评选|《洁净煤技术》2023年度优秀论文初选

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》2023年度优秀论文评选活动旨在促进洁净煤技术领域科学成果的传播与推广，增强洁净煤技术前沿技术的交流与互动。本届优秀论文评选采用专家评审与读者投票相结合的方式，从本刊2022年正式刊出的论文中，遴选30篇论文入围本轮投票，根据综合得票确定20篇获奖论文。

希望喜欢支持《洁净煤技术》的读者，关注并参与本次活动，积极转发投票页面，选出您心目中的《洁净煤技术》2023年度优秀论文。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 153个
关键词; 149位
专家; 30篇
论文; 23209IP
点击量; 18576次
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煤气化渣特性分析及资源化利用研究进展

作者(Author)：范宁, 张逸群, 樊盼盼, 樊晓婷, 王婕, 王建成, 董连平, 樊民强, 鲍卫仁

摘要：我国能源结构特点为富煤、贫油、少气，煤化工行业发展充满机遇和挑战。煤气化技术是现代煤化工的前端支柱，是实现煤炭清洁、高效、绿色、低碳利用的有效途径，具有重要的国家战略意义。煤气化技术规模化应用产生的大量固体废弃物（煤气化渣）的处置，是煤化工基地当前迫切需要解决的问题。分别从国内具代表性煤化工基地的气化灰渣粒度组成、矿物构成、微观形貌、表面性质和持水特性等理化性质入手，对比分析不同炉型、产地、气化工艺等条件下的灰渣特点。灰渣物性特点的差异化与气化工艺、炉型、煤种等因素均相关。灰渣主要组分为硅铝矿物等，其中粗渣粒度普遍偏大；细渣残炭质量分数一般在20%左右，且其表面含氧官能团丰富。此外，细渣因其孔隙率高，含水率较高。基于气化灰渣理化性质，系统归纳了目前报道的气化灰渣提质方法，提出炭-灰分离是实现气化灰渣减量化与资源化利用的重要前提。从高效回收微细粒矿物角度考虑，浮选是最合适的炭-灰分离方法，但由于残炭发达的孔隙结构与含氧亲水性基团的存在导致可浮性差，目前生产成本较高；从降低生产成本、提高处理量角度考虑，重力分选方法是首选，但存在分选下限高的问题；而磁力分选则对铁磁性矿物含量高的灰渣更具有针对性，不具有普遍适用性。综上分选分离方法特点，研制规模化分选设备、研发新型高效浮选药剂与浮选方法及开发高效低耗的气化灰渣分级分选的联合分选工艺是后续炭-灰分离领域的研究重点。此外，系统总结了气化灰渣资源化利用研究进展。建工建材等应用领域可实现气化灰渣的规模化消纳，是提高固废综合利用率的首要利用方向，但需进一步研究气化灰渣干燥脱水、重金属析出等后续问题；生态修复、锅炉掺烧、碳材料制备、吸附/催化剂制备等领域可实现气化灰渣的高值化利用，亦应充分考虑市场容量问题。以下游市场为导向，综合考虑技术现状、成本核算、市场消纳等因素，结合高效分离与分质利用理念，是实现气化灰渣资源化利用的有效途径，保证企业效益和环保效益，同时也是实现煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展的重要补充。

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2022年第08期

743

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低阶烟煤煤岩显微组分分选及其分质利用研究进展

作者(Author)：周安宁, 张怀青, 李振, 屈进州, 赵伟, 杨志远, 赵世永

摘要：双碳”目标下煤炭资源的加工和利用面临着根本性的变革，传统利用方式已不能满足当前的生态环保要求，而煤炭作为国家能源安全的基石，在未来很长时间内，仍将发挥巨大作用。我国超过40%的煤为优质的低阶烟煤，由于其惰质组质量分数过高（>35%），限制了这部分资源的高值转化。同时，由于煤岩显微组分之间的相似性及其赋存特征的复杂性，煤岩显微组分的分离富集工作面临巨大的难度和挑战，极大制约了这部分资源的分质转化利用。为全面了解煤岩显微组分分质利用的现状和发展趋势，促进煤炭资源的清洁高效低碳化利用，笔者从煤岩显微组分的测定方法、分选方法和清洁利用3个方面进行了系统论述，同时提出了未来发展的思路和方向。煤岩显微组分的测定方法面临细粒物料识别困难或测试精度低的问题，亟需开发一种基于煤岩显微组分结构参数，不受粒度限制的高效定量方法。在煤岩显微组分的分离方法方面，电浮选-电凝聚、油泡浮选和气流粉碎-精细分级等新分选方法，能有效改善传统分选方法选择性差、富集率低等问题，具有过程可调控、适应性强等优势。以煤岩显微组分分选为核心的煤炭分质清洁利用技术，打破了常规的用煤标准和煤种限制，煤岩显微组分经过有效的分离富集后，富镜质组煤可大比例应用于配煤炼焦、热解、液化等领域，富惰质组煤可作为制备碳材料的原料或燃料等，实现了各显微组分的物尽其用。基于煤岩显微组分的分质利用可从根本上提高煤转化利用能效、减少碳和污染物排放量，对于煤炭清洁高效利用，实现“双碳”战略目标具有重要的现实意义。

