PDF《洁净煤技术科技发展“十二五”专项规划》

附件: 洁净煤技术科技发展 十二五 专项规划

一、形势――需求与发展

(一)洁净煤技术是我国能源可持续发展的重要领域 近年来,随着经济、社会的快速发展,能源需求总量和优质 能源需求数量都进入高速增长期.

受化石能资源结构以煤为主 (约占 96%)的制约,煤炭占我国一次能源生产总量 75%,占 消费总量 70%.预测表明,未来几十年,煤炭在能源生产和消 费结构中的主导作用不会改变, 同时煤炭生产和利用中引发的环 境、碳排放等问题也会日益突出. 长期以来, 我国一直将发展洁净煤技术作为先进能源领域的 重要技术方向, 特别自 十五 开始, 通过 国家自然科学基金 、 国家重点基础研究发展计划(973 计划) 、 国家高技术研究 发展计划(863 计划) 、 国家科技支撑计划 等国家科技发展 计划的持续部署,开发出一批具有世界领先/先进水平的洁净煤 技术,并在我国能源建设中发挥了重要作用. 在 《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规 划的建议》中,提出要 培育发展战略性新兴产业 ,要 推动 能源生产和利用方式变革,构建安全、稳定、经济、清洁的现代 能源产业体系.加快新能源开发,推进传统能源清洁高效利用 , 要 积极应对全球气候变化.把大幅降低能源消耗强度和二氧化 碳排放强度作为约束性指标,有效控制温室气体排放 ,给发展 洁净煤技术赋予新的目标和要求. 洁净煤技术已经成为我国能源可持续发展的重要领域.

(二)重点洁净煤技术发展概况 1. 先进燃煤发电技术 ①在 超超临界发电 方面,国内具备了制造 1000MW、 25MPa、600℃等级发电机组的基础和能力,预测到

2020 年,新 建机组市场容量达 500GW.但是,在高参数大容量机组的设计 及制造、系统优化、高温部件材料等方面与发达国家仍有较大差 距,建设超 600℃大容量等级超临界发电机组系统集成示范、研 发超 700℃关键材料和技术是今后几年的重要任务. ②在 大型循环流化床 方面, 十一五 科技支撑计划项 目 600MWe 超临界循环流化床 已完成设计、制造技术研究, 有待于通过工业示范集成单项成果, 完成工业装备技术和运行考 核;

另外针对燃用劣质燃料、大型超临界 CFB 锅炉系列、节能 型CFB 锅炉也在开展大量新技术研发. ③在IGCC 技术方面, 十一五

863 计划重大项目 以煤 气化为基础的多联产示范工程 所依托的华能天津 250MW 级整 体煤气联合循环(IGCC)示范工程正在建设,将逐步进入试运 行阶段.目前,该项目主要研发内容基本完成. 2. 煤基清洁燃料技术 煤基清洁燃料技术指煤制清洁气体燃料、 煤制油和化工品技 术. 十五 以来,国家

973、

863、科技支撑等计划专门立题支 持了多项技术内容的开发,在煤制天然气、浆态床费托合成、煤 加氢液化、煤制烯烃等方面进行了工业示范,目前国内已投入示 范运行的煤制油总规模达到

188 万吨油当量/年、煤制烯烃

115 万吨/年、煤制乙二醇

20 万吨/年;

煤制烯烃、浆态床费托合成、 煤加氢液化等工业技术达到国际领先或先进水平. 十一五 期间,863 计划在 以煤气化为基础的多联产示 范工程 项目中支持了

16 万吨合成油-燃气发电联产 课题, 另外在 高灰熔点煤加压气化技术开发与工业示范 项目中支持 了两个气化技术开发. 目前煤气化技术在某些核心技术及装备制 造方面仍与发达国家有一定差距, 尚有大量基础理论和科学问题 有待深入研究,自主开发和优化提高的潜力很大. 3. 燃气轮机技术 十一五

863 计划重点项目中 100KW 级微型燃气轮机 及其供能系统 课题已完成总体方案设计,开始核心部件的设计 与制造,已完成微型燃机整机、燃烧室和永磁电机等工程设计. 十一五

863 计划 重型燃气轮机关键技术及系统 重大 项目于

2008 年9月批复启动,项目设置了 以R0110 为载体的 中低热值燃料燃气轮机设计研制及在 IGCC电站中的工程应用示 范 和 F 级中低热值燃料燃气轮机关键技术与整机设计研究 两个课题,目前正在实施中,预计

2013 年底完成. 4. 燃煤污染物控制和治理技术 以煤为主的能源结构和能源消费总量持续增长, 使我国污染 控制和环境保护依然面临巨大压力.到2020 年,如不采取有效 措施,即使按照污染物产生量最少的情景预计,二氧化硫、氮氧 化物年排放量将分别达到

