有項目的支持下，華能集團經過10余年的研發，創立了具有完全自主知識產權的燃燒前和燃燒后二氧化碳捕集理論和成套技術體系，并采用自主知識產權技術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發、高效分離設備開發、二氧化碳捕集過程優化、電廠集成優化模擬、二氧化碳化工利用及二氧化碳驅替煤層氣技術開發等一套完整的電廠煙氣二氧化碳捕集與利用技術，為二氧化碳捕集、利用及封存技術產業化奠定了基礎。”許世森說。

在工程化建設方面，華能集團積極推動二氧化碳捕集技術的成果示范、轉化及產業應用，采用自主知識產權技術成功建造并運行了我國首座燃煤電廠二氧化碳捕集系統、我國首套燃氣機組二氧化碳捕集系統等。

為了解決煤化工項目的碳排放問題，國家能源集團化工公司于2011年就建成了世界首個煤化工產業10萬噸級二氧化碳捕集液化與封存工程，也是全球首個低孔低滲地質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—2500米深的地下，同時設置多項監測指標，對二氧化碳的逃逸情況進行監測確保安全環保。

中國華能集團有限公司董事長、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、利用及封存技術有助于推動未來存量化石能源零碳排放，培育綠色經濟新的增長點。