燃煤機組超低排放技術系統中試平臺
浙江24小時-錢江晚報首席記者 王湛 通訊員 吳雅蘭 張靜
浙大玉泉校區西北角，熱能工程研究所的屋後，一座「灰頭土臉」的鍋爐房與秀美的校園風光有些格格不入。
這是老和山下，佔地面積15000平方米的能源清潔利用國家重點實驗室的一部分。
「我國重點區域能源消費強度高、汙染物排放強度大，要使空氣品質改善，就必須研發及應用更高效的燃煤汙染物脫除技術，實現燃煤煙氣多汙染物超低排放。」作為能源清潔利用國家重點實驗室的教授，上世紀90年代初期，高翔在他的老師、中國工程院院士岑可法的帶領下，一頭扎進了實驗室。
在這個能源清潔利用國家重點實驗室內，產生了浙江省第一個國家技術發明獎一等獎。由浙江大學能源工程學院高翔教授領銜、與浙能集團合作、獲2017年度國家技術發明獎一等獎的「燃煤機組超低排放關鍵技術研發及應用」項目在這裡開展。
20年都在求解「燃煤之急」
項目組部分成員在工程現場工作
這座四層高的實驗樓，更像舊廠房。燃燒各種複雜煤質的爐子高高低低分布著。墨綠色的鋼架蒙上了煤的黑漬，空氣中彌散著淡淡的煤味。如果遇上做實驗，這個「舊廠房」燈火通明，裡面的師生也以三班倒的作息，盯著鍋爐實驗。
在20多年的時間裡，高翔團隊來得最多的，就是這座建有每小時1萬標方煙氣量的煙氣汙染物超低排放技術中試平臺的實驗樓。
項目組經過長期理論和試驗研究，克服了重重難關，研發了高效率、高可靠、高適應、低成本的多汙染物高效協同脫除超低排放系統，實現了複雜煤質和複雜工況下燃煤機組多汙染物的超低排放，讓燃煤變得更加清潔。
「我們做超低排放這個事情，就是要努力把它做到極致，讓燃煤更乾淨、更清潔。」這是高翔教授見到錢報記者後說的第一句話。
當時，引進國外的燃煤汙染物治理技術購買一個軟體包就要花費上百萬美元，而且國外技術對於我國複雜多變的煤質等問題適應性差，難以長期穩定可靠地達到超低排放要求。「即使這樣，當時有外國公司一年就能在中國收近億元的專利使用費，就是因為早期我們沒有技術儲備。所以我們與浙江大學強強聯合，一直致力於適應複雜煤質和複雜工況的燃煤煙氣多汙染物高效協同脫除技術研發及工程化應用。」回憶起當時的情形，項目完成人、浙能集團副總經理、教授級高工朱松強仍然深有感觸。
為全球解決燃煤汙染問題提供中國方案
隨著對空氣汙染關注的不斷升溫，昔日被稱為「黑色黃金」的煤炭，似乎已經和「汙染罪魁」畫上了等號。一時間，煤炭成為眾矢之的，老百姓談「煤」色變。
我國是世界上最大的煤炭消費國，每年消費煤炭佔全球50%左右。儘管近年來新能源和天然氣在能源消費中的比重不斷加大，但短期內以煤為主的能源結構仍難以根本改變，煤炭仍然是當前我國經濟和社會發展最重要的能源支撐。中國已開始對燃煤小鍋爐實施「煤改氣」工程，為環境空氣品質的改善做出了重要貢獻。但由於我國天然氣資源短缺，加之天然氣發電成本遠高於煤炭發電，難以在我國燃煤電廠大規模實施「煤改氣」。
「關鍵是要有技術來扭轉燃煤造成汙染的現狀」,高翔說,「我們要通過燃煤機組超低排放技術,來推動能源行業的綠色發展,讓大家重新認識煤電。」
在國家傑出青年科學基金、國家「863」計劃、國家科技支撐計劃、環保公益科研專項、浙江省重大科技專項和杭州市科技計劃等各級科研項目的持續支持下，浙江大學和浙江省能源集團有限公司（以下簡稱「浙能集團」）等單位歷經20餘年的自主創新和聯合攻關，實現了燃煤機組超低排放關鍵技術與成套裝備的突破。
