低階煤大規模提質實現能源保障和節能減排

   低階煤在全世界含量都非常大，我國低階煤含量同樣如此，低階煤合理利用是實現我國能源保障不可或缺的潛在資源。我國各種低階煤的含量和分布：

含水量高、利用程度低的褐煤資源約占全國探明保有儲量的13%（1300億噸），主要分布于內蒙古、東北三省和云南等省區；

灰分大于30%的高灰煤約占10%（1000億噸），主要分布于晉北、京西以及西南的部分煤田；

中高硫煤和高硫煤約占15.5%（1550億噸），主要集中在西南、中南和華東等地；

焦煤與肥煤是煉焦工業不可缺少的原料，但資源量僅為煤炭保有儲量的9.4%，是我國的稀缺煤種，這種稀缺煤炭資源的一半左右因硫等雜質含量高而難以開發利用；

其他低硫高灰的稀缺煤在分選過程中又將產生約20%的中煤，這部分中煤灰分一般在35%左右，由于其灰分高目前只能作為燃料使用，導致稀缺煤資源的浪費。

隨著我國煤炭開采規模的擴大、開采水平向深部延伸以及產煤重心的西移，我國煤炭產出中低階煤總量不斷增加。因此，針對這些高含灰、高含硫、高含水的低階煤特點，進行大規模提質利用, 是我國煤炭工業可持續發展亟待解決的重大難題。
   煤炭的高含雜是造成其利用能效低、污染嚴重的直接原因。目前我國排入大氣中85%的SO2、70％的煙塵、60％的氮氧化物和80%的CO2都來自于煤的燃燒。我國SO2年排放數量居世界首位，酸雨已覆蓋國土面積30%左右。研究表明，煤炭提質是提高能效、降低污染的重要途徑。
 
我國電煤平均灰分28％左右，而美國則小于8％，按2010年全國平均供電煤耗335 gce/kW·h計算，灰分由30%下降至10%~20%，可降低磨煤電耗約30%~70%，節約供電煤耗1.01~2.35 gce/kW·h。若煤中硫分降低1%，1噸燃煤少排放20 kg SO2。對于焦炭生產來說，若煉焦煤的灰分降低1%，煉鐵焦炭耗量降低2.66%，高爐的利用系數可提高3%~4%。目前我國已少量開發的褐煤90％以上用于燃燒發電，但高含水使得褐煤利用效率下降，經濟性差。若褐煤水分由40％降至15％，鍋爐熱效率可提高1.16%。另外，高含水褐煤的銷售半徑一般限于500~600 km以內，更長距離運輸能耗高、經濟效益差。
   因此，低階煤的大規模提質利用符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》關于能源領域“促進煤炭的清潔高效利用，降低環境污染，大力發展煤炭清潔、高效、安全開發利用技術，并力爭達到國際 水平”的優先主題。

低階煤大規模提質利用尚面臨諸多困難

   （1）盡管建立了煤化學體系，但低階煤的雜質賦存化學與賦存物理缺乏研究。主要表現為對低階煤中微細礦物組成、賦存規律研究較少；對含硫組分的結構、有機組分族與相應含硫基團間的結合類型與作用，褐煤中水與含氧基團的賦存化學與物理研究不足，缺乏脫雜提質的物質認知基礎。
   （2）盡管進行了褐煤脫水的技術開發，但缺乏高效脫水提質方法。現有技術存在能耗高和脫水褐煤易復吸、自燃的突出問題，同時人們對褐煤中水的賦存以及脫水機理缺乏研究與認識，因此難以找到有效的大規模脫水并抑制復吸的方法。
   （3）盡管煤中無機硫脫除相對成熟，但有機硫脫除的研究進展不大。在微波脫硫方面，固定頻率的微波脫硫顯示出初步的效果，但對硫化學鍵在微波輻照下的斷裂、脫除機理、微波脫硫工藝過程及調控缺乏研究，更沒有找到工業應用的途徑。
   （4）盡管提出了分選流態化方法，但缺乏實現煤炭脫灰脫水的大型穩定流態化及能量高效傳遞的工程基礎。流態化分選中的穩定性以及大型化的邊界效應等關鍵問題一直沒有解決，對濃相高密度準散式流態化的形成機理以及多尺度復雜組分的分離機制缺乏認識，此問題的解決可實現大型穩定流態化及高效傳遞的工程基礎。
   （5）盡管實現了煤炭粗粒分選，但缺乏基于微細粒分選的煤炭深度脫硫降灰的方法與途徑。長期以來，以重介質旋流器為代表的粗粒分選技術支撐了選煤技術發展，但微細粒分選仍然是世界性難題。一方面，選擇性絮凝、油團分選等微細粒分選技術難以工業化應用，另一方面，基于常規浮選的煤炭深度脫硫降灰也難以實現，對分選非均衡性及微細粒的尺度效應等認識不夠，缺乏過程強化與高效分離機制的研究。
   （6）盡管煤炭燃燒與氣化技術取得進展，但缺乏提質煤利用的工程基礎研究。對提質煤的物理化學特性變化認識不足，對其燃燒過程中的熱質傳遞及反應動力學機理缺少研究，對高熔融性灰渣形成及調控機理認識不足，此問題的解決可構建提質煤大規模高效利用的工程基礎。

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