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2022年第07期

1337

874
碳中和目标下发电领域低碳转型路径

作者(Author)：胡道成, 张帅, 韩涛, 郑旭帆, 顾永正, 徐冬

摘要：“碳达峰、碳中和”目标为我国发电领域低碳转型科技创新指明了方向和路径，在全球能源电力行业创新发展的背景下，发电领域向低碳化、清洁化、智能化、电气化、市场化、国际化发展成为必然趋势。分析了我国发电领域在煤炭清洁高效发电、可再生能源发电、核能、先进储能、氢能等方向的低碳转型科技创新现状、存在问题以及未来技术发展路径。为适应以新能源为主的新型电力系统，我国煤电机组正由传统主体电源逐步向基础电源转变，但国内大部分机组按照基本负荷设计，负荷调节范围、变负荷速率等关键指标与国外差距较大，且存在老机组效率低、碳排放高等问题，未来还需加大灵活智能发电、超高参数燃煤发电、新型高效燃煤发电、碳捕集利用和封存（CCUS）技术的攻关；我国水电技术已实现全面提升，形成了全产业链的整合能力，还需在高水头大容量和超低水头发电机组、安全高效运行和智慧电站关键技术方面发力；我国风电技术从风机设计制造、风电场开发运维、设备检测认证到标准体系建设等方面进行了全面研究部署并取得突破，还需向大型化、轻量化、低成本风力发电方向攻关，推动新一代信息技术应用，提高关键部件国产化率；光伏发电技术基本与世界同步，高效、低成本是技术主攻方向，光热发电技术在系统设计、集成运行等方面与国外差距明显，还需开发大容量、高参数、长时间储热、低成本的光热发电技术；地热发电和海洋能发电处于基础研究或技术研发和验证阶段，仍需加大技术研发和工程示范；我国已拥有完整的核燃料循环和核工业体系，核电技术走在世界前列，但在基础技术、工艺、材料、软件等方面卡脖子问题仍存在，还需在先进核能系统、核能综合利用方面加强研究，坚持走闭式核燃料循环技术路线，持续改进核能利用安全性；当前我国储能正向“规模化发展”迈进，但储能产业距离整体健康发展仍有差距，储能技术仍需向安全性、长寿命、低成本、规模化方向发展；氢能已形成完整产业链，但氢气主要来自灰氢，未来发展与大规模光伏发电或风力发电配套的电解水制绿氢技术将成为重点。

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2022年第07期

687

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双碳战略背景下燃煤电厂CCUS技术发展：挑战与应对

作者(Author)：马双忱, 樊帅军, 武凯, 杨鹏威, 陈柳潼

摘要：现阶段煤电仍是我国主要能源，装机总量大，短时间难以被完全替代，未来燃煤电厂高效清洁燃烧的技术标准是低碳排放。当前，双碳战略已上升到国家生态文明的高度，煤电亟需适应未来需求的碳捕集封存与利用（Carbon Capture Utilization and Storage，CCUS）技术。但国内已有超低排放电厂投运的CCUS设备普遍存在捕集成本高、产物利用量有限等问题，开发成本低、捕集产物可有效利用的CCUS技术是电力环保的共同需求。为此，提出煤电CCUS未来技术发展方向应该是烟气污染物一体化耦合控制，如应用等离子体氧化技术，首先氧化烟气中还原性污染物SO2、NO等，而后以氨水为吸收剂协同脱硫脱硝脱碳，整体污染物脱除流程简单，副产品具有广阔的化工转化空间。继而提出稳定的氨源供给是实现上述一体化脱除的物质保障，构建燃煤电厂自给自足的制氨过程为煤电未来开发更丰富的产品线（氨能、肥料、化工品等）提供了可能。