如針對「霧霾元兇」——細顆粒物在煙氣中脫除效率低的問題，採用溫-溼系統調控強化了多場協同下細顆粒物和SO3的控制脫除，提升了顆粒的捕集效率；針對催化劑中毒失活、低溫活性差等問題，通過多活性中心催化劑的配方研發，在多個活性位點的「團結協作」下，提高了催化劑的抗中毒、低溫活性、協同氧化汞等性能，實現了複雜煤質及低負荷運行等惡劣工況下氮氧化物的高效脫除，也有效控制了汞的排放；針對廢舊催化劑的處置問題，採用活性組分分次可控負載等方法，可使廢催化劑活性恢復到新鮮催化劑的水平，實現了廢舊催化劑的循環利用及功能化改性；針對系統優化運行問題，建立了多斷面汙染物濃度預測模型及優化方法，可實現超低排放系統的智能調控。
該成果已在全國規模應用，有效削減了燃煤汙染物，提升了燃煤汙染治理技術和裝備水平，推動了國家燃煤電廠超低排放戰略實施，為中國清潔高效煤電體系的建設提供了關鍵技術支撐，同時也為全球解決燃煤汙染問題提供了中國方案。
在200多米高的煙囪上幾乎看不到煙色
「在實驗室，我們這套系統實現了超低排放。但要真正應用起來，還要針對性解決具體的工程細節問題。」高翔說，從基礎研究到成果落地應用，這一步很關鍵。
從企業來說，「第一個吃螃蟹」意味著承擔風險，如果試驗失敗了就會造成無法挽回的損失，所以總是希望能夠用上技術成熟、應用效果好的系統，尤其是在與國民經濟發展和人民生活密切相關的燃煤發電領域。
對此，團隊有著清醒的認識。通過與浙能集團等產學研用合作，這項成果在小型燃煤鍋爐上成功應用後，在浙江省政府的支持下，浙能集團自我加壓，在嘉華電廠大型燃煤機組上進行了研究成果的工程示範。
最終，實現了嘉華電廠1000MW在役燃煤機組煙氣多汙染物超低排放，監測數據表明各項汙染物排放濃度指標遠低於排放限值，完全達到了系統設計的要求。
在這項成果應用的嘉華電廠，我們驚喜地看到每小時發電量100萬度電的燃煤發電機組，燃煤煙氣在短短的幾十秒內，就「跑完」了該項目組開發的超低排放系統，最終，監測到的汙染物排放濃度遠低於排放限值，在200多米高的煙囪上幾乎看不到煙色，成功實現了煤炭在電廠的清潔利用。
嘉華電廠被國家能源局授予了「國家煤電節能減排示範電站」榮譽稱號。「國家各有關部委、地方省市及一些大型電力集團公司都來技術研發單位和電廠調研考察，短短半年內，就有200多批次5000多人次來我廠交流。」嘉華電廠副總經理王建強說。
通過與企業的產學研用合作，成果在全國1000MW、600MW、300MW等不同等級的燃煤機組及中小熱電機組上實現了規模應用，累計裝機容量超過1億千瓦；與此同時，團隊推進了關鍵技術裝備的標準化工作，牽頭或參與制定國家和行業標準15項，推動了行業的科技進步及產業發展。
嘉華電廠1000MW燃煤機組超低排放技術示範工程
團隊成為解決疑難雜症的「環保醫生」
「1958年，我去前蘇聯留學時，是自己選擇煤燃燒這個方向的，當時中國主要靠燃煤發電，假如大家都不搞這個方向，中國是發展不起來的。我導師很驚奇，說只有你一個人選了這個專業。當時浙大這個學科剛剛新建，我想好好做這件事情。」岑可法說。
「科技工作者首先要愛國，我們團隊幾十年來一直瞄準煤炭清潔高效利用這一國家重大需求，堅持產學研協同創新，努力把科研成果變成應用成果，轉化為現實的生產力，來解決實際問題。」岑可法說。「這種精神是一個人面對困難能咬牙堅持的動力也是一個隊伍團結的紐帶，在團隊中，很多老師敢當配角，甘當配角，團隊的凝聚力非常強。」
團隊很多課題都是從實際中來，從現場來，從國家重大需求來，把實驗室的研究成果應用到實際，解決複雜煤質、複雜工況條件下超低排放過程中遇到的各種難題。為了驗證一個研究想法，團隊常通宵達旦做實驗；一次中試規模的實驗，5000個小時不間斷；一次檢修，凌晨兩點接到電話就火速趕到城郊的電廠。團隊核心成員在企業、用戶眼中已成為解決疑難雜症的「環保醫生」。