煤基清洁能源国家重点实验室实现煤电近零排放
1月28日，中国石油经济技术研究院在京发布《2014年国内外油气行业发展报告》。报告显示，煤炭消费占一次能源消费比重虽比上年下降2.1个百分点，仍达到63.9％。
在日前举行的“2015中国煤炭高峰论坛”上，国家能源局煤炭司司长方君实指出，“十二五”期间, 随着经济发展的三期叠加，煤炭行业也走上了结构调整阵痛期。从2012年开始，煤炭价格持续下降，企业亏损面扩大，经济效益下滑，结构产能过剩，煤炭行业进入了相对困难时期。如何使煤炭行业脱困？恐怕实现煤炭能源清洁开发利用和近零排放，与可再生能源协同发展，才是未来中国能源与煤炭发展的唯一道路。
“华能集团煤基清洁能源国家重点实验室在绿色煤电技术、二氧化碳减排技术、700℃先进超超临界燃煤发电技术、煤的清洁燃烧技术等方面进行了长期自主研发，研究成果已在华能天津250兆瓦（MW）IGCC示范电站、华能北京热电有限公司3000吨/年二氧化碳捕集装置等项目中得到成功应用。”华能集团清洁能源技术研究院院长、实验室主任许世森在接受科技日报采访时介绍，如绿色煤电技术涵盖的大型高效煤气化技术、燃烧前CO2捕集与封存技术、燃料电池发电技术、系统集成技术等，实验室均开展了自主研究，为绿色煤电计划的实施提供了技术支持和经验积累。
首座IGCC电站实现绿色煤电
华能集团煤基清洁能源国家重点实验室研发的绿色煤电技术，是开发以煤气化制氢和氢能发电为主，并对二氧化碳进行分离处理的煤基清洁能源系统，可实现燃煤发电污染物和二氧化碳的近零排放。
据悉，当前世界上仅美国、欧盟、日本等少数国家和地区有能力进行绿色煤电技术的研究及示范。而我国在“九五”科技攻关、“十五”和“十一五”863计划的持续支持下，于2006年开始实施“绿色煤电计划”。
IGCC即整体煤气化联合循环发电系统，是把洁净的煤气化技术与高效的燃气循环发电系统结合起来。相对常规燃煤机组，IGCC电站技术可在能量转换的同时以较低代价实现二氧化碳的捕集。IGCC电站节水性能良好，比同容量同种冷却方式燃煤机组耗水量少1/3—1/2。IGCC技术还可与煤制天然气、煤制油、煤气化制氢、化学产品生产等过程结合组成多联产系统，根据市场需要进行调节，联产热、电、燃料、氢气及化工产品。
华能天津250MWIGCC示范电站是我国第一座IGCC示范电站，也是世界上为数不多的几座大型IGCC电站之一。电站关键设备的研制、设计和建设均由国内提供和完成，基本实现了IGCC电站技术的国产化。其中，实验室开发出的具有自主知识产权的2000t/d两段式干煤粉加压气化炉实现工业化。与现有气化技术相比，该气化炉具有煤种适应性好、转化效率高、耗氧量低、环保性能好、可靠性高的特点，达到了同类技术的国际先进水平。该气化炉后续还在煤化工项目中得到推广应用并出口美国，进入发达国家能源市场。
2014年，华能天津IGCC电站机组总发电量10.8亿千瓦时，累计运行时间5543小时。气化、净化、燃机和空分系统已基本达满负荷，全厂实现了长周期稳定运行。据测试，华能天津IGCC电站的实测硫排放与粉尘排放都小于1毫克/立方米，脱硫效率超过99.99%，氮氧化物排放在燃气轮机机组设计工况运行时小于50毫克/立方米，低于我国燃机排放限值。若辅助配合脱硝装置，氮氧化物排放可进一步控制在10毫克/立方米以下。另外，电站可实现将煤中的硫全部回收为副产品硫磺，不会形成二次污染。
“华能天津IGCC运行的可靠性和可用率均优于国外IGCC的水平。今后，实验室还将继续开展绿色煤电计划后续阶段的工作，重点研究大型IGCC机组、3000吨/天级干煤粉气化炉、熔融碳酸盐燃料电池发电系统等核心工艺和工程、运行以及控制技术，不断推动我国在绿色煤电领域的技术进步。”许世森说。
开我国燃煤电厂二氧化碳捕集先河
