中國石油大學(xué)教授田原宇對記者表示：“煤炭并不一定是‘骯臟的能源’。能源‘潔凈’與否，必須與利用技術(shù)聯(lián)系在一起。”田原宇認(rèn)為，煤炭氣化后燃?xì)馊紵軌蛴行Ы档瓦^剩空氣系數(shù)從而提高其使用效率，借助燃?xì)獾统杀緝艋蠓冉档蜔煔獾奈廴九欧胖笖?shù)，降低企業(yè)用能成本，從而提高煤炭使用的清潔性、經(jīng)濟(jì)性和便利性。
經(jīng)過多重設(shè)計和改進(jìn)，田原宇帶領(lǐng)低碳能源團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了適于利用中高揮發(fā)分煙煤和褐煤等中低級煤的分級熱解氣化技術(shù)(CPG)。日前，山東金沂蒙集團(tuán)公司為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)用能、化工原料和發(fā)電的清潔高效環(huán)保，響應(yīng)山東省新舊動能轉(zhuǎn)化的號召，正與低碳能源團(tuán)隊(duì)合作建設(shè)500噸/天CPG氣化技術(shù)的工業(yè)示范，以期為我國煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用樹立行業(yè)標(biāo)桿。
清潔高效，煤炭燃?xì)饣芯康耐袋c(diǎn)
“燃?xì)馄焚|(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)有兩個。”田原宇介紹：一是燃?xì)鉄嶂狄獫M足現(xiàn)有用戶需求且穩(wěn)定，以提高后續(xù)利用系統(tǒng)的效率;二是燃?xì)庵谢静缓褂停詼p少后處理系統(tǒng)的復(fù)雜性。
而現(xiàn)有燃?xì)庑蜌饣夹g(shù)，例如移動床氣化(BGL)、輸送床氣化(TRIG)等，均存在碳轉(zhuǎn)化率不足，生成較大量的焦油以及含酚廢水排放等問題，成為制約固體煤炭燃?xì)饣夹g(shù)推廣應(yīng)用的瓶頸。
因此，如何將目前我國占煤炭資源80%以上的中高揮發(fā)分煙煤和褐煤，通過適當(dāng)?shù)臍饣绞剑a(chǎn)滿足今后相當(dāng)長時間窯爐和燃?xì)廨啓C(jī)水平火焰溫度要求的燃?xì)猓瑢?shí)現(xiàn)中低階煤炭資源的清潔高效燃燒利用，提高煤炭作為燃料在化石能源中的競爭力，成為目前我國煤炭清潔高效利用研究和開發(fā)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，也成為田原宇及其團(tuán)隊(duì)成員們惦念的研究目標(biāo)。
穩(wěn)扎穩(wěn)打，團(tuán)隊(duì)逐步突破技術(shù)瓶頸
煤氣化制取燃?xì)獾某杀緝H為同熱值天然氣價格的不到1/3，燃燒效率和煙氣清潔度高于天然氣，能夠大幅度降低工礦企業(yè)清潔用能成本，有效提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，低成本解決“煤改氣”的難題，確保打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”。為此，田原宇為帶頭人的低碳能源團(tuán)隊(duì)，從2000年起，在中國工程院院士謝克昌的指導(dǎo)下，按照化學(xué)相似性，通過創(chuàng)建具有普適性的煤可溶化和化學(xué)族組分分離體系，利用化學(xué)族組分深入探究煤的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性，解析煤熱轉(zhuǎn)化的基本熱解反應(yīng)，提出熱解初始反應(yīng)機(jī)理和路徑，構(gòu)建了煤化學(xué)分子水平研究理論體系，為煤高效清潔轉(zhuǎn)化利用打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。
