中国探路富氧燃烧碳捕获技术

“与国外由企业主导有所不同，中国的CCS技术（即碳捕获与隔离）研究与试验，肩负着更多的国家使命。”柳朝晖近日在接受本报记者采访时坦言，空前的国际压力迫使我们必须与时间赛跑 。

风中捕碳，或许将再也不是环保爱好者们一厢情愿的幻想了，柳朝晖的团队正在帮助他们实现这一点。

柳朝晖是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室副主任，也是我国最大碳捕获基地的技术掌门人，目前正在负责3MW富氧燃烧中试示范系统（下称“3MW富氧燃烧装置”）的新一轮调试。

所谓碳捕获与隔离（CCS），是在二氧化碳产生之后对其进行处置，而不是一开始就设法减少二氧化碳的产生。该技术被认为是未来实现化石能源（特别是煤炭）利用中大规模减排二氧化碳的终极技术。

CCS的中国使命

3MW富氧燃烧装置安置在武汉未来科技城中美清洁能源联合研究中心内，高耸的中试装置伫立在国家重点实验室或国家工程中心等高端研发机构研发中心大片施工工地的中央，格外显眼。

一辆运煤车停在中心门前，柳朝晖跳下车后，跟两名工人谈价。一番讨价还价之后，最终卸下这车煤，柳朝晖要付给他们600块钱。

在凛冽的寒风中，柳朝晖与另外两名工作人员一铲一铲地向富氧燃烧装置里添加煤炭燃料。之后再到二楼控制室通过电脑终端观测装置运行情况，并根据监控数据的变化调试每一个耦合接口，测试二氧化碳浓度……这样的调试工作，柳朝晖每个月都要进行一到两次，每调试一次，各项指标就离设计值更接近一些。

本月底，3MW富氧燃烧装置将迎接国家验收。这将是我国第一套10万吨/年二氧化碳捕捉的富氧燃烧锅炉系统，亦是我国自主研发富氧燃烧关键技术、装备以及大型化的基地。

“别小看它。”柳朝晖指着3MW富氧燃烧装置这一庞然大物，略带兴奋地告诉《第一财经日报》记者，这可是世界上仅有的三套富氧燃烧系统全流程验证试验装置中的其中一套，另外两套分别位于德国和澳大利亚。

“与国外由企业主导有所不同，中国的CCS技术（即碳捕获与隔离）研究与试验，肩负着更多的国家使命。”柳朝晖近日在接受本报记者采访时坦言，空前的国际压力迫使我们必须与时间赛跑。

我国正在遭遇出口产品被征内含碳排放调节税等绿色贸易壁垒的发展风险。不仅如此，欧盟一项对所有进出欧盟的航空公司收取温室气体排放费用的“绿色天空”计划，可能导致中国(含港澳台)的33家航空公司需额外支付8亿元，到2020年支付额将超过30亿元，9年时间累计约176亿元。

“尽管中国最终会承担多大的减排任务，目前尚无定论。但从学术层面预测，这一时间点不会晚于2020年。”柳朝晖直言，“我们眼下所做的研究，其目的就是为了赶在2020年之前，掌握CCS技术，知道它的难点在哪，商用需要付出的代价等等，以便为国家届时在制定相关宏观决策时提供重要的参考。”

20年冷板凳

正因为肩负着国家使命，即便大到向科技部、国家能源局申请研究经费，小到采购调试试验所需的煤炭等原材料，乃至请搬运原料的工人，柳朝晖及其同事们都得亲力亲为。团队的中方队长郑楚光，甚至辞去了湖北省政协副主席的官职。

柳朝晖提到的郑楚光，早在上世纪90年代便开始关注富氧燃烧技术。1995年，郑楚光在国内率先开展了富氧燃烧技术的基础研究。而此时，国内外都把CCS技术研究的焦点更多地投向燃烧前捕集和燃烧后捕集这两类二氧化碳捕集方式。

燃烧前捕集主要运用于IGCC（整体煤气化联合循环）系统中，该技术的捕集系统小，能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，但同时面临着投资成本和与现有发电装备的承接问题。由于将现有煤粉锅炉改建为IGCC几乎不可能，IGCC技术仅适用于新电厂的建设。

燃烧后捕集则是在燃烧排放的烟气中捕集二氧化碳，虽在能耗和设备紧凑性方面具有潜力，但也面临降低成本和大规模减排的问题和要求。

不夸张地说，郑楚光和富氧燃烧碳捕集法坐了近二十年的冷板凳。

直到奥巴马政府上台，美国能源部正式承诺投资10亿美元用于位于伊利诺伊州的“FutureGen2.0”示范项目。

这笔资金主要用于把一家燃煤电厂改造成利用富氧燃烧技术生产清洁燃烧能源的工厂。这是将燃料在纯氧而不是空气中燃烧，产生了富含二氧化碳的气体，可供捕集和封存的过程。

美国政府的这一转变，对于在富氧燃烧领域默默耕耘了近二十年的郑楚光团队来说，无疑增添了信心。

终于在2006年，郑楚光团队建成了国内首套300kw富氧燃烧及污染物联合脱除综合实验系统。这一系统被国家定为该方向的“973”、“863”以及国家自然科学基金重点课题。

国产化路径

富氧燃烧是在传统燃煤电站的技术流程大体不变的基础上，通过空分技术，将空气中的氧、氮分离，直接采用高浓度的氧气与循环的部分烟气（烟道气）的混合气体来替代空气，一次得到富有高浓度二氧化碳烟气的同时，还具有高效脱硫脱硝的综合效果。

而眼下这套3MW富氧燃烧装置更是国家全额投资4000万元，由郑楚光团队牵头，多个产业部门参与的国家级科技支撑项目计划。

“这套3MW系统可以实现从空分—氧燃烧—烟气净化—压缩纯化的全系统耦合验证，具有每年万吨级的二氧化碳捕捉能力。”柳朝晖说，按照设计，该系统的二氧化碳浓度可达到95%，炉内喷钙时，二氧化硫脱除率达93%~96%，氮氧化物脱除率达85%~89%，汞含量降低68%。

不过，受不同等级技术之间可复制性不高的特点，从中试到真正商用，前面还有很长一段路要走。

随着本月底，3MW系统正式完成验收，柳朝晖又将转至“十二五”国家支撑计划项目“35MWth富氧燃烧碳捕获关键技术、装备研发及工程示范”的研发战场。旨在针对我国电力行业低碳发展的需求，自主研发富氧燃烧的重大关键技术和装备。预计一期项目投资金额在8500万元左右，项目将于2014年建成。建成后将成我国第一台10万吨/年级碳捕获的富氧燃烧锅炉，捕获到的二氧化碳可储存于盐矿（二期）。

到2016年，我国将拥有百万吨级碳捕集燃煤电厂富氧燃烧改造的自主能力。工程前期投资约8500万元，将依托神华国华电力有限责任公司对其所属的神木发电公司2×100MWe机组进行富氧燃烧技术改造，改造费用在4亿~5亿元之间，建成100MWe等级富氧燃烧燃煤发电与二氧化碳捕集示范工程建设，并形成富氧燃烧电站设计、系统运行规程、相关设备等方面的技术标准及规范。届时，富氧燃烧才算在中国迈入商业化阶段的第一步。