浙江大学:第659期:第02版:第02版

中国方案破解燃“煤”之急

——记国家技术发明奖一等奖项目“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”


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■本报记者 吴雅兰
曾经,记忆里“天朗气清,惠风和畅”,现如今很多时候却是“雾失楼台,月迷津渡”,古典诗词中意境朦胧的场景,成了近年来全国很多城市空气状况的真实写照,而这大气污染背后的元凶之一正是燃煤排向天空的烟气。
  随着对空气污染关注的不断升温,昔日被称为“黑色黄金”的煤炭,似乎已经和“污染罪魁”画上了等号。一时间,煤炭成为众矢之的,老百姓谈“煤”色变。
  我国是世界上最大的煤炭消费国,每年消费煤炭占全球50%左右。尽管近年来新能源和天然气在能源消费中的比重不断加大,但短期内以煤为主的能源结构仍难以根本改变。
  怎么办?“关键是要有技术来扭转燃煤造成污染的现状”,浙江大学能源工程学院教授高翔说,“我们要通过燃煤机组超低排放技术,来推动能源行业的绿色发展,让大家重新认识煤电。”
  在国家和省部级科研项目的持续支持下,浙江大学和浙江省能源集团有限公司(以下简称“浙能集团”)等单位历经20余年的自主创新和联合攻关,实现了燃煤机组超低排放关键技术与成套装备的突破。
  在这项成果应用的嘉华电厂,我们惊喜地看到每小时发电量100万度电的燃煤发电机组,燃煤烟气在短短的几十秒内,就“跑完”了该项目组开发的超低排放系统,最终,监测到的污染物排放浓度远低于排放限值,在200多米高的烟囱上几乎看不到烟色,成功实现了煤炭在电厂的清洁利用。
  1月8日,在北京举行的2017年度国家科学技术奖励大会上,浙江大学能源工程学院高翔教授领衔、与浙能集团合作的“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”获国家技术发明奖一等奖,这是浙江大学首次以第一完成单位获得该奖项,也是浙江省的第一个国家技术发明奖一等奖。“科技工作者首先要爱国,要以国家的战略布局和社会需求为导向,始终保持为国家排忧解难的责任感和使命感。我们团队几十年来一直瞄准煤炭清洁高效利用这一国家重大需求,坚持产学研协同创新,努力把科研成果变成应用成果,转化为现实的生产力,来解决实际问题,造福社会和人民。”中国工程院院士岑可法说。
超低排放,让燃煤变得更清洁
煤炭是我国的基础能源,虽然它黑不溜秋的不好看,可是储量大,价格便宜。煤炭在世界发展史上也曾扮演着极其重要的角色。然而,燃煤造成的污染使民众对于煤炭也是爱恨交加。
  绿水青山就是金山银山。我们国家和世界其他国家一样,一直在探索着更清洁的能源利用方式和更高效的污染物治理技术。发展燃煤电厂超低排放技术对我国实现煤炭清洁利用、保障能源安全具有极其重要的意义,已成为国家战略需求。“超低排放”从2015年起连续三年写入国务院政府工作报告。国家发改委、能源局、环保部等多部门先后发文推进实施燃煤电厂超低排放工作。
  我国煤炭资源地域分布广,动力用煤煤质成分复杂,而且高灰煤、高硫煤等劣质煤用量大,煤的燃烧特性和污染物排放特性也非常复杂。而且,燃煤电厂负荷变化普遍较为频繁,对环保装置的运行可靠性
也提出了更高的要求。煤质和负荷适应性强的燃煤烟气多污染物超低排放技术是亟待突破的难题。
  那么,如何才能实现燃煤烟气多污染物超低排放呢?
  在浙江大学玉泉校区老和山下,坐落着占地总面积15000平方米的能源清洁利用国家重点实验室,这也是国家煤炭清洁发电领域2011协同创新中心和国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心等国家级平台的所在地。
  在这里,我们看到了一群身穿工作服的老师和研究生正忙碌着,看到了燃烧各种复杂煤质的炉子,看到了每小时1万标方烟气量的烟气污染物超低排放技术中试平台,还有各类大型精密仪器设备等。
  项目组经过长期理论和试验研究,克服了重重难关,研发了高效率、高可靠、高适应、低成本的多污染物高效协同脱除超低排放系统,实现了复杂煤质和复杂工况下燃煤机组多污染物的超低排放。
  如针对“雾霾元凶”——细颗粒物在烟气中脱除效率低的问题,采用温-湿系统调控强化了多场协同下细颗粒物和SO3的控制脱除,提升了颗粒的捕集效率;针对催化剂中毒失活、低温活性差等问题,通过多活性中心催化剂的研发,在多个活性位点的“团结协作”下,提高了催化剂的抗中毒、低温活性、协同氧化汞等性能,实现了复杂煤质及低负荷运行等恶劣工况下氮氧化物的高效脱除,也有效控制了汞的排放;针对废旧催化剂的处置问题,采用活性组分分次可控负载等方法,可使废催化剂活性恢复到新鲜催化剂的水平,实现了废旧催化剂的循环利用及功能化改性;针对系统优化运行问题,建立了多断面污染物浓度预测模型及优化方法,可实现超低排放系统的智能调控。
  该成果已在全国规模应用,有效削减了燃煤污染物,提升了燃煤污染治理技术和装备水平,推动了国家燃煤电厂超低排放战略实施,为中国清洁高效煤电体系的建设提供了关键技术支撑,同时也为全球解决燃煤污染问题提供了中国方案。
产学研用,推动科研成果落地
