山西科城能源环境创新研究院：煤炭清洁高效利用100问_94页_1mb

煤炭清洁高效利用研究报告总结

1 基础概念理解

煤炭清洁高效利用指在煤炭生产、加工、运输、利用和转化过程中，降低能源消耗，控制污染物和温室气体排放，提高利用效率的活动。其重要性源于煤炭作为"富煤、贫油、少气"的中国主体能源的地位，同时是实现"双碳"目标的关键路径。

1.1 煤炭基础知识

• 形成机理：植物残骸经生物化学、地球化学作用形成煤，包括腐泥化阶段（泥炭沼泽）和煤化作用阶段（温度、压力影响）。
• 分类标准：中国采用GB/T5751-2009标准，按煤化程度分为褐煤、烟煤、无烟煤三类，共11种煤种，根据Vdaf（干燥无灰基挥发分）和Qgr（恒湿无灰基高位发热量）划分。
• 国际分类：ISO11760以变质程度（镜质组反射率）、岩相组成、干基灰分产率为依据，分为低阶褐煤、中阶烟煤、高阶无烟煤三类。

1.2 资源分布与环境挑战

• 全球分布：美国、俄罗斯、中国煤炭储量最多，亚太、北美、独联体、欧盟合计占全球储量90%以上，中国占比13.3%。
• 中国分布：煤炭资源集中在山西、内蒙古、陕西等北方省份，形成"北煤南运、西煤东调"格局。
• 环境影响：煤炭燃烧产生SO₂、NOx、颗粒物，是大气污染主来源；甲烷泄漏增加短期温室效应。

2 重要形势与挑战

2.1 能源结构变化趋势

• 全球能源结构仍以传统化石能源为主，石油占比30.95%，煤炭26.9%，天然气24.4%，可再生能源5.8%。
• 可再生能源增长显著，2020年占全球电力增量53%，中国成为全球最大可再生能源增量国。
• 主要发达国家加速退煤进程（如英国2025年、法国2023年、德国2038年），欧盟因能源危机部分国家重新使用煤炭。

2.2 中国能源与碳排放现状

• 中国煤炭消费量占全球一半以上，2020年占一次能源消费56.8%，保持全球最大消费国地位。
• 电力行业占全国碳排放40%以上，煤电装机容量达11.1亿千瓦（2021年底），发电量占比71.13%。
• 煤炭清洁高效利用相关政策密集出台，形成促进技术发展的政策框架。

3 技术路径分类

3.1 煤炭开发与利用端技术

能源转换与多能互补

• 超超临界发电：蒸汽压力>25MPa、温度>580°C，供电效率43.8%~45%，显著降低煤耗。
• 碳捕集技术（CCUS）：燃烧后脱除（主流）、燃烧前分离、富氧燃烧、新型技术（如化学链燃烧）。
• 风光火储一体化：通过源荷储协同，提升新能源消纳能力，构建低碳电力系统。

绿色煤化工与氢能耦合

• 绿电绿氢：利用可再生能源制氢，与煤化工结合，实现源头减碳。
• 煤化工低碳化：优化工艺（如全废锅流程）、能量系统优化、副产品资源化（如CO₂捕集与利用）。

3.2 污染控制与资源化技术

煤矿开采减碳

• 绿色开采技术：充填开采、保水开采、煤与瓦斯共采、无煤柱开采等减少地表沉陷与碳排放。
• 矿区生态碳汇：通过土壤重构、植被恢复、立体空间碳汇等手段提升固碳能力。

选煤与洗选环节

• 高精度分选技术：重介质选煤（分选精确度高）、跳汰选煤（粒度范围宽）、浮游选煤（处理细粒煤）。
• 智能选煤：融合通信、AI、自动化技术，提升分选效率与管理水平。

燃烧与工业排放控制

• 发电厂实施三改联动（节能降耗、供热、灵活性改造），推行超低排放标准。
• CO₂地质封存：利用枯竭油气田、深部咸水层、煤层等空间封存，典型案例包括加拿大边界大坝项目（年封存140万吨CO₂）。

4 政策与案例参考

核心政策文件（2014-2022）

• 《煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020年）》、《高耗能行业重点领域能效标杆水平》等，覆盖节能、减排、技术创新多方面。
• 标准体系：建立煤炭洗选企业标准化管理、商品煤质量（如灰分≤30%、硫分≤15%）等规范。

典型案例

• 边界大坝CCS项目：全球最大燃煤电厂碳捕集项目，年捕集百万吨CO₂用于EOR。
• 陕煤榆化示范工程：世界最大煤炭分质转化项目，包含1500万吨煤炭热解等复杂工艺。
• 国电泰州超超临界电厂：发电效率47.92%，实现超低排放。

结论

煤炭清洁高效利用作为中国能源转型的重要支柱，需联动技术创新、政策引导与案例示范。通过超超临界发电、CCUS技术、绿氢耦合等手段降低碳排放，同时完善标准与监管体系，建立多层级碳汇系统。上述路径可有效支撑中国2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的实现。