煤炭工业碳中和发展战略构想

煤炭工业发挥着我国能源安全的关键保障作用,是推进“双碳”战略目标实施的重要领域,基于顶层设计视角勾勒煤炭工业碳中和发展战略对助推碳中和目标达成至关重要。本文立足我国基本国情并考虑区域发展实际,从发展理念、预期目标、重点方向等层面出发,系统阐述了煤炭工业碳中和发展的战略构想并明晰了具体实施路径。“差异达峰、协同中和”是煤炭工业及关联行业低碳绿色与高质量发展的主导方针,核心理念即兼顾空间差异,谋求区域协同发展,在坚持“全国一盘棋”的基础上科学划分煤炭能源生产区、煤炭能源应用区、新能源耦合区,进而分区域、分步骤实现“双碳”目标。可按达峰攻坚期、有序优化期、中和达成期3个阶段部署实施过程,从碳减排、碳替代、碳封存、碳循环4个层面细化实施路径,重点突破煤炭智能精准开采与清洁高效利用、煤矿瓦斯全浓度开发利用、废弃矿井抽水蓄能、储能与电力消纳、清洁煤电与碳捕集利用与封存耦合、CO_(2)高效驱替煤层气、CO_(2)生物/化工利用、矿山绿色生态修复等应用技术。相关研究可为煤炭工业实现“双碳”战略目标提供参考。

安徽省煤炭资源可利用性和保障程度分析

安徽省煤炭资源主要集中在两淮煤田,保有资源量338.17亿t,占全省资源量的99%以上。虽然资源相对丰富,但综合考虑相关制约因素,其勘查、开发和接替前景仍不容乐观。根据安徽省煤炭资源调查数据,介绍了安徽省煤炭资源勘查以及开发利用现状,并对安徽省煤炭供需形势进行了分析;通过对资源禀赋条件、勘查程度、矿体埋深及其压覆情况和开采技术条件进行研究,得出以下结论:两淮煤田当前可利用资源量为244.64亿t,占保有资源量的72.3%,正常开采条件下估算保障年限为94 a,资源保障程度较好;未利用矿区保障年限为21 a,可有效接替资源不足。建议在勘查程度较高、找矿难度较大的现实情况下,应高度重视煤炭资源的节约利用,促进煤炭清洁高效利用和转化升值,同时应加强对煤层气资源的综合利用,对政策性闭坑煤矿的资源可利用性进行评估。

基于DFT泛函方法的煤炭热化学利用机理研究进展

煤炭在我国现阶段一次能源消费中占据主导地位,煤炭清洁高效转化是构建我国清洁低碳、安全高效的能源体系的重要组成部分。通过量子化学可获取试验方法难以测定的过渡态电子结构及几何构型等关键信息,从微观层面揭示煤炭热化学转化中有机分子释放、迁移及转化过程,为煤炭的清洁利用提供理论指导。概述了煤的结构与反应性研究中常用的量子化学计算方法的特点和作用,总结了基于密度泛函理论方法在煤燃烧污染物脱除、煤气化、煤热解及煤液化等热化学转化机理研究中的应用。重点探讨了煤燃烧中NO_(x)及重金属污染物的脱除机理、煤焦气化反应的促进机制、煤热解中含氧官能团脱除机理及煤液化中的氢传递机理。目前基于密度泛函理论方法的研究能够有效揭示某种煤、某一方面的性质与其反应中所表现出的特征,但尚缺乏对煤分子结构系统全面的认知,随相关理论认识的进一步完善,将进一步发挥微观机理研究优势,为煤炭清洁转化利用技术的研究及应用提供借鉴。

双碳背景下煤矿绿色低碳发展路径探讨

针对碳达峰碳中和目标下煤炭企业转型发展问题,分析煤炭企业现状,结合去产能关闭退出矿井和现役矿井特点,指出各煤炭企业集团存在的共性问题,并从节能环保和资源综合利用方面提出应对路径以及“十四五”时期关注煤炭清洁高效利用的建议。从而达到更好应对双碳形势下企业转型,促进煤炭行业稳健发展。

新形势下我国煤炭资源高效清洁利用途径分析

煤矿企业中资源浪费始终存在,且煤炭作为一次能源,与当前绿色、节能等理念相背,为适应新时期发展趋势,提升煤炭利用率、打造绿色清洁高效应用发展模式成为重点。近年来,在技术科研活动持续化支持下,各项技术日益成熟,也为煤炭企业向高效利用方面转变提供契机。尤其在能源发展战略指引下,煤炭高效清洁利用进一步落实,在此结合国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司进行分析,总结煤炭资源高效清洁利用面临的问题,进而总结出基于高能脉冲激光多能谱的煤质在线分析装备和炼铁高炉富氧全烟煤安全高效喷吹技术2种新利用途径,以期为煤炭领域实现绿色发展提供借鉴。

