低阶煤大规模提质实现能源保障和节能减排

   低阶煤在全世界含量都非常大，我国低阶煤含量同样如此，低阶煤合理利用是实现我国能源保障不可或缺的潜在资源。我国各种低阶煤的含量和分布：

含水量高、利用程度低的褐煤资源约占全国探明保有储量的13%（1300亿吨），主要分布于内蒙古、东北三省和云南等省区；

灰分大于30%的高灰煤约占10%（1000亿吨），主要分布于晋北、京西以及西南的部分煤田；

中高硫煤和高硫煤约占15.5%（1550亿吨），主要集中在西南、中南和华东等地；

焦煤与肥煤是炼焦工业不可缺少的原料，但资源量仅为煤炭保有储量的9.4%，是我国的稀缺煤种，这种稀缺煤炭资源的一半左右因硫等杂质含量高而难以开发利用；

其他低硫高灰的稀缺煤在分选过程中又将产生约20%的中煤，这部分中煤灰分一般在35%左右，由于其灰分高目前只能作为燃料使用，导致稀缺煤资源的浪费。

随着我国煤炭开采规模的扩大、开采水平向深部延伸以及产煤重心的西移，我国煤炭产出中低阶煤总量不断增加。因此，针对这些高含灰、高含硫、高含水的低阶煤特点，进行大规模提质利用, 是我国煤炭工业可持续发展亟待解决的重大难题。
   煤炭的高含杂是造成其利用能效低、污染严重的直接原因。目前我国排入大气中85%的SO2、70％的烟尘、60％的氮氧化物和80%的CO2都来自于煤的燃烧。我国SO2年排放数量居世界首位，酸雨已覆盖国土面积30%左右。研究表明，煤炭提质是提高能效、降低污染的重要途径。
 
我国电煤平均灰分28％左右，而美国则小于8％，按2010年全国平均供电煤耗335 gce/kW·h计算，灰分由30%下降至10%~20%，可降低磨煤电耗约30%~70%，节约供电煤耗1.01~2.35 gce/kW·h。若煤中硫分降低1%，1吨燃煤少排放20 kg SO2。对于焦炭生产来说，若炼焦煤的灰分降低1%，炼铁焦炭耗量降低2.66%，高炉的利用系数可提高3%~4%。目前我国已少量开发的褐煤90％以上用于燃烧发电，但高含水使得褐煤利用效率下降，经济性差。若褐煤水分由40％降至15％，锅炉热效率可提高1.16%。另外，高含水褐煤的销售半径一般限于500~600 km以内，更长距离运输能耗高、经济效益差。
   因此，低阶煤的大规模提质利用符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》关于能源领域“促进煤炭的清洁高效利用，降低环境污染，大力发展煤炭清洁、高效、安全开发利用技术，并力争达到国际 水平”的优先主题。

低阶煤大规模提质利用尚面临诸多困难

   （1）尽管建立了煤化学体系，但低阶煤的杂质赋存化学与赋存物理缺乏研究。主要表现为对低阶煤中微细矿物组成、赋存规律研究较少；对含硫组分的结构、有机组分族与相应含硫基团间的结合类型与作用，褐煤中水与含氧基团的赋存化学与物理研究不足，缺乏脱杂提质的物质认知基础。
   （2）尽管进行了褐煤脱水的技术开发，但缺乏高效脱水提质方法。现有技术存在能耗高和脱水褐煤易复吸、自燃的突出问题，同时人们对褐煤中水的赋存以及脱水机理缺乏研究与认识，因此难以找到有效的大规模脱水并抑制复吸的方法。
   （3）尽管煤中无机硫脱除相对成熟，但有机硫脱除的研究进展不大。在微波脱硫方面，固定频率的微波脱硫显示出初步的效果，但对硫化学键在微波辐照下的断裂、脱除机理、微波脱硫工艺过程及调控缺乏研究，更没有找到工业应用的途径。
   （4）尽管提出了分选流态化方法，但缺乏实现煤炭脱灰脱水的大型稳定流态化及能量高效传递的工程基础。流态化分选中的稳定性以及大型化的边界效应等关键问题一直没有解决，对浓相高密度准散式流态化的形成机理以及多尺度复杂组分的分离机制缺乏认识，此问题的解决可实现大型稳定流态化及高效传递的工程基础。
   （5）尽管实现了煤炭粗粒分选，但缺乏基于微细粒分选的煤炭深度脱硫降灰的方法与途径。长期以来，以重介质旋流器为代表的粗粒分选技术支撑了选煤技术发展，但微细粒分选仍然是世界性难题。一方面，选择性絮凝、油团分选等微细粒分选技术难以工业化应用，另一方面，基于常规浮选的煤炭深度脱硫降灰也难以实现，对分选非均衡性及微细粒的尺度效应等认识不够，缺乏过程强化与高效分离机制的研究。
   （6）尽管煤炭燃烧与气化技术取得进展，但缺乏提质煤利用的工程基础研究。对提质煤的物理化学特性变化认识不足，对其燃烧过程中的热质传递及反应动力学机理缺少研究，对高熔融性灰渣形成及调控机理认识不足，此问题的解决可构建提质煤大规模高效利用的工程基础。

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