化石能源高效清洁转换及利用技术
1、背景介绍
能源是人类生存和发展的保障，是人类文明进步的基础和动力，关乎国计民生、工业生产和国家安全。作为全球最大的能源消费国，如何有效保障国家能源安全、有力保障国家经济社会发展，始终是我国能源发展的首要问题。
作为全球最大的能源消费国，我国严重依赖化石能源，化石能源长期在能源系统中占主体地位。2020年我国全年能源消费总量为49.8亿吨标准煤，其中化石能源消费占比仍近85%(煤炭、石油和天然气消费量分别占能源消费总量的56.8%、18.9% 和8.4%)。
自2005年以来，我国都是与能源相关二氧化碳(CO2)的最大排放国。在“双碳”目标要求下，能源中长期发展中的CO2减排任务更加明确，我国需要全面推进大规模开发利用清洁能源，建设多元清洁能源供应体系。化石能源仍作为主体能源，需要总量控制、有序替代；实现化石能源高效、清洁、低碳利用，是推动能源革命和转型，构建清洁低碳、安全高效能源体系的重中之重。
2、相关技术介绍
1）“水火相容”的煤超临界水气化制氢技术
以煤为主的能源资源禀赋，决定了未来相当长一段时间我国经济社会发展仍将离不开煤炭。在碳达峰碳中和过程中，仍需要煤炭发挥基础能源作用，为经济社会发展提供能源兜底保障。氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，是助力实现碳达峰、碳中和目标，构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要载体。
煤制氢技术路线成熟高效，可大规模稳定制备，是当前成本最低的制氢方式。据IEA分析，煤的可用性和成本对煤制氢项目的可行性起着重要的决定作用。根据中国氢能联盟测算，以技术成熟成本较低煤气化技术为例，每小时产能为54万方合成气的装置，在原料煤（6000大卡，含碳量80%以上）价格600元/吨的情况下，制取氢气成本约为8.85元/公斤。由于国内缺乏廉价的天然气源，煤制氢工艺很可能至少在双碳目标中期是我国制氢工艺中最便宜的选择。
超临界水气化(Supercritical Water Gasification, SCWG) 是20世纪70年代中期由美国麻省理工学院 (MIT) 的Modell提出的新型制氢技术。在煤的超临界水气化制氢过程中，同时发生热解、水解、蒸汽重整和水气变化反应，可以将水中的氢转化为氢气，大大提高氢气化率。本技术融合煤超临界水气化制氢技术、超临界水热燃烧技术和规模化微藻固碳技术，以解决传统超临界水气化制氢的瓶颈问题，提高煤气化制氢产率。
2）天然气无焰燃烧型模块式免检蒸汽发生技术
随着我国节能减排政策的不断推进，我国工业锅炉作为工业企业生产过程中常用的热工设备，对其进行不断完善，提升其能量利用效率、降低其污染物排放。目前我国很多地方对于工业锅炉的热效率指标和排放指标均提出了明确的指标要求，特别是很多地区提出了NOx排放不高于30mg/m3的超低排放指标，更是对我国工业锅炉的生产制造企业提出了更高的要求。
天然气无焰燃烧型模块式免检蒸汽发生技术采用模块化的思想，将多个高效蒸汽发生器进行并联，从而实现不同负荷条件下蒸汽的输出。采用无焰燃烧技术，可控制NOx排放小于20mg/m3，实现超低NOx排放。该系统采用全预混微火焰催化燃烧装置；紧凑式整体式高效翅片管换热器；低温烟气冷凝式换热器；全自动模块控制系统；自动调节式烟气再循环系统；锅炉水质动态监测及控制系统；多级高效汽水分离系统；锅炉总体运行安全及经济性监控系统等多个系统，通过有机集成组合而成，可以实现精确的燃烧控制、超低的氮氧化物排放、快速的启动停机及负荷切换、高效的能量利用率、高品质的蒸汽输出，整个系统安全平稳可靠。