“双碳”背景下我国推广干法选煤必要性及其应用策略研究

选煤加工是煤炭清洁高效利用的源头和基础,其自身也应低碳发展。干法选煤具有不用水、投资少、运营成本低等低碳优势,不仅可以满足化工原料煤与电煤提质需要,还可以为冶金用煤湿法选煤加工预排矸,提高单位处理能力,降低加工成本。为了实现低碳选煤、助力实现“双碳”目标,结合我国选煤产业的发展趋势,阐述了推广应用干法选煤的必要性,梳理了干法选煤推广应用过程中存在的主要问题,针对性地提出了我国干法选煤推广应用策略。

煤基功能碳材料的合成及储能应用

煤及其热加工转化的衍生品煤沥青等是重要的化工资源,基于分子化学工程的技术方法和多维碳材料工程的新理念,发展煤基功能碳材料是实现煤炭资源清洁高效高值利用的有效途径。煤炭及煤沥青在分子层面呈现稠环芳烃特性,可通过物理外场(微波、等离子体等)强化作用,利用分子化学裁剪、杂化改性、界面组装等技术手段,实现零维、一维、二维和三维煤基功能碳材料的可控合成,将推动煤基功能碳材料的储能应用。介绍了煤及其热加工转化衍生品的来源、种类及理化性质,系统总结了数种煤基功能碳材料如碳点、炭纤维、碳纳米管、石墨烯、炭纳米片、多孔炭、炭气凝胶、泡沫炭等的制备方法及优缺点;重点介绍了硬炭、软炭、多孔炭、杂原子掺杂炭等煤基功能碳材料的储能应用,突出了碳层取向调控、杂原子掺杂、限域空间构筑等技术策略在提升碳材料离子存储性能方面的重要作用;介绍了煤基功能碳材料与过渡金属或过渡金属化合物有机耦合制备复合材料的方法,诠释了煤基碳源之性质与高容量且体积变化明显的碳电极材料之结构性能间的本征构效关系;讨论了煤基功能碳材料面临的可控度低、前驱体分子结构演变复杂、合成方法优化等问题。基于分子化学工程理念及过程强化技术的发展,讨论了煤基功能碳材料的未来发展方向。

清洁高效超超临界二次再热燃煤发电机组优化设计和应用

为促进节能减排,提高机组的经济效益和社会效益,华能瑞金电厂二期扩建工程(2×1000 MW超超临界二次再热机组)采用清洁高效二次再热超超临界燃煤发电技术,高效节能带变频发电及回热一体化背压抽汽回热小汽轮机(简称BEST小机)技术,以及五高六低一除氧的12级回热系统,同步建设烟气脱硫和脱硝设施,机组参数从常规的31 MPa/600℃/620℃/620℃提升至31 MPa/605℃/622℃/620℃,结合BEST小机技术,使得机组效率达到49.25%。基于烟气协同治理技术路线,有效降低了氮氧化物、烟尘、二氧化硫、PM_(2.5)等污染物排放浓度,其中脱硫效率高于99.4%,SO_(2)质量浓度小于20 mg/m~3(O_(2)=6%);脱硝效率高于90%,NO_(x)值小于28 mg/m~3(O_(2)=6%)。

现代煤化工中的能源利用技术分析

在能源结构中,煤炭是世界主要的化石能源,而煤化工作为利用煤炭的关键技术之一,在我国经济和社会发展中具有重要的战略地位。然而,煤炭资源的日益紧缺和对环境的污染以及能源安全等问题,对煤化工产业的发展提出了巨大挑战。主要介绍了煤化工过程中的高效能源利用技术研究进展,以促进高效能源利用技术在煤化工过程中的应用。

