岑可法院士在化石燃料、廢棄物能源高效清潔、資源化、能源化利用，可再生能源開發(fā)與利用、生物質(zhì)能利用與制氫技術(shù)、潔凈煤燃燒與氣化技術(shù)、水煤漿燃燒技術(shù)、流化床燃燒發(fā)電技術(shù)、能源利用過程中多種污染物協(xié)同脫除技術(shù)、工程氣固多相流動(dòng)和電站鍋爐計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)（CAT）以及先進(jìn)激光診斷技術(shù)等領(lǐng)域都取得了開拓性成就。因此，《基石》雜志就燃煤電廠如何降低排放和煤炭分級利用對岑可法院士進(jìn)行了專訪。
問：煤炭是中國的主體能源，支撐了中國經(jīng)濟(jì)近幾十年的高速增長。然而，煤炭利用被認(rèn)為是引發(fā)大氣污染的重要因素之一。要降低煤炭利用的環(huán)境污染問題，必須改變煤炭粗放的利用方式。中共十八大報(bào)告提出要進(jìn)行“能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命”，您認(rèn)為如何實(shí)現(xiàn)煤炭利用革命？
答：中國2013 年消費(fèi)煤炭約36 億噸，其中火電是煤炭消費(fèi)的最大行業(yè)，消耗的煤炭占總量的58%。目前中國主要發(fā)展的煤炭高效清潔發(fā)電技術(shù)包括超超臨界發(fā)電技術(shù)、燃煤電廠超低排放技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）技術(shù)等。由于中國油氣嚴(yán)重短缺，因此發(fā)展以煤完全氣化為核心的煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)，如煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制芳烴、甲醇制汽油等，可生產(chǎn)出煤基清潔燃料或化工品。作為煤炭利用革命性方案應(yīng)該考慮到煤炭作為能源和資源的兩種屬性，改變中國現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
煤炭分級轉(zhuǎn)化清潔發(fā)電技術(shù)是根據(jù)中國國情提出的煤炭利用革命性方案之一。該項(xiàng)技術(shù)是基于煤炭各組分不同性質(zhì)和轉(zhuǎn)化特性，以煤炭同時(shí)作為資源和能源，將煤的熱解和燃燒等過程有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)煤炭分級轉(zhuǎn)化梯級利用。煤炭先在熱解爐熱解提取揮發(fā)份產(chǎn)生煤氣和焦油，半焦再送鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，煤氣和煙氣經(jīng)凈化可實(shí)現(xiàn)低污染排放控制和低碳排放，所生產(chǎn)的煤氣可用于制天然氣等燃料氣，焦油可經(jīng)加氫制得汽油、柴油等產(chǎn)品，蒸汽則用于電力生產(chǎn)和供熱，灰渣根據(jù)其賦存形態(tài)進(jìn)行有價(jià)元素提取和制水泥、建材等綜合利用。
煤炭分級轉(zhuǎn)化清潔發(fā)電技術(shù)緊密結(jié)合中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排需求，催生了全新的產(chǎn)業(yè)模式，推動(dòng)煤電相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。其核心是集中源和分散源污染物協(xié)同治理的創(chuàng)新思路：將分散源使用的煤炭集中到煤炭分級轉(zhuǎn)化清潔發(fā)電廠；發(fā)電廠在發(fā)電同時(shí)聯(lián)產(chǎn)合成天然氣，且無需高壓和純（富）氧，使油、氣轉(zhuǎn)化成本大為降低；節(jié)省了寶貴的水資源；同時(shí)發(fā)電廠本身實(shí)現(xiàn)污染物超低排放；聯(lián)產(chǎn)的合成天然氣或電力、蒸汽供應(yīng)周邊工業(yè)窯爐、民用鍋爐等分散源，實(shí)現(xiàn)分散源的清潔生產(chǎn)。
問：2015 年以來，中國對新建燃煤機(jī)組提出了更為嚴(yán)格的污染物排放控制要求。國內(nèi)部分燃煤機(jī)組通過超低排放改造，達(dá)到了燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。您認(rèn)為燃煤電廠污染物超低排放對中國治理大氣污染會(huì)起到多大的作用；如何評價(jià)燃煤電廠超低排放的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益？