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2022年第06期

876

641
煤粉炉掺烧生物质发电技术研究进展

作者(Author)：周义, 张守玉, 郎森, 刘思梦, 杨济凡, 马达夫, 胡南, 吴玉新

摘要：面对碳达峰、碳中和的减排压力，生物质由于其来源广泛、储量丰富、排放清洁低碳等优点而备受关注。生物质种类繁多，包括农业秸秆、林业废弃物、禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂，燃煤电站掺烧生物质可有效降低CO2排放量，增强锅炉侧燃料灵活性。介绍了生物质燃料特点，概述了其与煤混燃的燃烧特性、结渣特性以及污染物排放特性。对煤粉锅炉掺烧生物质的技术路线及其改造成本进行总结与比较，最后讨论了煤粉炉掺烧生物质的技术壁垒及解决方案。农林类生物质挥发分较高，反应活性较好，掺烧该生物质可改善燃料燃烧性能，增加炉内燃烧稳定性。但该类生物质中碱金属含量高，掺烧时易结渣，灰熔融温度及燃料中碱金属含量是预测锅炉结渣的重要指标。农林类生物质硫含量、氮含量、灰分及重金属含量均较低，掺烧可减少SOx、NOx、烟尘及重金属等污染物排放。污泥类生物质水分高、重金属含量高、热值低，燃烧特性不如煤，掺烧污泥易对锅炉燃烧及污染物排放产生不利影响，但质量比10%以下的污泥直接掺烧对机组影响不大。禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂气化后的生物质气用于煤粉炉掺烧可起到稳燃作用，减少锅炉SOx、NOx、烟尘及重金属等污染物排放。生物质与煤耦合发电技术中直接耦合方案较适合农林类生物质掺烧，间接耦合适用于禽畜粪便、生活垃圾及废弃油脂的掺烧，而污泥宜干化后掺烧。生物质经压缩成型后的成型燃料抗压强度及能量密度有较大提升，该技术可一定程度解决生物质储藏及运输等供应链问题；燃料预处理及抗结渣添加剂可降低燃料碱金属含量，提高灰熔融温度，降低锅炉结渣风险；烘焙处理可提高生物质可磨性，增加生物质掺烧比例，提高锅炉制粉系统对掺烧生物质的适应性；对锅炉燃烧器进行改造，合理配风可提高燃烧系统对掺烧生物质的适应性。农林类生物质原料的收购成本高于煤，且生物质发电量无法精确计量暂不能获得财政支持，经济性较差。掺烧生物质的经济性是现阶段阻碍生物质大规模掺烧的主要原因，较低成本的生物质来源及生物质发电量的计量难题亟待解决。

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2022年第06期

733

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典型污泥与煤泥混合燃烧及硫氧化物释放特性

作者(Author)：王鑫, 凌鹏, 安晓雪, 韩亨达, 徐俊, 江龙, 汪一, 苏胜, 胡松, 向军

摘要：污泥和煤泥产量逐年递增，影响生态环境和人类生活，急需对二者进行合理处置。结合污泥及煤泥的燃料特性，二者混烧能产生一定协同效果，在不同燃烧阶段有效互补，最终实现二者高效协同燃烧和综合减量化，对高效处置污泥与煤泥具有重要意义。前人大量研究了污泥/煤泥与典型燃料（煤、生物质等）的混合燃烧特性及硫氧化物释放特性，但鲜见二者之间的混烧特性及硫氧化物释放特性研究。因此在自主搭建的固定床燃烧反应系统上，对干燥后的1种典型污泥（达利污泥）以及2种煤泥（灵石煤泥和山西焦煤泥）进行了混合燃烧试验，分析了燃料种类、温度、混合比例等因素对混烧特性和硫氧化物释放特性的影响。结果表明：污泥与煤泥混合燃烧时，提高温度和增加污泥混合比例均能加快燃烧反应；燃烧过程中SO2转化率随燃烧温度升高均呈先降低后上升的趋势，高温会促进固定在无机物中硫的二次释放。污泥与煤泥混合燃烧时，二者存在明显交互作用，会显著影响SO2的生成与释放。800 ℃混烧时，由于灰分与SO2形成含硫化合物加强了固硫作用，抑制了SO2释放；而1 000 ℃混烧时，由于加快燃烧反应促进了无机硫分解，从而导致SO2释放增加。因此在800 ℃、30%污泥/70%煤泥掺混燃烧时，可获得较低的SO2排放以及较高的燃料燃尽特性。

