煤炭开发利用碳减排潜力分析

摘要：煤炭开发利用领域是我国碳排放的主要来源，也是我国碳减排的重点领域，厘清碳排放规律和碳减排潜力是实现碳减排的基础。本文探讨了煤炭开发利用碳排放研究方法，给出了煤炭开发、洗选、发电、转化等煤炭开发利用各主要环节及全过程碳排放规律，计算和分析了我国煤炭开发利用碳减排的潜力。通过加大瓦斯抽采利用力度、有效利用矿井低温热源、采用先进发电和转化技术等措施，到2015年及2020年可分别减排CO2 3．8亿～5．6亿t／a和6．6亿～8．9亿t／a。

煤炭行业甲烷排放的影响因素与利用途径

甲烷排放对全球气候变化的影响显著,中国伴生的煤层气储量和开采量居世界前列,因而系统梳理我国煤炭行业甲烷排放现状及其影响因素与利用途径,可为煤炭行业绿色发展和甲烷排放管控提供科学依据与政策建议,对于实现我国碳达峰碳中和目标具有促进作用。概述我国煤层气分布特点,从煤层气资源分布、埋深划分等方面分析我国煤层气的资源特点,总结煤炭行业甲烷排放的微观与宏观影响因素,从微观角度剖析影响甲烷排放的因素,包括底板砂岩厚度、煤层气压力、顶板岩性、开采技术和开采深度等地质条件以及煤炭生产与煤炭品质因素对甲烷保存和排放的影响,并从宏观角度指出煤炭生产量的增加会导致甲烷排放量上升,而能源结构变化尤其新能源替代和严格产业政策实施均有助于降低甲烷排放。从煤层气的提取、净化和利用技术等方面深入探讨甲烷减排的技术途径和可行性,并梳理煤炭甲烷排放趋势,通过综合分析后提出一系列针对煤炭行业甲烷排放的综合管控策略,包括能源结构转型、煤炭消费控制、甲烷减排技术创新和政策推动等,应重视由于煤炭生产结构的变化所引起的甲烷排放变化,加强瓦斯梯级利用技术攻关,提高井下抽采瓦斯利用效率,实现资源的高效利用。应逐步加强对甲烷排放的监测和管理,利用政策约束落实煤炭企业的主体责任,通过实施监测甲烷排放数据,加强宏观视角下甲烷排放的趋势分析,从而为国家政策和法律法规的制定提供支撑依据。

中小燃煤工业锅炉节能减排途径及情景分析

为提高中小燃煤工业锅炉效率,减少污染物排放,促进中小燃煤工业锅炉的清洁高效发展,从清洁燃料替代、集中供热替代、采用先进工业锅炉技术、提高用煤质量4个减排途径对中小燃煤工业锅炉节能减排效果进行了分析,研究了4个节能减排途径适用区域以及政策情景下节能减排效果。结果表明,中小燃煤工业锅炉通过采用上述4个节能减排途径,到2018年,可节约标煤7611万tce,减少SO_2排放量196万t,减少CO_2排放量14613万t;到2030年可节约标煤11456万tce,减少SO_2排放量310万t,减少CO_2排放量21995万t。

双碳背景下煤炭清洁高效利用方向构建

在双碳目标的背景下,基于我国以煤为主的能源结构和基本国情,煤炭清洁高效利用是实现能源转型的必由之路和首要任务,同时也是保障我国能源安全的基石。煤炭利用形成了集合理利用、转化和污染物控制为一体的洁净煤技术体系,虽已取得重大进展,但在推广应用中仍面临转化过程基础理论、工艺优化等核心问题探索以及解决反应器放大、系统集成等重大工程技术难题。建议从国家层面加强顶层设计,在煤制液体燃料及化工品、煤炭气化、煤炭高效燃烧和污染物控制及碳减排等4个方向进行攻关,从理论探索、核心技术开发、工程应用技术等方面解决煤炭利用过程中的效率、污染控制和碳排放问题,进一步推动低能耗、低水耗、低成本、低排放的煤炭清洁高效转化以及煤炭分质分级利用,从而推动煤炭利用实现“零污染物排放、零碳排放”。

高效环保煤炭防冻技术的研究现状与应用前景

针对煤炭在冬季装卸、停留、运输过程中易发生冻结的问题,以及使用防冻剂造成氯含量过高的现状,阐述了目前国内外在解决煤炭运输过程中冻结问题的措施和方法,根据统计数据分析了研究意义和市场潜力,提出了高效环保煤炭防冻技术研究的市场前景和重要意义。