“双碳”目标下化工原料煤分选加工方案建议

为助力实现“双碳”战略目标,结合我国煤炭消费和能源结构变化趋势,系统分析阐述了现代煤化工发展的必要性,并基于化工原料煤的质量要求,提出了化工原料煤分选加工的方案建议:低灰煤优先采用筛选,中高灰分煤优先采用干法分选,难选中高灰分煤干法分选无法满足要求的,应按可选性选用高效湿法选煤工艺设备;生产加工化工原料煤应重点关注产品粒度、灰分,严控产品水分,禁止掺入煤泥;生产非冶金用煤企业,应积极论证生产化工原料煤的可行性。这些分选加工的方案建议可进一步帮助拓宽化工原料煤的供应渠道,有助于进一步发挥煤炭资源优势和煤化工制品固碳特性,降低油、气进口依赖度;同时也有利于提高煤炭行业整体原煤入选比例,促进煤炭清洁高效利用。

“双碳”战略下煤炭及选煤行业的应对建议

为明确“双碳”战略下煤炭行业形势及发展方向,探索煤炭企业尤其是选煤企业的应对方法,从我国的能源资源禀赋、能源安全及绿色能源的现状等方面进行了相应分析和论述。分析认为:煤炭在全球一次能源消费中占比相对稳定;我国“富煤、缺油、少气”,石油、天然气对外依存度高,安全风险高,而水电、核电、风电、太阳能、地热能等绿色能源则受自然灾害的影响严重,且目前储能技术发展程度不足;此外,中国经济的高质量发展也需要煤炭作保障。因此,煤炭仍将是我国能源的“稳定器”和“压舱石”,而煤炭清洁、低碳的发展路径可概括为绿色智能开采—智能清洁加工—清洁高效利用。从企业层面讲,煤炭企业要增强危机意识,积极谋划企业战略定位、产业结构以及经营模式,如使产品向化工、碳基新材料等方向转变,形成专业优势和产业互补优势,同时也应认真对待碳治理工作,重视并开展碳交易,以对冲排放成本。从行业层面讲,选煤为煤炭的清洁高效利用提供了保障,可助力企业减少政策风险和环保成本,提高企业产品质量及市场竞争力,仍将大有可为,同时,选煤行业应重视企业的转型发展,如由生产型向经营型转变,也要增强技术创新、大力发展第三方服务等等,以更好地应对“双碳”战略下日益激烈的市场竞争。煤炭消费产生的CO_(2)占我国总碳排放量的70%左右,要实现“3060”目标,减煤减碳是大趋势,文章对煤炭行业形势的分析以及对煤炭及选煤行业的应对建议将有助于煤炭行业高质量发展。

动力煤绿色低碳分选工艺评价研究

提高动力煤入选率是煤炭清洁开发利用的重要课题,围绕动力煤计价指标发热量,在深度分析了某一原煤粒度组成、高密度可选性、可见矸泥化比、矸石分布特征等数据基础上,确立了动力煤选煤厂的主要功能为深度排矸;干法选煤技术以超高密度分选,回收更多有价值的可燃体,从根本上解决湿法选煤带来的煤泥问题的优势,成为未来存量动力煤选煤厂技改和新增动力煤选煤厂的优选工艺技术。通过研究认为,采用“双效率”评价模式,能够更准确地反映动力煤选煤厂的综合运行效果,逐步转变“动力煤洗选工艺炼焦煤化”的倾向,用分选工艺适度化、精煤产率最大化、煤泥减量化、分选粒级最佳化、工艺流程短平化,实现动力煤绿色低碳分选。

推动煤层气高效利用高质量发展研究

煤层气开发利用不仅是能源革命综合改革试点的重要抓手,也是山西省低碳绿色发展的资源支撑,更是助力碳中和的现实途径,有望成为山西省打造世界名片的王牌之一。从煤层气概述、煤层气开发利用的重要意义以及山西省煤层气产业概述等方面展开论述,指出推动煤层气高效利用、高质量发展对山西省深化拓展能源革命综合改革试点内涵、努力走出一条具有山西省特色的绿色低碳发展之路具有重要意义。

论煤地质学与碳中和

煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景,探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识:推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧,勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构,开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展,深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯(井下)抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏,研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放,发展煤层CO_(2)地质封存与煤层气强化开发(CO_(2)-ECBM)技术、推动碳捕获、利用与封存(CCUS)技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用,研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放,是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径;其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO_(2)-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。

煤的清洁高效利用是中国低碳经济的关键

煤现在是、将来仍是中国的主力能源,且煤用于发电的比例将越来越大。煤的直接燃烧已引起严重的生态和环境污染,并且其直接燃烧很难解决温室气体减排问题。解决煤炭的清洁高效利用问题是中国发展低碳经济的关键。以煤气化为核心的多联产能源系统是综合解决我国面临的能源挑战的重要方案,实施多联产能源战略刻不容缓,延误过渡到以煤气化为核心的多联产技术的时机,将会显著增加将来中国治理空气污染的成本、难以控制未来石油进口,以及大大增加减排温室气体的成本。中国CO2减排应从煤化工开始,积累经验,逐步过渡到"IGCC+多联产+CCUS"。