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2022年第06期

614

843
2060年碳中和目标下煤炭保障性需求预测

作者(Author)：王兵, 李璐, 鲜玉娇, 于鹏伟, 郝文超

摘要：碳达峰碳中和目标的提出对煤炭行业碳减排提出了巨大挑战，煤炭行业将面临全方位深度调整，在保障能源安全的前提下有序开展煤炭行业稳健可靠碳减排至关重要。基于煤炭流图和煤炭终端消费部门分析法，识别了煤炭消费重点领域并建立了基于部门情景分析法的煤炭保障性需求预测模型，系统分析预测了碳中和目标下电力、煤化工、钢铁、水泥、热力等部门在基准情景、保障情景和强化保障情景下的煤炭保障性需求，并用类比法论证了结果的可靠性。结果表明：2030、2040、2050年中长期煤炭产能需求量分别为21.2亿～28.7亿、14.0亿～20.9亿和6.6亿～13.1亿t标准煤；2060年基准情景和保障情景下煤炭保障性需求量为2.8亿～6.1亿t标准煤，考虑电力中断加剧和油气安全保障的强化保障情景下煤炭产能需求量将达到7.3亿t；电力部门和煤化工部门对于煤炭产能需求量的影响较大，且具有较高的不确定性，2060年电力部门和煤化工部门的煤炭保障性需求量分别为2.1亿～5.9亿和0.3亿～1.1亿t标准煤；其他工业部门能效提升、工艺优化、产量调整等将减少其煤炭需求，煤炭将由工业燃料向碳基原料转变；对比国际主要国家煤炭发展历程，2060年我国煤炭消费量将分别达到2.9亿和5.6亿～7.6亿t标准煤，本预测结果可信度较高。总量锐减、生产与消费结构优化、产业链延伸和低碳技术发展是碳中和背景下煤炭行业可持续发展的典型特征。面对碳中和背景下煤炭产业的长期发展趋势，煤炭行业应从煤炭产能科学评价、产业链革新、节能减排、保障电力安全和煤炭柔性化供给进行优化。

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2022年第05期

900

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中国煤电低碳转型之路———国外生物质发电政策／技术综述及启示

作者(Author)：毛健雄, 郭慧娜, 吴玉新

摘要：我国生物质具有储量丰富，分布广泛的特点，是一种可靠的低碳替代燃料，由于生物质燃料同时具有储能属性，合理有效地利用生物质，对于实现我国低碳/零碳的排放目标，构建以新能源为主体的电力系统具有重要作用。为此，系统综述了国外生物质利用政策及发电技术的发展现状和趋势，结合我国生物质特点及电力生产需求目标，对我国未来生物质利用途径开展深入分析。高效煤电+生物质混烧是全球范围内煤电低碳转型发展的主要方向，具有技术成熟、成本较低、利用形式灵活等优势，是英国、瑞典等国家实现碳中和的关键措施，在有效的政策激励下得到了快速发展。目前我国燃煤机组发电能效水平已显著提升，继续改进技术提升能效已不能满足火电大幅度降碳需求。燃煤发电的碳减排需要原料减碳和尾气固碳2方面着手进行，而生物质发电是一种原料减碳的有效措施。我国在发展高效先进节能煤电的基础上，应先立后破，大力发展生物质火电取代煤电，最终实现煤电的零碳化转型，因此煤电升级改造+生物质混烧+碳捕集、利用和封存（CCUS）的技术路径对我国最终实现2060碳中和具有重要战略意义。未来我国生物质发电技术的发展应注重3个方面：根据我国生物质资源情况及利用目标，制定更合理的国家法规政策和激励政策，如碳交易体系下减免碳税、根据耦合比例灵活性颁发发电补贴、绿证交易等，对燃煤电厂混烧生物质进行约束和支持；大力发展生物质燃料产业，规范生物质的加工和收购标准，建立稳定可靠的生物质燃料的供给市场，从根本上降低原料成本，把控原料质量，这也是促进生物质利用良性发展的重要举措；开发先进可行的生物质与煤混烧，乃至100%燃烧生物质的可靠技术，国外经验表明燃煤机组高比例掺烧生物质在技术上完全可行，但我国在此方面积累的经验较少，在原料加工制备与上料、保证锅炉掺混比例较大波动下仍能高效燃烧运行、解决锅炉腐蚀结渣等方面仍需技术积累。未来低碳能源系统将是多能互补格局，生物质大规模利用还将面临原料短缺问题，需推进在边际土地上种植灌木、草类等能源植物以及现有林地改造，建立农林废弃物和能源植物的一体化收、储、运和初加工产业链，可将其与发展三农战略相结合，利国利民。

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洁净煤技术

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