利用碱性物质对污泥改性制备污泥水煤浆的实验研究

针对污泥水分高、表面亲水性官能团多、持水性强、难以直接与煤掺混制备水煤浆的特性,进行了添加碱性物质对污泥改性制备污泥水煤浆的研究。结果表明,污泥经NaOH改性后,与煤掺混可以制备出浓度较高、黏度、流动性均好的污泥煤浆。同时发现,选用碱性造纸黑液改性污泥,不仅可以制备出性能好的污泥煤浆,而且可以节约制浆用水、添加剂,减轻了造纸黑液对环境造成的污染。

煤炭清洁利用发展模式与科技需求

中国煤炭利用方式还比较粗放,煤炭清洁利用的产业规模小,空间布局不合理,产生的能效环境问题突出,迫切需要转型升级。提出未来煤炭生产利用模式由煤炭生产转变为清洁能源生产,即大型煤炭基地生产—就地转化成油品、燃气、电力、化工品等清洁燃料和原料的发展模式,分析了支撑未来煤炭清洁利用方式模式的基础条件,提出了煤炭清洁利用的科技需求,对实现煤炭清洁高效利用和促进转型升级具有重要参考价值。

煤矿风井余热利用节能量的计算探析

以煤矿风井余热利用项目为例,分析了项目实施前后节能量计算的边界范围、能源消费情况、终端用能状况,对项目的节能量和节能率等指标进行计算,提出了在煤矿节能量测量和计算过程中的方法、步骤等相应问题。

兰炭替代无烟煤高效清洁利用的研究

为考察兰炭作为清洁燃料替代无烟煤的可行性,在民用取暖炉中分别对兰炭和无烟煤的点火时间、燃烧时间、燃烬时间以及燃烬率进行研究。结果表明:兰炭燃烬时间为297.25 min,低于无烟煤的燃烬时间303.25 min;兰炭的残炭率只有无烟煤的1/10;针对污染物排放,兰炭NOx排放量只有无烟煤的1/7,SO2排放量只有无烟煤的1/4;但是在试烧过程中,兰炭和无烟煤烟气中均有大量的CO,这是因为在燃烧过程中,氧不足导致兰炭和无烟煤不完全燃烧,造成了燃料的浪费。综合以上,兰炭利用率高于无烟煤,且产生的灰渣和有害气体污染物少。

市政污泥资源化利用技术研究进展

为了解决产量大、成分复杂、难处理的市政污泥,阐述了污泥的来源、规模及主要危害,说明了传统处理工艺存在的主要问题。论述了干化焚烧、掺混制浆等技术可实现污泥的规模化处理,但与污泥的产出量仍有较大的差距。污泥黏结剂制备的型煤抗压强度较高,气化反应速率比白泥型煤提高50%以上;污泥活化制取含碳吸附剂成本低,孔隙发达、比表面积大,吸附能力可达到商品活性炭的80%左右。针对现有污泥处理技术存在的问题,指出污泥处理工艺及大型设备开发、利用途径拓展及污泥二次污染物防治3个方面为今后污泥资源化利用的重点研究方向。

中国褐煤资源清洁高效利用现状

为实现褐煤资源清洁高效高值化利用,分析了我国褐煤资源的地域分布特征和基本煤质特性,系统梳理了褐煤主要利用方式,并对褐煤高效清洁利用方向进行展望。我国褐煤资源储量丰富且地域分布集中,其中内蒙古和云南省褐煤储量约占全国褐煤资源总量的90%;与云南褐煤相比,内蒙古地区褐煤成煤年代较早,其水分、灰分、硫分均较低,褐煤蜡含量也较低。燃烧是当前褐煤主要利用方式。褐煤化工利用技术众多,除液化制燃料油技术在我国实现工业化,少有其他技术工业应用成熟。今后需深化褐煤燃烧技术研究,积极推进褐煤燃烧清洁高效化发展;科学规划褐煤化工利用途径,加速突破褐煤化工利用技术关键壁垒;加速配套环保技术研究,探索适于褐煤利用过程的环保工艺路径。

高效煤粉锅炉替换层燃锅炉技术改造与能效分析

为了验证目前国内高效煤粉锅炉系统替换传统层燃锅炉的技术能效和排放达标情况,以某矿区9个热源厂改造项目的工程实例,选择其中一个热源厂A热电厂对其现有层燃锅炉实施技术改造或替换新建煤粉锅炉系统。分析对比2个方案(改造现有层燃锅炉并加装尾部烟气净化设施;利用现有热源厂新建煤粉锅炉系统)的投资、运行成本、节能环保效益、负荷能力及工期。结果表明:高效煤粉锅炉结构紧凑、节能减排、运行成本低、投资回收期和工期合理,是传统层燃锅炉的理想升级换代品。

