2016年12月28日,神华宁煤集团400万吨/年煤炭间接液化示范项目产出油品庆祝仪式举行。图为首批油品在仪式上发运。
新华社发
位于宁夏银川的神华宁煤集团煤炭间接液化项目全景图
煤炭作为一种传统能源,对人们生产和生活中的重要意义显而易见,但是在相当长时期,煤炭的开采和利用方式粗放,以至于一提起煤炭,很多人可能立刻想到的是,黑暗幽深的矿井、满脸煤黑的矿工、熊熊燃烧的锅炉、冒着黑烟的烟囱……
上述景象在中国已渐渐远去,并有望成为历史。改革开放以来,特别是从上世纪90年代中期以来,中国能源科技工作者掀起了一场煤炭清洁利用“革命”,不断取得以清洁燃煤为核心的技术突破,为中国这样一个在未来相当长时间内仍以煤炭为主要能源的经济体实现“绿色”发展开辟了广阔道路。同时,也印证了“只有不清洁的技术,没有不清洁的能源”,为煤炭正名。
自主创新构建洁净技术体系
据专门从事洁净煤技术研究的煤炭科学研究总院助理研究员樊金璐介绍,洁净煤技术的概念最早由美国学者在20世纪80年代提出,主要是为了解决美国与加拿大边境的酸雨问题。
对中国洁净煤技术发展的历程,樊金璐介绍说,中国面对煤炭资源丰富而油气资源相对不足的状况,早在20世纪80年代初就开始加强洁净煤技术研究工作,并于上世纪90年代中期成立了由当时的国家计委、国家科委和煤炭、电力等13个部委组成的“国家洁净煤技术推广领导小组”。1997年出台的《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》,对洁净煤技术的内涵,进行了符合本国煤炭资源特点的定义,指出洁净煤技术主要应包括煤炭加工、洁净燃煤与发电、煤炭转化、污染物治理与资源综合利用等4个领域的技术。2000年,根据洁净煤技术在国内外的发展,在“煤炭高效燃烧和发电”中增加常规超临界与超超临界发电技术、低氮氧化物燃烧技术；在煤炭转化技术中增加多联产技术,以及包括二氧化碳在内的近零排放技术,由此构建了中国洁净煤技术体系,并一直沿用至今。
就中国“煤炭加工技术”和“煤炭高效燃烧及先进发电技术”发展状况,樊金璐认为,目前已处于国际先进水平或领先水平。他解释说,中国原煤洗选加工快速发展,从2005年的7亿吨增长到2016年23.45亿吨,原煤入选率提升到68.9%,这一比例在国际上是比较高的；近年来,中国在超(超)临界燃煤发电技术领域迎来跨越式增长,截至2016年底,已投产百万千瓦机组96台,超过世界其他国家的总和。
在“煤炭转化技术”方面,中国接连重大突破。2008年12月,当时世界最大的煤制油项目——神华集团鄂尔多斯煤直接液化示范工程第一条百万吨级生产线投煤试车成功,产出合格的柴油和石脑油,使中国成为掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。2016年12月神华集团年产400万吨的煤炭间接液化示范项目产油成功,这标着中国拥有了煤炭间接液化核心技术和成套大型工艺技术。值得一提的是,该项目完成国家37项重大技术、装备及材料自主国产化任务,工艺技术、装备台套数统计项目国产化率高达98.5%。
在“污染物治理与资源综合利用”方面,中国实现了包括“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”技术在内的诸多突破,并将其应用于生产实践。据统计,2017年6月,燃煤电站的除尘/脱硫/脱硝设备安装率均在90%以上,火电单位发电量二氧化碳排放量比2005年下降了21.6%。
洁净技术“走出去”造福世界
科学技术没有国界,应该造福全人类,特别是在当前全球气候变暖日益加剧、生态环境保护刻不容缓的大背景下,洁净煤技术这类具有普遍需求的能源技术更应该在世界各地得到推广和应用。事实正是如此,中国一方面加大洁净煤技术研发力度,另一方面不遗余力地向世界各国传播推广取得的成果,彰显出中国作为一个负责任的大国形象。
