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、潔凈煤燃燒與氣化技術、水煤漿燃燒技術、流化床燃燒發(fā)電技術、能源利用過程中多種污染物協(xié)同脫除技術、工程氣固多相流動和電站鍋爐計算機輔助試驗(CAT)以及先進激光診斷技術等領域都取得了開拓性成就。因此，記者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行了專訪。

問：煤炭是中國的主體能源，支撐了中國經(jīng)濟近幾十年的高速增長。然而，煤炭利用被認為是引發(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。中共十八大報告提出要進行“能源生產(chǎn)和消費革命”，您認為如何實現(xiàn)煤炭利用革命?

答：中國2013年消費煤炭約36億噸，其中火電是煤炭消費的最大行業(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)電技術包括超超臨界發(fā)電技術、燃煤電廠超低排放技術、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術等。由于中國油氣嚴重短缺，因此發(fā)展以煤完全氣化為核心的煤炭清潔高效轉化技術，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)結構，同時實現(xiàn)節(jié)能減排。

煤炭分級轉化清潔發(fā)電技術是根據(jù)中國國情提出的煤炭利用革命性方案之一。該項技術是基于煤炭各組分不同性質(zhì)和轉化特性，以煤炭同時作為資源和能源，將煤的熱解和燃燒等過程有機結合，實現(xiàn)煤炭分級轉化梯級利用。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)進行有價元素提取和制水泥、建材等綜合利用。

煤炭分級轉化清潔發(fā)電技術緊密結合中國產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整、循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排需求，催生了全新的產(chǎn)業(yè)模式，推動煤電相關產(chǎn)業(yè)轉型升級。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化清潔發(fā)電廠;發(fā)電廠在發(fā)電同時聯(lián)產(chǎn)合成天然氣，且無需高壓和純(富)氧，使油、氣轉化成本大為降低;節(jié)省了寶貴的水資源;同時發(fā)電廠本身實現(xiàn)污染物超低排放;聯(lián)產(chǎn)的合成天然氣或電力、蒸汽供應周邊工業(yè)窯爐、民用鍋爐等分散源，實現(xiàn)分散源的清潔生產(chǎn)。

問：2015年以來，中國對新建燃煤機組提出了更為嚴格的污染物排放控制要求。國內(nèi)部分燃煤機組通過超低排放改造，達到了燃氣機組的排放標準。您認為燃煤電廠污染物超低排放對中國治理大氣污染會起到多大的作用;如何評價燃煤電廠超低排放的經(jīng)濟效益和環(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，若超低排放技術在全國燃煤機組全部推廣應用，將有效削減燃煤煙氣污染物的排放，燃煤發(fā)電機組的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/改造的燃煤機組，新建/改造的投資成本及運行成本有所差別：超低排放改造增加的發(fā)電成本為0.01～0.02元/kWh，新建超低排放機組增加的發(fā)電成本更低，為0.005～0.01元/kWh。

在過去一段時間，發(fā)電“煤改氣”的呼聲很高，但如果將現(xiàn)有燃煤電廠改為燃氣電廠，發(fā)電成本將大幅度增加。以燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電為例，當天然氣價格由2.0元/Nm3增加到5.0元/Nm3時，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)電用煤占煤炭消費的比重只有50%多。相當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)電同時產(chǎn)生煤氣或天然氣供應這些分散的工業(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，實現(xiàn)污染物排放達到天然氣排放限值要求。嘉興新嘉愛斯熱電有限公司5×220t/h熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐正在實施煙氣清潔化排放改造，對現(xiàn)有的除塵、脫硫、脫硝系統(tǒng)進行提效，采用高效協(xié)同脫除技術，使燃煤機組煙氣的主要污染物(煙塵、二氧化硫、氮氧化物)排放濃度達到國家燃氣排放標準限值水平。

問：浙江大學是中國國內(nèi)較早開展煤炭分級利用研究的單位，浙江大學目前在煤炭分級利用研究方面取得了哪些進展?這項技術工業(yè)化推廣的前景如何?

答：浙江大學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)工藝的設想，在原國家教委博士點基金、國家“八五”科技攻關計劃、國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)、國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)等項目的支持下，建立了1MW燃氣蒸汽多聯(lián)產(chǎn)試驗裝置，對該方案關鍵技術進行了大量的試驗和理論研究，表明該方案具有燃料適應性廣、燃料利用率高、污染排放低等特點，并申請了一系列國家發(fā)明專利。2007年6月，浙江大學和淮南礦業(yè)集團合作將1臺75t/h燃煤發(fā)電機組改造為12MW分級轉化發(fā)電機組，熱態(tài)調(diào)試運行表明，不用高壓純氧，熱解煤氣熱值達到20MJ/Nm3以上，煤氣成分以CH4和H2為主，焦油產(chǎn)率達到10%以上，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，運行安全可靠，焦油和煤氣的生產(chǎn)穩(wěn)定，實現(xiàn)了以煤為原料在一個有機集成的系統(tǒng)中生產(chǎn)多種高價值的產(chǎn)品。在此基礎上，浙江大學與國電小龍?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，項目分兩期建設。目前，第一步建設的設計給煤量為40t/h褐煤熱電氣多聯(lián)產(chǎn)試驗裝置的改造工程已經(jīng)完成，并于2011年6月完成72小時考核運行及性能參數(shù)測試。

在現(xiàn)有研發(fā)基礎上，浙江大學正與某公司合作開展350MWe超臨界循環(huán)流化床熱解燃燒分級轉化裝置以及600MWe超臨界循環(huán)流化床熱解燃燒分級轉化裝置的方案設計，為下一步大規(guī)模工業(yè)應用打下基礎。該技術可用于新建電廠和舊電廠改造，經(jīng)濟效益好，應用前景廣闊。

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年后應對氣候變化行動。中國計劃在2030年左右CO2排放達到峰值且將努力早日達峰，并計劃到2030年將非化石能源占一次能源消費比重提高到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間內(nèi)的主體能源。您認為煤炭應如何實現(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(CCUS)。實現(xiàn)煤炭清潔高效利用主要靠技術上的集成創(chuàng)新。超超臨界發(fā)電機組、IGCC技術和煤炭分級轉化技術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技術可以實現(xiàn)燃煤CO2排放大規(guī)模控制。中國于2007年超越美國成為全球第一碳排放國家，在很長的一段時間內(nèi)，中國的能源結構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目來支持CCUS技術發(fā)展，包括863計劃、973計劃以及國家科技攻關計劃等。這些項目包括了CO2捕集、生物轉化、地質(zhì)封存、強化驅油等領域的關鍵技術。在政府和企業(yè)的支持下，近年來已經(jīng)建成了許多示范項目。

雖然近幾年中國碳捕集、利用和封存各環(huán)節(jié)的技術研發(fā)已取得顯著進展，驗證了CCUS技術是控制燃煤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證等問題，因此碳捕集技術的大規(guī)模實施還需靠政府、研究機構以及企業(yè)的共同努力。