“在实验室,我们这套系统实现了超低排放。但要真正应用起来,还要针对性解决具体的工程细节问题。”高翔说,从基础研究到成果落地应用,这一步很关键。
  从企业来说,“第一个吃螃蟹”意味着承担风险,所以总是希望能够用上技术成熟、应用效果好的系统,尤其是在与国民经济发展和人民生活密切相关的燃煤发电领域。
  对此,团队有着清醒的认识。通过与浙能集团等产学研用合作,这项成果在小型燃煤锅炉上成功应用后,在浙江省政府的支持下,浙能集团自我加压,在嘉华电厂大型燃煤机组上进行了研究成果的工程示范。
  联合攻关小组一起从技术原理、工程设计、工程实施、工程调试和运行等多角度对超低排放技术方案进行了近半年的全方位论证,仅系统设计方案就讨论修改了十多遍,期间还开展了大量的验证性中试和工程试验;系统投运前,机组集控室中,几十双眼睛紧张地盯着大屏幕上的数据,对大量第一手在线数据、测试数据等进行分析讨论,完善各项工艺运行参数。最终,实现了嘉华电厂1000MW在役燃煤机组烟气多污染物超低排放,监测数据表明各项污染物排放浓度指标远低于排放限值,完全达到了系统设计的要求。
  嘉华电厂被国家能源局授予了“国家煤电节能减排示范电站”荣誉称号。“国家各有关部委、地方省市及一些大型电力集团公司都来技术研发单位和电厂调研考察,短短半年内,就有200多批次5000多人次来我厂交流。”嘉华电厂副总经理王建强说。
  团队的实干作风也受到了业界的普遍认可,寻求合作的企业纷至沓来,还有些企业本来不做环保装备的,也被吸引了过来,可以说团队“催生”了一批环保企业的诞生成长。“我们通过和浙江大学的合作,大大提高了公司的技术水平,树立了良好的口碑,成功在新三板挂牌上市。”浙江中泰环保股份有限公司总经理屠天云说。
  通过与企业的产学研用合作,成果在全国1000MW、600MW、300MW等不同等级的燃煤机组及中小热电机组上实现了规模应用,累计装机容量超过1亿千瓦;与此同时,团队推进了关键技术装备的标准化工作,牵头或参与制定国家和行业标准15项,推动了行业的科技进步及产业发展。
与“煤”为伍,攻坚克难乐在其中
“27年来,其实我就做了一件事。”1990年高翔在老师岑可法院士指导下进入煤炭清洁利用研究领域,并始终坚持在这一领域开拓,他说支撑自己的内心动力是希望为国家做事情的理想。
  团队坚持科研工作要针对国家重大需求,为国家排忧解难,这种精神是一个人面对困难能咬牙坚持的动力,也是一个队伍团结的纽带,在团队中,很多老师敢当配角,甘当配角,团队的凝聚力非常强。
  在团队成员心中,科研俨然成为了一种生活方式。为讨论一些关键问题,“经常从早上8点开会到晚上,中间订两顿盒饭,大家边吃边讨论,有时候开会开到半夜仍然意犹未尽,第二天早上还是正常上班。”郑成航副教授说。严师出高徒,这样一种不断讨论、不怕吃苦的学术氛围,带动了一群“钟情”煤炭清洁利用研究的年轻老师、博士研究生、硕士研究生。
  团队很多课题都是从实际中来,从现场来,从国家重大需求来,把实验室的研究成果应用到实际,解决各种难题。为了验证一个研究想法,团队常通宵达旦做实验;一次中试规模的实验,5000个小时不间断;一次检修,凌晨两点接到电话就火速赶到城郊的电厂。团队核心成员在企业、用户眼中已成为解决疑难杂症的“环保医生”。
  2013年春节前夕,广东五沙电厂进入了检修期,机组暂时不工作了,只有这短短20多天的停机时间给团队完成催化剂再生改性的工作。在停机前一个多星期,团队把研发的专有设备运到现场,事无巨细做好准备工作,一等停机马上开始相关工作,每天两班倒,一直干到正月十五。“这么紧的工期,他们能保质保量地完成,不仅保证了我们厂的生产计划,而且为我们节约了几百万元的费用,非常不容易。这个团队非常实干。”五沙热电设备部部长庞晓坤说。
  在电厂爬梯子是几乎每位团队成员都干过的事。无论是40多米高的设备测试平台,还是70多米高的烟囱测试平台,只要有监测需要,大家都会克服恐高心理爬上去。“有一年夏天,气温近40度,他们穿着工装,戴着安全帽,拿上三四米长的测试枪,背上几十斤重的设备爬上去,在上面一待就是好几个小时,下来后衣服干了都是盐渍。”嘉华电厂设备部主任钱晓峰对此仍记忆犹新。
  就在笔者采访的当天,团队还有两位核心成员,专程飞往重庆,为当地电厂解决燃用高硫煤超低排放的问题出谋划策。
  这样一支与“煤”为伍的研究队伍,在让燃煤变得更清洁的道路上,数十年如一日,始终充满激情与活力,攻坚克难,并乐在其中。在一次次的锤炼中,团队自身也得到了很好的发展,培养了包括长江学者、国家杰青、“万人计划”、浙江省特级专家等在内的一支高水平专业化队伍。
  十九大报告提出,要推进绿色发展,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。这也为团队指明了今后的研究发展方向。“能源环保业有做不完的事,我们要始终跟着中国发展的列车奔跑,不断为国家解决问题。”高翔说,目前团队已把成果拓展应用在工业锅炉等其他领域,他们的目标是实现多污染源多污染物的超低排放,继续为建设“绿色中国”、“美丽中国”而不懈奋斗。

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