我国煤炭行业发展方式变革方向与路径研究

分析了煤炭行业发展方式变革的主要驱动力与未来发展方向,研究了煤炭行业发展方式变革的主要路径。研究认为,煤炭行业由原来的需求拉动、要素驱动变成需求和要素倒逼,并且经济社会赋予了煤炭“平时调峰、战略储备、兜底保障”等新定位,这是煤炭行业变革的主要驱动力之一;煤炭行业发展方式变革的主要方向为煤炭全产业链自身优化发展、煤及共伴生资源开发立体化发展、煤与可再生能源深度融合发展;而主要变革路径包括构建智能绿色开发体系、健全定制化精准供应体系、形成清洁低碳利用模式、建立矿区立体化开发格局、煤炭与可再生能源组合发展。

煤炭工业数字化发展战略研究

煤炭是我国能源体系的“压舱石”,在加快发展数字经济、积极稳妥推进“双碳”目标的形势下,构建煤炭工业数字化发展新优势,对加快新旧动能转换、推动高质量发展具有重要意义。本文界定了煤炭工业数字化的内涵,明确了煤炭工业数字经济分类,首次测算了我国煤炭工业数字经济规模;系统梳理了煤炭工业数字化发展的现状和基础条件,凝练了制约煤炭工业数字化发展的认识理念、基础设施、人才队伍、核心技术等方面的迫切问题。在此基础上,描绘了煤炭工业数字化发展的战略目标,阐明了包括筑牢煤炭数字化基础设施能力、强化煤炭数字化人才支撑、增强煤炭工业数字化两大关键能力、优化煤炭工业数字化两个发展环境在内的煤炭工业数字化发展战略路径,研判了煤炭工业数字化发展的重点发展方向、全产业链需求技术、关键单项技术。研究建议,从建立数据管理机构及平台、组建煤炭数字化技术实验室、提升数据共享及价值挖掘能力、建设煤炭数字化人才培养基地等方面出发,构建煤炭工业数字化发展的坚实支撑。

西部地区富油煤开发利用潜力分析和技术体系构想

西部地区富油煤资源量丰富,具备产业规模化发展的资源基础;科学认识富油煤的油气资源属性,推动以油气为主要产品的富油煤开发与转化,是增加国内油气供给、缓解油气对外依存度、保障国家能源安全的战略方向。本文依据现阶段煤炭资源的勘查成果,估算了西部地区富油煤资源潜力;系统梳理了西部地区富油煤开发利用的现状和存在问题;针对碳达峰、碳中和战略目标,智能绿色开发,弥补油气不足等新要求,论证提出了西部地区富油煤开发利用的基本理念与技术构想。研究认为,富油煤的开发利用,需要着重突破高精度综合勘查、高回采率开采、井下原位热解、热解气化一体化、原位热解半焦CO_(2)封存等关键技术。研究建议,将富油煤纳入非常规油气资源管理,加大富油煤开发利用科技攻关,设立富油煤开发利用国家级示范区,推动西部地区新能源和富油煤协同开发,由此发挥富油煤作为煤基油气资源的特殊优势、实现煤炭资源低碳高值利用。

煤泥絮体颗粒粒径分布规律研究

为研究煤泥水絮凝过程中絮体粒径分布规律,建立了煤泥絮体尺寸测量系统,应用图像处理技术处理絮体图像,统计分析不同搅拌历时下絮体的粒径分布规律。结果表明:煤泥水絮凝过程中絮体的粒径分布不遵循经验分布幂函数分布,而是符合分形分布和G-S分布函数分布,其拟合R2均大于0.96;当絮凝过程相对稳定时,R-R分布和对数正态分布也可以表征絮体颗粒的粒径分布,其拟合R2值分别高达0.99和0.97。

煤泥水絮凝过程絮体颗粒的分形特征研究

为研究煤泥水絮凝过程絮体颗粒的分布特征,根据分形理论建立了絮体粒度分布的分形表达式。研究发现在双对数坐标下,絮体颗粒的累积分布函数与粒径之间呈直线关系,表明絮体的粒度分布具有分形特征;絮体的粒度分形维数可定量评价絮凝过程中絮体颗粒的分布特征;粒度分形维数D和平均粒径Dave之间是负相关的关系,且各粒级含量对其影响较大,粒级范围相同时,细粒级所占的比例越大,对应的粒度分形维数越大。