4000 万吨和

3500 万吨. 燃煤污染作为 能源环境问题,将对经济和社会发展产生重大影响和制约. 十一五 期间,污染物控制技术主要以 专题 立题给予 支持,难以形成大规模开发和工程应用示范.目前急需开发结合 过程控制与末端治理、 可以实现污染物资源化利用和多种污染物 联合脱除的先进技术. 5. 高效燃煤与工业节能 我国燃煤工业锅炉、窑炉用煤超过煤炭消费总量的 20%, 十一五 期间科技支撑计划列题支持了 高效燃煤工业锅炉系 统技术 ,专题项目支持了余能余热利用、过程优化节能等工业 节能技术,均取得了显著的技术进步和产业成果.目前,亟待开 发解决的重点节能技术有:特殊技术条件下的冶金节能,工业低 温余热回收,大容量高效燃煤工业锅炉成套技术及装备,石油、 化工、建材等工业过程节能等.初步估算,该类技术的节能潜力 超过 1.5 亿吨标准煤, 约占到目前全国一次能源消费总量的 5%, 推动新型节能产业发展有重大意义. 6. 二氧化碳分离、储存及利用 近年来,我国石油开采、煤电、煤制油化工等行业,在燃煤 烟气 CO2 捕集和提纯利用、富氧燃烧、煤化工高纯 CO2 地质封 存、驱油(EOR)和增采煤层气(ECBM)等方面开展了研究和 工业示范,取得了一批成果. 十二五 期间,将加大在二氧化碳捕捉与封存(CCS)方 面的研究和技术开发,进一步开展理论研究与技术攻关,实现自 主知识产权核心关键技术突破以及相关标准的制定, 逐步缩小与 国外差距和实现技术引领.

二、指导思想与目标

(一)指导思想 贯彻科学发展观思想, 以 《国家中长期科学和技术发展规划 纲要(2006-2020 年) 》为基本指导,贯彻落实《中共中央关于 制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》精神,以加 快新能源建设和推进传统能源清洁高效利用为重点, 积极推动建 设战略性新兴产业,实现洁净煤技术跨越进步,促进经济社会可 持续发展.

(二)基本原则 1. 国家需求、服务产业 结合国家需求和推动实施重大能源开发项目, 服务于国内经 济发展和建设大局,以全社会视野凝练战略目标,注重科技创新 对推动建设国家战略性新兴产业的作用,以基础研究、关键技术 开发、系统集成创新为目标,致力洁净煤技术科技创新,全面进 行规划部署. 2. 世界一流、国际领先 自主创新,提升煤炭提质与资源综合利用、高效燃煤发电、 先进煤基洁净燃料、污染物控制及资源化利用、工业节能、重大 装备研制等技术和能力,建立世界一流研发平台,培养世界一流 科研队伍,发展世界一流技术,获得世界一流成果. 3. 承先启后、统筹发展 认真总结 十五 、 十一五 取得的成果和存在问题,关注 十二五 及中长期发展需求,统筹国内科技资源,融合跨领域 优势能力, 发挥产学研结合和产业联合创新机制和大型企业的优 势,正确引领技术和产业发展方向. 4. 强化管理、培养能力 结合体制、机制改革,注重 专项规划 实施的可行性和操 作性,加强立项、实施和验收的组织管理部署,广泛吸收社会资 源, 培养和建立一支专兼配合、 高水平、 高效率的科技管理队伍.

(三)规划框架 根据近年来重点发展方向,结合立项和运行管理机制改革, 以依托示范工程为牵头、关键核心技术开发为基础、技术凝练和 集成创新为重点,对重点技术方向进行梳理. 框架关系见下图.

(四)规划目标 在煤炭提质与资源综合利用、 高效洁净燃煤发电、 煤基洁净 燃料、高效燃煤与工业节能、队伍建设和平台建设等方面,突破 重点基础和核心关键,开发出一批具有国际领先水平的新工艺、 新技术,实现重大系统技术集成,为煤电、煤转化等重点示范工 程和建设洁净煤技术战略性新兴产业提供技术支持, 达到世界先 进、领先水平.

三、重点方向

(一)高效洁净燃煤发电 我国 50%的煤炭用于发电,煤电占发电总量的 80%以上, 燃煤发电技术进步始终是先进能源技术的重点. 目前和今后若干 年,国内煤电装机增量仍将处于较高发展速度,技术发展趋势是 大型、高参数、洁净 .在此背景下,煤电重要发展方向有以 洁净煤技术 燃煤与工业节能 煤基清洁燃料 高效燃煤发电 CCS 煤转化多联产 污染控制 燃气轮机 煤提质与综合利用 洁净煤技术专项规划技术方向框架图 下5个方面: 1. 大型超超临界发电成套技术和高参数超超临界关键技 术. 2. 高参数、新型循环流化床燃煤锅炉. 3. 大规模整体煤气化联合循环发电关键单元技术及装备, 燃气轮机及其集成示范. 4. 燃煤污染治理,二氧化碳分离、埋藏及利用技术.

