改革開放四十周年科技係列報道之能源篇（13）
綠化黑色能源 中國技術為煤炭正名
林曉暉 張保淑
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2016年12月28日，神華寧煤集團400萬噸/年煤炭間接液化示範項目產出油品慶祝儀式舉行。圖為首批油品在儀式上發運。 |
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位於寧夏銀川的神華寧煤集團煤炭間接液化項目全景圖 |
煤炭作為一種傳統能源，對人們生產和生活中的重要意義顯而易見，但是在相當長時期，煤炭的開采和利用方式粗放，以至於一提起煤炭，很多人可能立刻想到的是，黑暗幽深的礦井、滿臉煤黑的礦工、熊熊燃燒的鍋爐、冒著黑煙的煙囪……
上述景象在中國已漸漸遠去，並有望成為曆史。改革開放以來，特別是從上世紀90年代中期以來，中國能源科技工作者掀起了一場煤炭清潔利用“革命”，不斷取得以清潔燃煤為核心的技術突破，為中國這樣一個在未來相當長時間內仍以煤炭為主要能源的經濟體實現“綠色”發展開辟了廣闊道路。同時，也印證了“隻有不清潔的技術，沒有不清潔的能源”，為煤炭正名。
自主創新構建潔淨技術體係
據專門從事潔淨煤技術研究的煤炭科學研究總院助理研究員樊金璐介紹，潔淨煤技術的概念最早由美國學者在20世紀80年代提出，主要是為了解決美國與加拿大邊境的酸雨問題。
對中國潔淨煤技術發展的曆程，樊金璐介紹說，中國麵對煤炭資源豐富而油氣資源相對不足的狀況，早在20世紀80年代初就開始加強潔淨煤技術研究工作，並於上世紀90年代中期成立了由當時的國家計委、國家科委和煤炭、電力等13個部委組成的“國家潔淨煤技術推廣領導小組”。1997年出台的《中國潔淨煤技術“九五”計劃和2010年發展綱要》，對潔淨煤技術的內涵，進行了符合本國煤炭資源特點的定義，指出潔淨煤技術主要應包括煤炭加工、潔淨燃煤與發電、煤炭轉化、汙染物治理與資源綜合利用等4個領域的技術。2000年，根據潔淨煤技術在國內外的發展，在“煤炭高效燃燒和發電”中增加常規超臨界與超超臨界發電技術、低氮氧化物燃燒技術；在煤炭轉化技術中增加多聯產技術，以及包括二氧化碳在內的近零排放技術，由此構建了中國潔淨煤技術體係，並一直沿用至今。
就中國“煤炭加工技術”和“煤炭高效燃燒及先進發電技術”發展狀況，樊金璐認為，目前已處於國際先進水平或領先水平。他解釋說，中國原煤洗選加工快速發展，從2005年的7億噸增長到2016年23.45億噸，原煤入選率提升到68.9%，這一比例在國際上是比較高的；近年來，中國在超（超）臨界燃煤發電技術領域迎來跨越式增長，截至2016年底，已投產百萬千瓦機組96台，超過世界其他國家的總和。
在“煤炭轉化技術”方麵，中國接連重大突破。2008年12月，當時世界最大的煤製油項目——神華集團鄂爾多斯煤直接液化示範工程第一條百萬噸級生產線投煤試車成功，產出合格的柴油和石腦油，使中國成為掌握百萬噸級煤直接液化關鍵技術的國家。2016年12月神華集團年產400萬噸的煤炭間接液化示範項目產油成功，這標著中國擁有了煤炭間接液化核心技術和成套大型工藝技術。值得一提的是，該項目完成國家37項重大技術、裝備及材料自主國產化任務，工藝技術、裝備台套數統計項目國產化率高達98.5%。
在“汙染物治理與資源綜合利用”方麵，中國實現了包括“燃煤機組超低排放關鍵技術研發及應用”技術在內的諸多突破，並將其應用於生產實踐。據統計，2017年6月，燃煤電站的除塵/脫硫/脫硝設備安裝率均在90%以上，火電單位發電量二氧化碳排放量比2005年下降了21.6%。
潔淨技術“走出去”造福世界
科學技術沒有國界，應該造福全人類，特別是在當前全球氣候變暖日益加劇、生態環境保護刻不容緩的大背景下，潔淨煤技術這類具有普遍需求的能源技術更應該在世界各地得到推廣和應用。事實正是如此，中國一方麵加大潔淨煤技術研發力度，另一方麵不遺餘力地向世界各國傳播推廣取得的成果，彰顯出中國作為一個負責任的大國形象。