低浓度煤层气变压吸附提质利用技术现状与展望

为了提高煤矿区低浓度煤层气的利用率,研发了低浓度煤层气变压吸附提质浓缩利用技术及专用吸附剂,开展了实验室小试评价、中试放大验证,形成了低浓度煤层气变压吸附提质浓缩工艺技术,并进行了工业示范应用。结果表明,专用吸附剂CH4/N2分离系数达到4.0,耐磨强度99%。原料气(CH4含量30%,O2含量12%~15%的低浓度煤层气)经过安全输送、压缩净化、变压吸附提质浓缩后,产品气中CH4含量超过90%,O2含量降至1%以下。浓缩后的煤层气可用于生产压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG),解决了CH4体积分数>25%的低浓度煤层气利用问题。

高效煤粉锅炉系统技术的工程化应用

为验证煤粉锅炉技术替代传统燃煤工业锅炉的节能环保优势,促进我国煤炭清洁燃烧领域的变革和发展,以近年来神东煤炭集团公司高效煤粉锅炉系统技术工程化应用为实例,介绍了该技术在神东煤炭集团公司下属6个矿区共18台锅炉(合计516蒸t/h)的工程建设和示范运行,统计了系统运行2个采暖季的节能效益。神东6个矿区锅炉房锅炉平均热效率达90%以上;用户认可的节煤率达52%,因节能带来的收益超过1.5亿元;系统运行2个采暖季共减排烟尘210 t、SO2467 t、NOx643t。结果表明:高效煤粉锅炉系统运行稳定,锅炉热效率高。锅炉系统正平衡效率93.21%、反平衡效率90.42%、平均效率91.82%。节能减排效益显著,是传统燃煤锅炉理想的替代品,适合在我国燃煤工业锅炉领域大规模推广。

燃煤锅炉烟气脱硫技术对颗粒物排放影响研究进展

随着环境问题的日益严峻及燃煤锅炉超低排放工作的实施,由燃煤引起的大气污染问题及脱硫和除尘设备协同脱除污染物的作用逐渐受到关注。由燃煤释放的SO2和颗粒物对人类健康及自然环境造成严重危害,因此对SO2和颗粒物的治理至关重要。笔者综述了湿法烟气脱硫技术如石灰石-石膏法、氨法等,半干法烟气脱硫技术如循环流化床烟气脱硫技术(CFB)、高倍率灰钙循环烟气脱硫(NGD)等以及干法烟气脱硫技术如电子射线辐射法脱硫技术、活性炭(活性焦、活性半焦)吸附脱硫技术等的发展历史、技术特点及适用范围,并对比分析了各脱硫技术对颗粒物排放特性的影响。结果表明,湿法烟气脱硫技术SO2脱除效率最高,尤其是石灰石-石膏法烟气脱硫技术,总效率可达99%以上。入口颗粒物浓度高于5 mg/m^3时,此技术能够协同脱除烟气中的颗粒物,除尘效率可达50%~80%,脱硫前后粒径分布都为典型的双峰分布,且脱硫后粒径峰值向小粒径偏移,硫酸盐成分增加;入口颗粒物质量浓度低于5 mg/m^3时,出口颗粒物浓度可能出现不降反增的现象,另外,由于其投资和运行成本高,多应用于大型燃煤机组和脱硫剂来源丰富的地区,同时湿法烟气脱硫产物还具有一定的经济效益;半干法和干法烟气脱硫技术SO2脱除效率在60%~90%,与湿法脱硫技术相比具有投资和运行成本低,占地面积小和节约水资源等优点,在中小型锅炉领域如燃煤工业锅炉具有较好的应用前景,但大量脱硫产物和脱硫剂随烟气进入除尘设备,浓度高达1 000 g/m^3以上,为除尘设备造成极大的运行压力,加大了投资和运行成本。目前半干法烟气脱硫技术及干法烟气脱硫技术对颗粒物排放特性的影响研究较少,还需在脱硫系统对颗粒物粒径、成分及形貌特性等方面的影响规律做进一步研究。