(二)先进煤转化 提高煤质是洁净煤技术的源头,2010 年我国煤炭消耗

33 亿吨,高效利用问题比较突出. 十一五 期间在专题中对提升低 品质煤质量、提高稀缺煤种利用效率、发展资源综合利用等技术 进行了部署,但总体上项目分散、力度偏小.目前,国内有众多 企业开发这一方面的技术,但是由于褐煤粉尘分离、煤焦油回收 加工、污水净化等关键技术没有得到突破,成为共性技术障碍;

十二五 期间拟加大对该类技术的支持,提升褐煤分级提质转 化、褐煤气化等重点技术水平. 先进煤转化技术包括煤制天然气、煤制液体燃料和化工品、 先进煤气化等成套工艺和技术.经过近十年来的快速发展,我国 已成为先进煤转化技术开发和产业发展的大国.粗略统计, 十 一五 期间,全国共计投入约

800 亿元进行该类技术工业示范. 目前,该类技术方向尚有较多关键技术需要科技支持,大规模工 业化核心技术和装备的国产化问题有待进一步解决. 重点研究以下技术: 1. 低阶煤综合加工提质技术. 2. 催化气化等新型煤气化技术. 3. 结合实施煤制气体、液体燃料和化工品百万吨级工业示 范,开发研究大型合成反应器、高效低成本催化剂、专用设备、 油品加工催化剂和新工艺、新型催化合成、副产品综合利用等关 键技术. 4. 先进煤转化发电大规模技术集成示范.

(三)先进节能技术 十五 、 十一五 期间,先进能源技术领域持续部署了能 源转化、利用和工业过程的重点节能技术研发,其中工业窑炉余 能余热回收利用、工业锅炉高效燃煤等取得了一系列成果. 十 二五 期间,将围绕以下几个重点方向开展部署和研发. 1. 工业窑炉余热余能高效回收利用新技术. 2. 高效率、大容量工业锅炉岛成套技术、装备及应用示范. 3. 冶金行业重点节能技术研发示范. 4. 石油、化工、建材等工业过程节能、余能余热利用. 5. 建筑综合节能技术.

(四)污染物控制和资源化利用技术 十二五 期间,主要针对燃煤 NOx 控制、超细颗粒物和 重金属控制、 污染物一体化脱除和资源化利用等技术开展项目部 署和研发.

四、重点任务 重点任务划分为重点基础研究、 关键核心技术研发、 重大技 术集成及工业示范等三类,每一类根据技术方向分为 煤提质及 资源综合利用 、 高效洁净燃煤发电 、 煤基清洁燃料 、 高效 燃煤及工业节能 等部分, 污染物控制 、 二氧化碳分离/存储 /利用 、 重大能源装备 等结合其应用划分至上述几个方向. 十二五 期间,在高参数发电锅炉材料、煤基天然气及高 密度航油、狭窄空间高效低氮煤粉燃烧、冶金电炉非稳态废热回 收等方面开发出 10-15 项关键、核心技术,形成约

100 项发明专 利,形成一批达到国际领先或先进水平的技术及装备,整体达到 洁净煤技术研发和产业应用国际领先水平.

(一)重点基础研究 1. 煤提质及转化基础研究 针对褐煤、 低变质烟煤分级转化、 综合利用开展煤质与转化 基础研究,如热冲击下褐煤粉化机理研究,毛细水分蒸发条件研 究等;

多煤种复杂煤质热解、气化、加氢、燃烧转化基础研究;

地下水对地下气化影响的基础研究;

新型高效催化反应基础研究 等. 2. 高效洁净燃煤发电基础研究 开展燃煤高参数超 700℃超超临界发电整体热力系统优化、 材料体系、 燃烧、 传热和污染特性等基础研究;

以近零排放 IGCC 为目标的富氢燃烧和富氢燃机的材料和制造技术基础研究;

节能 型、超低排放循环流化床新型流场模拟研究;

燃煤火电机组超细 颗粒物过程控制技术基础研究;

煤基活性吸附剂制备及再生关键 技术基础. 3. 燃气轮机材料及制造技术基础研究 高温材料、复杂制造技术、测试平台、运行管理等技术基础 研究.

(二)关键核心技术研发 1. 煤提质及资源综合利用 褐煤、低变质烟煤高效转化、综合利用新工艺,新技术研发 及工业示范,开发百万吨级工业装置工艺包;

煤中矿物质先进综 合利用技术;

煤矿大型节能及污染物控制技术. 2. 高效洁净燃煤发电 (1)开展超 700℃超超临界发电机组的锅炉、汽机、辅机 以及高温材料等关键技术研究,为 十三五 期间实现工程示范 打下基础,主要技术指标:蒸汽温度>

700℃,压力>

30MPa,机 组容量 600MW;

锅炉效率>

94%;

汽轮机热耗........