答：2012 年， 全國二氧化硫（SO2） 排放總量為2117.6 萬噸，其中電力行業(yè)SO2 排放量為883 萬噸，占全國SO2 排放量的41.7%；全國氮氧化物（NOx）排放總量為2337.8 萬噸，其中電力行業(yè)的NOx 排放量約為948萬噸，占全國NOx 排放量的40.6%；電力行業(yè)煙塵排放總量約為151 萬噸。經(jīng)測算，若超低排放技術(shù)在全國燃煤機(jī)組全部推廣應(yīng)用，將有效削減燃煤煙氣污染物的排放，燃煤發(fā)電機(jī)組的SO2、NOx、煙塵的排放量將分別減少到53 萬噸、76 萬噸、8 萬噸；與2012 年火電行業(yè)SO2、NOx、煙塵排放相比，均可減少90% 以上，將顯著改善空氣質(zhì)量。
針對不同容量、不同污染物排放水平及新建/ 改造的燃煤機(jī)組，新建/ 改造的投資成本及運(yùn)行成本有所差別：超低排放改造增加的發(fā)電成本為0.01 ～ 0.02 元/kWh，新建超低排放機(jī)組增加的發(fā)電成本更低，為0.005 ～ 0.01元/kWh。
在過去一段時(shí)間，發(fā)電“煤改氣”的呼聲很高，但如果將現(xiàn)有燃煤電廠改為燃?xì)怆姀S，發(fā)電成本將大幅度增加。以燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電為例，當(dāng)天然氣價(jià)格由2.0 元/Nm3 增加到5.0 元/Nm3 時(shí)， 單位發(fā)電成本由0.59 元/kWh 增加到1.23 元/kWh，而燃煤電廠的單位發(fā)電成本約為0.4 元/kWh。因此，燃煤電廠實(shí)現(xiàn)超低排放投資不大，而環(huán)保效益顯著。
問：中國發(fā)電用煤占煤炭消費(fèi)的比重只有50% 多。相當(dāng)一部分煤炭還用于水泥、鋼鐵、平板玻璃等高能耗企業(yè)及大量的散燒燃煤小鍋爐，如何解決這些分散式燃煤排放的污染問題？
答：目前，火電由于耗煤量大，在重點(diǎn)耗煤行業(yè)的污染物排放比例仍然是最大的。但大型燃煤電廠監(jiān)管較為容易，而工業(yè)鍋爐容量小、數(shù)量多、分布廣，污染控制裝備運(yùn)行難以監(jiān)管，工業(yè)鍋爐燃燒1 噸煤的污染物排放量是大型燃煤電廠燃燒1 噸煤的污染物排放的幾十倍。
2013 年，中國電力行業(yè)耗煤量約占全國煤炭消耗量的58%，遠(yuǎn)低于2010 年美國的92％、德國的80％。與這些主要耗煤國家相比，中國的煤炭消費(fèi)行業(yè)過于分散，污染治理難度較大。
因此，對于小鍋爐特別是10t 以下的燃煤工業(yè)窯爐，可以通過清潔燃料如天然氣替代，實(shí)現(xiàn)污染物的控制；我們提出的分級利用方案就可以對現(xiàn)有電廠改造，保證發(fā)電同時(shí)產(chǎn)生煤氣或天然氣供應(yīng)這些分散的工業(yè)窯爐。對工業(yè)園區(qū)等中小鍋爐集中地區(qū)，可以采用集中供熱方式，并在集中供熱鍋爐上采用超低排放技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污染物排放達(dá)到天然氣排放限值要求。嘉興新嘉愛斯熱電有限公司5×220 t/h 熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐正在實(shí)施煙氣清潔化排放改造，對現(xiàn)有的除塵、脫硫、脫硝系統(tǒng)進(jìn)行提效，采用高效協(xié)同脫除技術(shù)，使燃煤機(jī)組煙氣的主要污染物（煙塵、二氧化硫、氮氧化物）排放濃度達(dá)到國家燃?xì)馀欧艠?biāo)準(zhǔn)限值水平。
問：浙江大學(xué)是中國國內(nèi)較早開展煤炭分級利用研究的單位，浙江大學(xué)目前在煤炭分級利用研究方面取得了哪些進(jìn)展？這項(xiàng)技術(shù)工業(yè)化推廣的前景如何？
答：浙江大學(xué)在煤炭分級利用研究方面已有20 多年的歷史，早在1987 年就提出了熱電氣多聯(lián)產(chǎn)工藝的設(shè)想，在原國家教委博士點(diǎn)基金、國家“八五”科技攻關(guān)計(jì)劃、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973 計(jì)劃）等項(xiàng)目的支持下，建立了1MW燃?xì)庹羝嗦?lián)產(chǎn)試驗(yàn)裝置，對該方案關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和理論研究，表明該方案具有燃料適應(yīng)性廣、燃料利用率高、污染排放低等特點(diǎn)，并申請了一系列國家發(fā)明專利。