在該研究理論的指導(dǎo)下，2001年，團(tuán)隊(duì)設(shè)計了提升管循環(huán)流化床煤轉(zhuǎn)化裝置，通過湍流床和提升管結(jié)構(gòu)耦合，強(qiáng)化了熱解焦的氣化或燃燒過程，解決了提升管有效反應(yīng)區(qū)小的難題。2006年，自混合下行循環(huán)流化床快速熱解裝置實(shí)現(xiàn)了3000噸/年煤、生物質(zhì)、油砂、油頁巖快速熱解液化或提煉工業(yè)中試。2007年和2009年，分別建成投產(chǎn)兩套2萬噸/年生物質(zhì)自混合下行循環(huán)流化床快速熱解液化工業(yè)示范裝置。2012年，又建成投產(chǎn)了國際上最大規(guī)模的20萬噸/年生物質(zhì)自混合下行循環(huán)流化床快速熱解液化工業(yè)化裝置，完成了3000噸/年復(fù)合流化氣化爐利用低階煤、生物質(zhì)、生活垃圾分級熱解氣化制燃?xì)獾墓I(yè)中試，表明該技術(shù)為工業(yè)燃?xì)狻⒄w煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(IGCC)和煤制天然氣技術(shù)提供了有效利用中低階煤(中高揮發(fā)分煙煤和褐煤)的理想方案。
國際領(lǐng)先，新技術(shù)優(yōu)勢明顯
目前國際主要的粉煤燃?xì)庑图夹g(shù)包括輸運(yùn)床氣化技術(shù)(TRIG)，以及魯奇移動床氣化技術(shù)(Lurgi)。前者由美國KBR和南方電力公司共同開發(fā)，代表了燃?xì)庑蜌饣瘒H先進(jìn)水平。后者在國內(nèi)外的大規(guī)模工業(yè)化中應(yīng)用最為廣泛。
田原宇對記者說：“在燃?xì)鉄嶂捣矫妫覀儽让绹谌鶬GCC所用的TRIG氣化技術(shù)要高，日本笏來電廠所用的普通循環(huán)流化床氣化比我們要落后。”燃?xì)庑虲PG氣化技術(shù)為干粉碎煤進(jìn)料、干渣排放、粗合成氣廢鍋流程的多種流態(tài)化結(jié)構(gòu)耦合分級熱解氣化技術(shù)，田原宇稱，其生產(chǎn)過程中“基本沒有煤焦油產(chǎn)生，灰渣分離，殘留在灰中的炭可以回收利用，進(jìn)而提高碳的利用率;只有渣干法外排，不產(chǎn)生含鹽廢水和含酚廢水”。
據(jù)田原宇介紹，該技術(shù)適合處理高水分、高灰分、中高揮發(fā)分的中低階煤，而現(xiàn)有的大部分氣化技術(shù)難以對低階煤進(jìn)行有效處理和高效轉(zhuǎn)化，具有原料優(yōu)勢。同時，使用專有的干粉泵輸送系統(tǒng)進(jìn)料來代替通常需要頻繁維護(hù)的水煤漿噴嘴或燒嘴以及干渣換熱外排，無須設(shè)置備爐。該技術(shù)單位截面積處理能力比普通流化床氣化提高1倍以上，最高單爐處理量可達(dá)5000噸/天。對于IGCC發(fā)電項(xiàng)目，可以帶來很大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。此外，還可根據(jù)下游生產(chǎn)要求選擇空氣氣化或氧氣氣化模式，利用氣化余熱裂解粉煤和焦油則降低了氧煤比，生產(chǎn)的有效組分富含甲烷、不含焦油，適宜于煤制天然氣生產(chǎn)。
田原宇及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)的復(fù)合流化氣化爐分級熱解氣化技術(shù)(CPG)，憑借其高碳轉(zhuǎn)化率、高燃?xì)鉄嶂怠⒌臀廴九欧拧⒌湍芎睦玫膬?yōu)勢特點(diǎn)，打破了工業(yè)燃?xì)狻GCC和煤制天然氣技術(shù)方面對于中低階煤利用的瓶頸，能夠生產(chǎn)出基本滿足各種工業(yè)窯爐和今后五十年內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)水平對火焰溫度要求的燃?xì)猓瑢?shí)現(xiàn)中低階煤炭資源的清潔高效利用，提高煤炭燃料在國家能源結(jié)構(gòu)改革發(fā)展中的競爭力，對我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)境污染的改善具有重要意義。
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