基于半干法NGD脱硫技术的SO2超低排放试验研究

随着环保形势的日益严峻,国家对中小型燃煤工业锅炉的烟气污染物治理也提出了超低排放要求。采用半干法烟气脱硫技术是解决中小型燃煤锅炉尾部烟气SO2污染问题并实现超低排放的有效途径之一。作为一种新型半干法烟气脱硫技术,NGD脱硫采用锅炉自生高钙粉煤灰作为脱硫剂,有效降低了脱硫剂运行成本。为验证该技术的SO2超低排放效果和脱硫剂使用经济性,以神东某锅炉房配套40 t/h煤粉锅炉NGD脱硫装置为研究对象开展工业试验,同时考察了装置运行稳定性以及关键因素对脱硫效果的影响。试验结果表明,NGD反应器进出差压平均值约1 100 Pa,未出现曲线急剧上升或下降的现象,说明装置总体运行稳定性较好。外加适量Ca(OH)2后,NGD脱硫装置的SO2平均排放浓度(9%O2)小于35 mg/Nm3,达到超低排放效果。计算得到外加Ca(OH)2与反应器入口SO2的钙硫摩尔比n(Ca/S)=0. 9,由于主要利用锅炉自生粉煤灰中的活性钙,外加Ca(OH)2量低于同类半干法烟气脱硫技术。研究发现,装置脱硫效率随增湿水量的增加而升高;在测试工况下,锅炉自生粉煤灰掺混少量Ca(OH)2后,脱硫率由70%提高到90%以上。

高效煤粉燃烧技术在区域集中供热中的应用

为了节约油气资源,推广先进的煤炭洁净燃烧技术,开发运行成本合理的区域集中热源形式,对国内外区域集中供热技术及发展方向进行了综述和分析,并对高效煤粉燃烧技术和高效煤粉锅炉系统的技术经济和环保效益进行了分析。结果表明:高效煤粉燃烧技术代替油气、代替传统燃煤技术,符合我国富煤、贫油、少气的国情,技术成熟、经济效益显著、环保排放达标,同时可为城市节约大量土地,并能带动锅炉行业转型,实现燃煤升级、节能减排的区域集中供热目标。

煤炭行业节能低碳标准体系构建及发展建议

为助力我国“双碳”目标的实现,需要建立科学、完善、合理的煤炭节能低碳技术标准体系,以指导相关节能低碳技术的发展。系统梳理了我国煤炭节能低碳相关标准,按照时间维、逻辑维和知识维组成的立体空间结构对煤炭行业节能低碳标准体系展开研究,主要从煤炭开采和煤炭加工利用这2方面分析了我国煤炭节能低碳技术标准体系发展现状,并结合我国“双碳”发展目标的需求,提出完善煤炭行业节能低碳技术标准体系的具体建议。

高效煤粉工业锅炉低氮控制技术

借鉴国内外主流低氮减排技术,通过对原有技术优化升级,开发出新一代煤粉锅炉NOx联合控制技术,进一步发掘了煤粉燃烧器的低氮潜力,并将煤气化空气无级分级低氮燃烧与烟气再循环技术进行耦合。经工业试验验证,应用后锅炉尾气NOx排放可达200 mg/m3以下,结合SNCR烟气脱硝技术,NOx排放可降到100 mg/m3以下。通过以上低氮措施,煤粉锅炉系统NOx控制水平得到提升,满足并优于国家最新环保标准。

煤炭运输防冻剂与融雪剂标准技术指标对比分析

随着煤炭行业高质量发展与不断强化煤质分级利用,对煤炭运输防冻剂的技术指标与作业管理要求日趋精细化,但煤炭运输防冻剂标准相对陈旧及未对煤炭运输防冻剂组分提出明确要求而有待再次修订改进,基于煤炭运输防冻剂与融雪剂的组分及性能要求较为相似且国内融雪剂技术标准体系较为完善,对煤炭运输防冻剂与融雪剂标准的技术指标对比分析可为煤炭运输防冻剂相关标准的制修订提供技术依据。简介煤炭运输防冻剂与融雪剂标准体系,分析现行煤炭运输防冻剂与融雪剂的相关标准的技术指标,从产品外观、融雪防冻性能、金属腐蚀性、防冻液成分、作业面损伤、使用作业技术规范等方面对比煤炭运输防冻剂与融雪剂标准具体技术指标的异同,同时指出煤炭融雪剂与运输防冻剂标准体系存在的不足之处。虽目前融雪剂标准体系已相对完善,但对金属腐蚀性的要求相对单一,仅对碳钢腐蚀率提出相应的控制要求;煤炭运输防冻剂标准已具备再版修订的必要性,完善煤炭运输防冻剂标准对煤炭的分级利用具有重要意义。经与融雪剂标准技术指标对比,对煤炭运输防冻剂标准制修订提出增加固态防冻剂的相关质控指标、对氯元素含量进行分级控制以及明确金属腐蚀性的金属试片型号等建议。