中国燃煤高效清洁发电技术现状与展望

为应对气候变化的挑战,保障中国能源安全,亟需构建新型电力系统,而煤炭也逐渐从主体能源向基础能源和调峰能源转变。本文阐述了中国燃煤发电技术现状,梳理了洁净煤发电技术中超超临界发电、循环流化床燃烧、碳汇及碳捕集、利用与封存(CCUS)的技术优势;分析了适应"双碳"目标的燃煤电厂灵活性技术和基于煤电机组的多种生物质燃料掺烧技术;探讨了基于煤电机组的耦合超临界CO_(2)布雷顿循环或太阳能热发电技术的可行性;展望了燃煤高效清洁发电的3个发展阶段。分析表明:燃煤发电灵活性调峰改造和CO_(2)处理技术是未来清洁低碳燃煤发电的重要发展方向,燃煤机组与新能源耦合发电系统可同时实现能源梯级利用、降低发电煤耗和CO_(2)排放,促进新能源消纳,助力燃煤发电产业升级。

煤炭热力学高效和化学高价值利用新工艺

提出一种煤炭热力学高效和化学高价值利用新工艺(TCCUC),包括煤炭拔头技术—半焦富氧直燃制备燃气轮机高温工质系统—燃气发电—蒸汽发电系统—CO2捕集技术—干馏拔头产物提质处理技术六个技术模块。该工艺通过煤干馏拔头和焦油加氢等技术,对煤中大分子碳氢化合物进行适当热解和对热解产物焦油加氢处理得到高价值的碳氢液体燃料,实现煤炭的化学高价值利用;通过高温过滤、半焦直燃、燃气轮机与蒸汽轮机相结合等方法,实现对煤炭燃烧过程中高位热能的充分利用,进一步提高热-电联产效率。

我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析

能源结构中全球大多数国家的主体能源是石油,而我国以富煤、贫油、少气为本土资源特点,煤炭是主体能源.目前随着我国改革开放的不断深入,社会经济快速发展,能源的需求大幅度增加.这使得对煤炭资源的勘探与开采必须不断深入,进入到第二深度空间日益紧迫.在开采过程中的难度随之增大,故必须引入当代高、新技术,防范灾害并提高煤炭综合利用效率.基于对我国主体能源-煤炭存储与需求的分析,本文将研讨以下几个问题:1)我国面临的能源形势与国策;2)当今对化石能源的需求、煤炭资源的生产和消费特点;3)全球和我国煤炭资源的生产、利用、需求、潜能和存在的问题;4)煤炭深部勘探、开采和高新技术的应用;5)我国煤炭的高效利用与其在能源结构中的不可替代;6)我国在发展进程中第二深度空间的煤炭需求乃必然轨迹.

矿山开发环境评价应注意的几个循环经济问题

阐述了循环经济的内含与原则,提出了在矿山开发环境评价中贯彻循环经济理念应重点关注的问题是重视矿区一体化整体高效开发、发展绿色开采技术、推行资源的综合高效开发利用、重视“二次矿产资源”资源化利用、推行清洁生产,从生产全过程控制环境污染。

中国主体能源——煤炭的第二深度空间勘探、开发和高效利用

化石能源包括石油、天然气和煤炭,它们是一次性不可再生能源.我国与世界发达国家相比在能源结构上存在很大差异,在全球范围内化石能源结构中多以石油为主体,而我国基于本土的优势资源和特点则以煤炭为主体.随着我国工业化的进程和经济的腾飞对化石能源的需求日益大幅度的增加,使得煤炭资源的深层勘探,即第二深度空间（500-2000 m）的勘探与开采必须迅速提上日程.当然在开采过程中的难度亦必随之增大,特别是深层复杂构造与岩石的物理-力学属性;机械化的适宜采掘技术;高浓度的大量瓦斯溢出;介质与结构的高应力状态;地下温度的升高和大量涌水等灾害.因此必须引入当代高、新技术,强化高精度探测与数据采集和对介质破裂过程的高分辨动态监测与防范.同时必须提高煤炭的高效和多元化综合利用;特别是煤炭液化和发展洁净煤技术,以达在我国能源结构中的主体能源——煤炭能发挥更大的效能并造福于人类!