蒙脱石分散体系中用Zeta电位修正静电作用能的计算

针对扩展DLVO理论的静电作用能计算中表面电位难以测定,讨论以Zeta电位代替表面电位进行静电作用能计算的可行性。计算了蒙脱石表面电位,运用扩展的DLVO理论分别用Zeta电位和表面电位计算蒙脱石悬浮液的临界硬度,并通过蒙脱石悬浮液的临界硬度试验进行验证。试验结果表明:(1)悬浮液中蒙脱石颗粒表面与滑动面之间的水和电解质离子起到屏蔽表面电位的作用,表面电位计算的静电势能并不能反映颗粒间的静电作用;用Zeta电位代替表面电位计算颗粒间静电作用能,与实验结果更相符;(2)颗粒间滑动层开始接触时,水化作用能开始增大,电解质离子不仅减小了颗粒间的静电斥力,还减小了滑动层厚度,使水化作用距离缩短,颗粒更容易接近从而发生凝聚;(3)随电解质浓度的增加,蒙脱石颗粒Zeta电位和表面电位的绝对值均表现为减小的趋势,且表面电位的变动幅度要远高于Zeta电位的变动;双电层与滑动层厚度均呈指数减小。

煤泥絮体特征参数提取及其动态变化规律

针对煤泥絮体图像处理时存在的模糊絮体识别困难问题,提出一种基于絮体清晰度自动剔除模糊絮体提取絮体特征参数的方法。对比常规阈值分割法和应用图像处理软件手动处理法得出,该方法可快速、准确提取絮体特征参数。通过试验,研究了不同搅拌转速和不同絮凝剂用量下煤泥絮体特征参数随絮凝过程的动态变化规律。结果表明:煤泥水絮凝过程可以分为三个阶段,即絮体快速长大阶段、破碎阶段及动态平衡阶段;搅拌转速越大,絮体快速长大阶段用时越短,平衡阶段对应的絮体当量直径均值越小;在絮凝剂用量为3 mg/L时,搅拌转速为152 r/min条件下形成的煤泥絮体分形维数最小(1.89±0.01),搅拌转速为217 r/min条件下形成絮体分形维数最大(2.17±0.03);在搅拌转速为152 r/min时,随着絮凝剂用量增大,煤泥絮体当量直径均值在絮凝剂用量为4 mg/L时达到最大值,煤泥絮体分形维数值由1.81±0.01增大到2.01±0.03。

碳达峰碳中和目标下,煤炭行业发展若干思考

第26届联合国气候变化大会(COP26)最终达成的《格拉斯哥气候公约》将“逐步淘汰煤电”改为“逐步减少煤电”,显示碳减排将是一个长期理性推进的过程。本文试图厘清碳达峰、碳中和目标对煤炭行业产生影响的机制,预判煤炭行业将由单一采煤向资源综合开发利用拓展、由燃料化利用向原料化、材料化利用转型、由高产高效矿井向柔性矿井转变、由传统矿区向低碳1零碳矿区升级,为煤炭相关决策和政策制定提供参考。

聚丙烯酰胺对煤泥絮凝体脱水性能的影响

以某选煤厂的细粒煤泥为研究对象,研究了聚丙烯酰胺(PAM)药剂量对煤泥絮凝体含水率的影响。结果表明:煤泥絮凝体含水率随PAM药剂量的增大,先减小后增加;PAM药剂量为175g/t时,煤泥絮凝体的含水率最低,为35.65%,PAM药剂量在150g/t—200g/t时,适合脱水。

全球产业链与能源供应链重构背景下我国煤炭行业发展策略研究

面对全球产业链与能源供应链(“双链”)加速重构、我国能源供应安全变数明显增长的新形势,充分发挥煤炭的兜底保障作用成为必然选择。本文在系统分析“双链”加速重构呈现特征的基础上,研判了对我国能源领域四方面的影响:能源需求结构波动加大,局部生产能力受限,进口风险提升、低碳转型压力增大。构建了煤炭需求波动预测模型,测算了煤炭为化石能源进口兜底、为可再生能源出力波动兜底、为能源消费超预期增长兜底等保障要求下煤炭产量需求的波动幅度,即2025年煤炭产量需求波动为±14.1%、2030年为±16.5%、2035年为±18.2%。针对性提出了产业链和供应链“强链、补链、延链”,构建煤炭技术创新链的发展路径,以及煤矿智能化建设、煤炭绿色开发与节能减排、煤炭清洁转化、煤矿区碳封存和碳利用技术研发、煤炭与新能源协同发展等重点任务。加大煤炭资源精细勘查力度,强化煤炭储备和应急调运能力建设,提高煤炭柔性供给水平,增强煤制油气兜底保障能力,完善煤炭产业发展政策,以此推动煤炭行业中长期高质量发展。