碳捕集、利用与封存（CCUS）是一项大规模温室气体减排技术，据亚洲开发银行研究，如不采用CCUS技术，我国碳减排成本将多付出30%。在2014年北京APEC会议期间，我国承诺将二氧化碳排放峰值控制在2030年左右。碳减排峰值目标的确定也意味着在2030年以前，我国CCUS技术需完成产业化布局以完成减排任务。
近年来，国际范围内非常重视CCUS技术创新及项目示范。当前全球已建、在建和计划建设的CCUS项目，包括单一的捕集、利用或封存环节项目和同时考虑捕集、利用与封存的全流程项目超过200个，其中全流程项目约60个。
许世森介绍说，我国CCUS技术起步相对较晚，总体上仍处在研发和早期技术示范阶段。特别是与国际先进水平相比，我国CCUS技术在核心技术、关键装备研制、系统集成与全流程工程规模等方面仍有差距。华能集团煤基清洁能源国家重点实验室通过技术研发及多个示范项目的建设和运行积累了宝贵的经验，具备了规模化捕集系统设计能力。
据悉，实验室研发团队于2008年建成华能北京热电厂3000吨/年二氧化碳捕集试验示范装置，并投入商业运行。该装置作为我国第一套工业级的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集系统，全部采用国产设备，捕集到的二氧化碳纯度为99.5%，进一步精制后产出的液体二氧化碳纯度为99.997%，达国家食品级标准。
“该项目标志着我国在燃煤发电领域，二氧化碳捕集技术首次得到应用。”许世森说。
2009年12月，实验室研发团队建成当时世界上最大的燃煤电厂二氧化碳捕集工程——华能上海石洞口电厂12万吨/年烟气脱碳工程，该装置的能耗有了大幅降低，标志着我国在该技术领域达到了世界领先水平。
2012年11月，实验室采用ZL技术并承担工程设计的榆林煤化5万吨/年二氧化碳提纯工程建成投产，纯度达99%，并进行了利用二氧化碳提高石油采收率的先导性试验。
2012年，实验室参与挪威石油公司百万吨燃机烟气二氧化碳捕集工程的投标，建成了我国第一套燃气烟气二氧化碳捕集装置，规模为1000吨/年，完成了3000小时的连续运行测试，保证系统运行和排放满足北欧最为严格的质量环保体系要求。
“围绕该研究方向，实验室未来还将研制出具有自主知识产权的高效、低能耗、大型二氧化碳捕集、利用及封存一体化核心技术和成套技术，在世界范围内引领行业技术进步。”许世森说。
超超临界燃煤发电技术与国外基本同步
700℃超超临界燃煤发电技术是目前世界上最为先进的火力发电技术，机组净效率可达50%以上，能显著降低燃煤电站的煤耗、污染物排放水平。
据了解，华能集团煤基清洁能源国家重点实验室的研发团队承担了国家能源领域重点项目《国家700℃超超临界燃煤发电关键技术与设备研发及应用示范》的牵头组织工作，并负责我国首个关键部件实炉挂片试验平台的建设及运行工作。该项目对于完成我国火电结构优化和技术升级，实现我国火力发电行业的跨越式发展具有重要意义，将带动我国发电设计、装备制造业、高端材料生产企业的技术进步，提高相关企业的国际竞争力。
经攻关研究，在试验平台建设和材料研究方面，实验室已完成700℃试验验证平台技术设计和施工设计，掌握了目前国内外有望应用于700℃机组的主要材料的相关技术特性，试验平台各主要部件正在进行制造加工，计划于2015年完成平台建设并投入试验运行。在系统优化方面，实验室创新性地提出了“M”型布置和倒置布置的700℃先进超超临界燃煤锅炉结构形式，已获得国家发明ZL和美国ZL。
目前，我国700℃超超临界发电技术研发进展与国外基本同步。
“未来，实验室将紧密结合700℃验证试验平台的建设和运行，与相关研发单位紧密配合，完成700℃超超临界燃煤发电机组高温镍基合金材料的选择、研制和挂片试验研究，开发具有自主知识产权的锅炉设计技术，为我国率先在世界上建设和运行世界首台700℃超超临界发电示范机组提供技术支持。”许世森说。
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