今年7月，阿聯酋迪拜哈斯彥4台60萬千瓦清潔燃煤電站項目隨著中國國家領導人到訪受到廣泛關注，這不僅在於這是“絲路基金”在中東的首單投資，而且將是中東首個清潔燃煤電站，成為中阿在能源領域合作的一個典範。該項目的承建單位就是來自中國的哈爾濱電氣集團有限公司。自2014年7月阿聯酋方麵啟動哈斯彥清潔燃煤電站項目國際公開招標程序後，哈電集團與一家當地企業組成投資聯合體競標，充分展現了在此領域的先進技術和經驗，從48家投標企業中脫穎而出，獲得總承包合同。在建設過程中，該項目采用最先進的燃燒、脫硝、除塵及脫硫技術，保證電廠運行期間排放的粉塵、硫化物及氮化物指標優於世界同類型機組，最大程度減少大氣汙染排放，在為迪拜提供20%的電力，大幅降低居民用電成本的同時，為當地能源多元化和清潔化作出了貢獻。
哈斯彥清潔燃煤電站項目隻是中國潔淨煤技術“走出去”的一個新的案例，近年來，在此領域中國已經形成了一批具有國際競爭力的公司，並成功打入國際市場。早在2009年4月，西安熱工研究院與一家美國公司就簽署了技術使用許可原則協議，授權其使用自己曆時15年研發的“兩段式幹煤粉加壓氣化技術”。這是中國具有自主知識產權的清潔煤電關鍵技術首次進入西方發達國家和國際能源市場，標誌著該項技術已經達到國際先進水平。
四川白馬循環流化床示範電站有限責任公司近年來開發的“600兆瓦超臨界循環流化床鍋爐技術”經受示範項目檢驗，代表目前國際循環流化床鍋爐最高水平，是世界潔淨煤燃燒技術一個裏程碑。以此技術為基礎開發的超臨界CFB鍋爐係列技術陸續進入“一帶一路”參與國家和地區，如羅馬尼亞、土耳其，為當地創造了巨大的經濟效益和社會效益。
特別值得一提的是中國“燃煤機組超低排放關鍵技術研發及應用”技術，這是在國家高技術研究發展計劃（863計劃）、國家科技支撐計劃等項目支持下，中國科技研發團隊經過20餘年自主創新和聯合攻關完成的一項重大創新，摘得2017年國家技術發明獎一等獎。該技術的創新性和帶來的社會經濟效益引起了國際社會的高度關注，達沃斯世界經濟論壇邀請該技術的核心團隊成員向與會嘉賓對該技術進行詳細介紹，讓國際社會更好分享燃煤汙染治理的中國技術和中國方案。
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潔淨煤技術
潔淨煤技術是煤炭開采、加工、轉化、燃燒及汙染控製等一係列技術的總稱，旨在減少汙染物排放和提高利用效率，貫穿於從開發到利用的全過程。
作為完備的體係，煤炭清潔技術範圍很廣泛，既包括開采過程中礦區汙染控製技術和對煤層氣、礦井水、煤矸石的資源化利用技術，又包括煤炭利用過程中的環保技術。就煤炭利用過程中的環保技術而言，大致劃分為兩類——煤直接清潔利用技術和煤轉化為潔淨燃料技術。
煤直接清潔利用技術具體來說包括燃燒前的淨化加工、燃燒中的清潔燃燒和燃燒後的煙氣淨化處理技術。
燃燒前，對煤炭進行脫硫處理，除去或減少灰分、矸石、硫等雜質；在散煤中加入石灰固硫劑，將其加工成型，減少二氧化硫和煙塵排放。
燃燒過程中采用流化床燃燒技術和先進燃燒器技術。前者旨在降低燃燒溫度，從而減少氮氧化物排放，通過向煤碳添加石灰減少二氧化硫排放量。後者通過改進鍋爐、窯爐結構，減少二氧化硫和氮氧化物的排放。
燃燒後，對尾氣進一步做消煙除塵和脫硫脫氮處理，實現環境友好型排放。
煤轉化為潔淨燃料技術主要包括煤的氣化、液化技術以及煤氣化聯合循環發電技術。
煤的氣化技術，是在常壓或加壓條件下，保持一定溫度，通過氣化劑與煤炭反應生成煤氣，從而實現脫硫、除氮、排渣，大大提高潔淨度。
液化技術則有間接液化和直接液化兩種。前者是先將煤氣化，然後再把煤氣液化，如煤製甲醇，可以替代汽油使用；後者是把煤直接轉化成液體燃料，比如，直接加氫將煤轉化成液體燃料，或煤炭與渣油混合成油煤漿反應生成液體燃料。
煤氣化聯合循環發電技術是指煤經過氣化產生中低熱值煤氣，煤氣經過淨化後成為清潔的氣體燃料，燃燒後驅動燃氣輪機發電，並且利用高溫粗煤氣餘熱和煙氣餘熱在廢熱鍋爐內產生的高壓過熱蒸汽驅動蒸汽輪機發電。此項技術既提高了發電效率，又有很好的環保性能。
煤轉化為潔淨燃料技術則是在煤炭產業鏈的下遊以煤為原料進行深度的化學加工，提高煤的利用效率，從而提升整個產業鏈的經濟效益和可持續發展水平。