碳中和目标下煤炭行业发展机遇

碳达峰碳中和目标已上升为国家战略,相关路线图、时间表和政策措施正在制订和落地实施,将推进经济社会广泛而深刻的系统性变革。基于我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际,短期内仍离不开煤炭。科学研判碳达峰碳中和目标下我国能源消费结构和煤炭消费演变趋势,采取正确的应对措施,是实现碳达峰碳中和、能源安全稳定供应双重目标的客观要求。分析了美国碳达峰前后现代化进程、能源消费、碳排放强度等基本特征和变化规律,提出我国能源优化发展的三大路径,即持续提高能源效率,减少能源消费;大力发展新能源,优化电力结构;大力发展CO_(2)能源化资源化新技术,推进CO_(2)再利用;增强能源自给能力,保障能源安全。研判了我国能源消费格局演变趋势及不同时段煤炭消费规模,即我国能源消费格局演变分为煤炭由基础能源(2021—2030年)—保障能源(2031—2050年)—支撑能源(2051—2060年)、新能源对应由补充能源—替代能源—主体能源的3个阶段,新能源在能源消费结构中的占比分别为15%-29%,30%-49%,50%-80%。即使全面实现了碳中和,仍需要煤炭作为电力调峰、碳质还原剂和保障能源安全的兜底能源(15亿-12亿t/a)。阐述了碳中和目标下,我国煤炭行业将迎来的三大机遇,即实现煤炭高质量发展的机遇、煤炭升级高技术产业的机遇、煤炭抢占新能源主阵地的机遇。

煤炭开发过程碳排放特征及碳中和发展的技术途径

理清煤炭开发过程碳排放特征,是推动煤炭开发过程碳达峰、碳中和的前提和基础。基于煤炭开发全生命周期碳排放清单分析方法,重点从生产用能、瓦斯排放及矿后活动3个环节,建立煤炭开发过程碳排放计算模型,测算煤炭开发过程碳排放量,并分析不同环节碳排放特征,提出煤炭开发过程碳减排技术途径。研究表明:1)生产用能碳排放强度呈下降趋势,由2010年81.5 kg/t,先快速降低到2015年的66.5 kg/t,而后缓慢降低到2020年的65.4 kg/t;2)瓦斯排放(碳排放)强度呈快速下降趋势,由2010年的123.7 kg/t,降低到2020年的67.6 kg/t;3)矿后活动碳排放强度呈缓慢降低趋势,由2010年的21.5 kg/t,逐渐降至2020年的18.0 kg/t。基于碳排放量和排放特征分析,提出了煤炭开发过程实现碳中和的5大技术途径,即大力推广应用煤炭开发节能提效技术,减少煤炭开发过程能源消耗带来的碳排放;持续攻关煤矿瓦斯抽采利用技术,减少煤炭开发过程甲烷排放;加快探索煤炭开发新技术,从原理上改变碳排放特性;有序研发和示范煤矿区煤与新能源耦合利用技术,降低单位产品碳排放强度;尽早谋划煤矿区二氧化碳捕集、利用与固化、封存技术,形成煤炭行业独有的碳中和实现途径。

混合作用对煤泥水沉降中颗粒凝聚的影响及作用机理

以NaCl和CaCl_(2)溶液为凝聚剂,研究了不同搅拌速度和时间对凝聚絮体微观形态、絮体粒径以及絮体分形维数等特性的影响。结果表明煤泥颗粒絮体粒径随着搅拌速度增大先增大后减小,随着搅拌时间增长先增大后减小;颗粒絮体分形维数值随着搅拌速度的增大先增大后减小,最佳的搅拌速度为152 r/min。凝聚剂为CaCl_(2)时形成的絮体粒级和分形维数值都比凝聚剂为NaCl时要大,絮体粒径达到极值所需的搅拌时间也越长。

新形势下我国煤炭行业发展趋势研判与应对路径

煤炭资源是我国一次能源中最为可靠和经济的,也是国家能源安全和稳定供给的重要保障。碳中和目标下,我国煤炭行业发展方式加速变革,提出了我国当前煤炭产业及未来面对的常规技术装备产能优化期、智能化需求集中爆发期、前沿领域探索期、煤炭科技力量凝聚期4个时期。针对未来不同时期的发展要求,提出了我国煤炭行业高质量发展的应对路径,包括构建智能绿色矿山系统、加快前沿领域原始创新、制定智能绿色矿山标准、加大生产服务新型模式探索、搭建智能绿色矿山公共平台。