今年7月,阿联酋迪拜哈斯彦4台60万千瓦清洁燃煤电站项目随着中国国家领导人到访受到广泛关注,这不仅在于这是“丝路基金”在中东的首单投资,而且将是中东首个清洁燃煤电站,成为中阿在能源领域合作的一个典范。该项目的承建单位就是来自中国的哈尔滨电气集团有限公司。自2014年7月阿联酋方面启动哈斯彦清洁燃煤电站项目国际公开招标程序后,哈电集团与一家当地企业组成投资联合体竞标,充分展现了在此领域的先进技术和经验,从48家投标企业中脱颖而出,获得总承包合同。在建设过程中,该项目采用最先进的燃烧、脱硝、除尘及脱硫技术,保证电厂运行期间排放的粉尘、硫化物及氮化物指标优于世界同类型机组,最大程度减少大气污染排放,在为迪拜提供20%的电力,大幅降低居民用电成本的同时,为当地能源多元化和清洁化作出了贡献。
哈斯彦清洁燃煤电站项目只是中国洁净煤技术“走出去”的一个新的案例,近年来,在此领域中国已经形成了一批具有国际竞争力的公司,并成功打入国际市场。早在2009年4月,西安热工研究院与一家美国公司就签署了技术使用许可原则协议,授权其使用自己历时15年研发的“两段式干煤粉加压气化技术”。这是中国具有自主知识产权的清洁煤电关键技术首次进入西方发达国家和国际能源市场,标志着该项技术已经达到国际先进水平。
四川白马循环流化床示范电站有限责任公司近年来开发的“600兆瓦超临界循环流化床锅炉技术”经受示范项目检验,代表目前国际循环流化床锅炉最高水平,是世界洁净煤燃烧技术一个里程碑。以此技术为基础开发的超临界CFB锅炉系列技术陆续进入“一带一路”参与国家和地区,如罗马尼亚、土耳其,为当地创造了巨大的经济效益和社会效益。
特别值得一提的是中国“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”技术,这是在国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划等项目支持下,中国科技研发团队经过20余年自主创新和联合攻关完成的一项重大创新,摘得2017年国家技术发明奖一等奖。该技术的创新性和带来的社会经济效益引起了国际社会的高度关注,达沃斯世界经济论坛邀请该技术的核心团队成员向与会嘉宾对该技术进行详细介绍,让国际社会更好分享燃煤污染治理的中国技术和中国方案。
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洁净煤技术
洁净煤技术是煤炭开采、加工、转化、燃烧及污染控制等一系列技术的总称,旨在减少污染物排放和提高利用效率,贯穿于从开发到利用的全过程。
作为完备的体系,煤炭清洁技术范围很广泛,既包括开采过程中矿区污染控制技术和对煤层气、矿井水、煤矸石的资源化利用技术,又包括煤炭利用过程中的环保技术。就煤炭利用过程中的环保技术而言,大致划分为两类——煤直接清洁利用技术和煤转化为洁净燃料技术。
煤直接清洁利用技术具体来说包括燃烧前的净化加工、燃烧中的清洁燃烧和燃烧后的烟气净化处理技术。
燃烧前,对煤炭进行脱硫处理,除去或减少灰分、矸石、硫等杂质；在散煤中加入石灰固硫剂,将其加工成型,减少二氧化硫和烟尘排放。
燃烧过程中采用流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。前者旨在降低燃烧温度,从而减少氮氧化物排放,通过向煤碳添加石灰减少二氧化硫排放量。后者通过改进锅炉、窑炉结构,减少二氧化硫和氮氧化物的排放。
燃烧后,对尾气进一步做消烟除尘和脱硫脱氮处理,实现环境友好型排放。
煤转化为洁净燃料技术主要包括煤的气化、液化技术以及煤气化联合循环发电技术。
煤的气化技术,是在常压或加压条件下,保持一定温度,通过气化剂与煤炭反应生成煤气,从而实现脱硫、除氮、排渣,大大提高洁净度。
液化技术则有间接液化和直接液化两种。前者是先将煤气化,然后再把煤气液化,如煤制甲醇,可以替代汽油使用；后者是把煤直接转化成液体燃料,比如,直接加氢将煤转化成液体燃料,或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料。
煤气化联合循环发电技术是指煤经过气化产生中低热值煤气,煤气经过净化后成为清洁的气体燃料,燃烧后驱动燃气轮机发电,并且利用高温粗煤气余热和烟气余热在废热锅炉内产生的高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。此项技术既提高了发电效率,又有很好的环保性能。
煤转化为洁净燃料技术则是在煤炭产业链的下游以煤为原料进行深度的化学加工,提高煤的利用效率,从而提升整个产业链的经济效益和可持续发展水平。