2007 年6 月，浙江大學(xué)和淮南礦業(yè)集團(tuán)合作將1 臺(tái)75t/h 燃煤發(fā)電機(jī)組改造為12MW 分級轉(zhuǎn)化發(fā)電機(jī)組，熱態(tài)調(diào)試運(yùn)行表明，不用高壓純氧，熱解煤氣熱值達(dá)到20MJ/Nm3 以上，煤氣成分以CH4 和H2 為主，焦油產(chǎn)率達(dá)到10% 以上，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行安全可靠，焦油和煤氣的生產(chǎn)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了以煤為原料在一個(gè)有機(jī)集成的系統(tǒng)中生產(chǎn)多種高價(jià)值的產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上，浙江大學(xué)與國電小龍?zhí)峨姀S合作將300MWe褐煤循環(huán)流化床鍋爐改造為以褐煤為原料的300MWe 循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)裝置，項(xiàng)目分兩期建設(shè)。目前，第一步建設(shè)的設(shè)計(jì)給煤量為40t/h 褐煤熱電氣多聯(lián)產(chǎn)試驗(yàn)裝置的改造工程已經(jīng)完成，并于2011 年6 月完成72 小時(shí)考核運(yùn)行及性能參數(shù)測試。
在現(xiàn)有研發(fā)基礎(chǔ)上，浙江大學(xué)正與東方鍋爐有限公司合作開展350MWe 超臨界循環(huán)流化床熱解燃燒分級轉(zhuǎn)化裝置以及600MWe 超臨界循環(huán)流化床熱解燃燒分級轉(zhuǎn)化裝置的方案設(shè)計(jì)，為下一步大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。該技術(shù)可用于新建電廠和舊電廠改造，經(jīng)濟(jì)效益好，應(yīng)用前景廣闊。
問：2014 年11 月，中美兩國發(fā)表了《中美氣候變化聯(lián)合聲明》，宣布了兩國各自2020 年后應(yīng)對氣候變化行動(dòng)。中國計(jì)劃在2030 年左右CO2 排放達(dá)到峰值且將努力早日達(dá)峰，并計(jì)劃到2030 年將非化石能源占一次能源消費(fèi)比重提高到20% 左右。由于化石能源特別是煤炭仍將是中國未來較長一段時(shí)間內(nèi)的主體能源。您認(rèn)為煤炭應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)低碳化利用？
答：煤炭低碳化利用主要途徑包括燃煤的高效清潔利用和發(fā)展CO2 捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）。實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用主要靠技術(shù)上的集成創(chuàng)新。超超臨界發(fā)電機(jī)組、IGCC 技術(shù)和煤炭分級轉(zhuǎn)化技術(shù)是目前燃煤高效清潔利用的主要方式。
煤炭低碳化利用的另一途徑就是發(fā)展CCUS。CCUS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)燃煤CO2 排放大規(guī)?？刂啤Ｖ袊?007 年超越美國成為全球第一碳排放國家，在很長的一段時(shí)間內(nèi)，中國的能源結(jié)構(gòu)主要仍以化石能源為主，特別是煤炭。2006 年至今，中國資助了一系列科研項(xiàng)目來支持CCUS技術(shù)發(fā)展，包括863 計(jì)劃、973 計(jì)劃以及國家科技攻關(guān)計(jì)劃等。這些項(xiàng)目包括了CO2 捕集、生物轉(zhuǎn)化、地質(zhì)封存、強(qiáng)化驅(qū)油等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。在政府和企業(yè)的支持下，近年來已經(jīng)建成了許多示范項(xiàng)目。
雖然近幾年中國碳捕集、利用和封存各環(huán)節(jié)的技術(shù)研發(fā)已取得顯著進(jìn)展，驗(yàn)證了CCUS 技術(shù)是控制燃煤CO2 排放的有效手段，但目前仍然存在成本和能耗高、長期安全性和可靠性有待驗(yàn)證等問題，因此碳捕集技術(shù)的大規(guī)模實(shí)施還需靠政府、研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)的共同努力。
來源：《基石》雜志
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