欧洲煤电企业绿色转型经验借鉴及对中国企业的启示——以莱茵集团为例

“双碳”目标下,构建清洁、低碳、安全、高效的现代化能源体系和以新能源为主体的新型电力系统迫在眉睫。首先,从企业战略、矿业生产、煤电生产及发展绿色能源等方面,系统分析了德国莱茵集团绿色低碳转型的举措和成效;其次,从煤矿甲烷排放、电源结构改善、能源效率提升、电力系统灵活性及关键材料和制造技术等方面,梳理了“双碳”目标下我国煤电企业面临的挑战;最后,从持续推进绿色矿山、智能矿山建设,优化电源结构、大力发展可再生能源,继续加大煤电厂性能源优化,加深国际合作交流等方面,提出对我国企业的启示。

超低排放改造推广及NH_(3)减排对京津冀冬季环境效益研究

为量化京津冀(BTH)地区超低排放(ULE)改造推广应用潜在的环境效益,基于GEOS-Chem大气化学模型,设计了2个全国情景和6个区域情景,从区域大气输送、超低排放改造在燃煤电厂(CPPs)、工业燃煤(ICB)推广及控制NH;排放等方面进行研究.结果表明:(1)全国燃煤电厂完成ULE改造,使得京津冀地区2015年1月PM_(2.5)浓度下降3.2%(2.4μg·m^(-3)),如只是京津冀地区燃煤电厂完成ULE改造,可使京津冀地区PM_(2.5)浓度降低1.1%(0.8μg·m^(-3)),可知区域联防联控对雾霾的治理具有重要意义;(2)在京津冀地区燃煤电厂完成ULE改造的基础上,工业燃煤完成ULE改造、NH;排放减少30%和50%,可使得京津冀地区PM_(2.5)浓度分别降低5.4%(3.5μg·m^(-3))、4.7%(4.0μg·m^(-3))和7.7%(5.7μg·m^(-3)),可知工业燃煤的ULE改造和NH;减排,均可显著降低PM_(2.5)的浓度;(3)在京津冀地区燃煤电厂和工业燃煤都完成ULE改造的基础上,NH;排放分别减少30%和50%,可使得PM_(2.5)浓度分别降低8.5%(6.3μg·m^(-3))和11.2%(8.3μg·m^(-3)),可知工业燃煤的ULE改造降低常规污染物或NH;减排控制均能显著降低PM_(2.5)浓度,为更好地降低京津冀地区PM_(2.5)的浓度应综合考虑工业燃煤的ULE改造、NH;减排及区域联防联控,可通过经济代价和环境效益分析确定最佳的雾霾治理方案.

煤炭行业向地热能资源开发拓展转型的路径分析

基于煤炭行业面临的严峻转型压力和地热能资源开发具有的发展潜力,研判认为当前正值煤炭行业向地热能资源开发拓展转型的机遇期。从技术、设施设备、工程建设与服务能力等方面重点分析了煤炭行业向地热能资源开发拓展转型的基础与优势,基于SWOT分析提出了以煤炭行业现有技术装备为支撑开展地热关键技术攻关与装备研发,以煤矿现有工程设施为基础推进矿井煤热共采工程建设,以煤炭行业现有工程服务能力为依托拓展地热专业化服务,以煤炭行业现有专业人才为主体打造专业化地热开发队伍等煤炭行业向地热能资源开发拓展转型的四大路径,以期为煤炭行业转型发展和实现碳中和目标提供思路和参考。

华中地区主要耗煤行业煤炭消费结构预测分析

为了研究华中地区煤炭消费总量以及火电、冶金、建材和化工行业煤炭消费量,基于无偏灰色(GM)、差分自回归移动平均(ARIMA)、逻辑斯蒂(LOGISTIC)和人工神经网络(ANN)模型,分别构建了各行业组合预测模型,运用相关系数、平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差评价指标检验组合模型拟合精度,筛选出各行业最优组合模型并预测2020—2030年各行业消费趋势。研究表明:最优组合模型的R^2、MAE、MAPE和RMSE等检验指标均优于单项模型;分别构建了煤炭消费总量预测模型ANN-ARIMA、火电行业预测模型GM-LOGISTIC-ARIMA、冶金行业预测模型ANN-ARIMA、建材行业预测模型ANN-ARIMA、化工行业预测模型ANN-ARIMA。预测2020—2030年华中地区煤炭消费总量和化工行业消费量呈平稳增长趋势,2030年分别达到34 112万t和3 246万t;火电行业呈小幅增长趋势,2030年达到15 229万t;建材行业基本稳定在7 000万t左右;冶金行业将进一步降低,2025年后稳定在2 600万-2 800万t。