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“211工程”重點學科建設項目:煤炭資源加工利用與潔淨煤技術


一、計劃建設內容

根據總體建設目標,“煤炭資源加工利用與潔淨煤技術”項目分8個子項目建設。

表1 項目計劃建設內容彙總表
序號子項目名稱負責人
1幹法分選與篩分試驗研究系統陳清如、趙躍民
2高硫煤脫硫降灰研究試驗系統謝廣元
3顆粒高速動態分析系統陳清如、趙躍民
4精細水煤漿的製備與燃燒王祖訥
5煤轉化基礎研究實驗系統魏賢勇
6型煤關鍵技術研究系統武建軍
7燃料電池研究朱 紅
8非線性化學理論在硫氧化動力學中的應用高慶宇


二、 項目建設取得的標誌性成果

1.標誌性成果名稱 煤炭加工與潔淨煤技術的理論、實驗系統與應用技術。

2.標誌性成果摘要 煤炭加工對解決燃煤型大氣污染具有重大現實意義。通過本項目的建設和研究工作,創立了濃相高密度氣固兩相穩態流化理論、粒羣透篩概率理論和旋流微泡柱浮選理論 ,以及水煤漿隔層堆積、空間位阻和熵斥力作用分散理論 ;建成了具有國際領先水平的幹法分選試驗系統、具有國際先進水平的煤炭脫硫降灰試驗系統 ,以及國內外首創的精細水煤漿的製備與燃燒試驗系統 。 在此基礎上開發了相關的應用技術 。

3.標誌性成果內容

1)應用背景與重要意義煤炭是我國的主要能源  ,煤炭提供了76%的發電能源和60%的化工原料 。煤炭又是不潔淨的能源 ,在開發利用過程中對環境造成嚴重污染。我國煤炭資源的特點是高灰高硫煤比例大,煤炭降灰脫硫難度大、乾旱地區煤炭儲量大(佔全國總儲量的三分之二以上)。煤炭入選比例低  ,大量原煤直接燃燒造成燃煤效率低下和嚴重的煤煙型大氣污染。據統計 ,全國大氣中80%的SO2和70%的煙塵來自燃煤。提高煤炭利用效率、減少大氣污染的潔淨煤技術已成爲世界各國能源與環境協調發展的戰略方向,已正式列入《中國21世紀議程》。煤炭資源加工利用與潔淨煤技術項目對於提高我國潔淨煤技術水平 ,有效利用煤炭資源 ,保護生態環境 ,節約水資源,實現國民經濟持續發展具有重大現實意義和戰略意義。

2)理論成果(1)創立了幹法分選和幹法篩分理論空氣重介質流化牀幹法選煤理論突破了稀相低密度氣固兩相流化牀的傳統理論,開闢了礦物加工學科濃相高密度流化牀高效幹法選煤研究的新領域。提出了利用窄粒級加重質在低流化氣速下創造三維空間密度均勻穩定流化牀方法 ;提出不同粒級煤粉在流化牀中的三級分佈理論;建立了分選介質的動態平衡模型以及牀層密度與煤粉含量的關聯式;揭示了振動流化牀及磁穩態流化牀的細粒煤分選機理;揭示了雙密度層流化牀形成機理及粒子分離和混合的規律  。 創立了粒羣透篩概率理論 ,揭示了物料篩分過程的實質,突破了傳統的單顆粒透篩概率理論 。 建立了彈性篩面篩分理論和設計公式,揭示了彈性篩面克服堵孔的機理;揭示了單顆粒在篩面上運動存在週期分叉、倍用週期分叉、混沌運動規律 ;建立了粒羣在振動篩面上隨機運動規律 ;提出了潮溼細粒物料大振動強度篩分機可靠性設計理論 。 上述研究成果近年來被國內外許多書刊引用,並得到了高度評價。1997年“空氣重介質流化牀幹法選煤理論及發展”獲國家教委科技進步(甲類)一等獎。 (2)發展了中心給料重介旋流器和浮選柱分選理論 研究了在中心給料圓筒重介旋流器內介質和礦粒在離心力場中運動規律 ,提出圓筒重介旋流器的分選理論  ,極大地改善了分選效果,旋流器的通過能力與使用壽命顯著提高。揭示了射流式微泡發生器氣泡粉碎和溶氣析出的機理,開發出高效穩定的新型微泡發生器 ,爲浮選柱的穩定運行奠定基礎 ;通過微泡的高紊流礦化和柱內升浮礦化相結合、浮選和離心力場分離相結合 ,創立了新型高效的柱分選理論。該方法通過國家自然基金委組織的技術鑑定,並獲得美國發明專利 。(3)發展了水煤漿製備的理論建立了煤炭成漿性模型和評定指數 ,成功地用於預測煤炭製漿效果和優選製漿用煤 ;建立了級配新理論 ,提出了隔層堆積理論;建立了依靠立體障礙保持煤漿分散 ,依靠形成空間結構保持煤漿穩定的新理論 。“中國煤成漿性的基礎理論研究”獲1998年教育部科技進步二等獎  。

2)實驗系統(1)建成了具有國際領先水平的幹法分選與篩分中試系統該系統包括空氣重介質流化牀分選系統和幹法篩分系統,擁有先進的測控手段,可進行工藝參數測試、半工業性試驗等。系統還配備了雙光纖測量儀、DASTAR數據採集系統等,可用於氣固流化牀流化特性、氣泡行爲、牀層壓力、濃度動態信號的採集與處理的研究。該系統可實現50-6mm煤炭的有效分選,Ep 值達0.05 ,爲承擔國家級項目的基礎研究、技術開發提供有力的支撐條件 。(2)高硫煤脫硫降灰研究試驗系統建立了以三產品中心給料圓筒重介旋流器、旋流微泡浮選柱、精煤壓濾機爲核心的具有國際先進水平的多功能實驗系統。該研究系統爲煤炭深度脫硫降灰的基礎研究、先進的高硫煤度脫硫降灰工藝開發提供了技術支撐,爲相關設備的大型化、系列化及選煤廠整體工藝優化提供了技術依據。(3)細水煤漿的製備與燃燒實驗系統建立了屬國內外首創的煤炭深度物理加工連續性小試生產線和煤漿燃用實驗系統 。該系統爲生產超低灰精煤和精細水煤漿以及精細水煤漿不同方式燃用技術基礎研究提供了技術支撐 ,爲實現我國的精細水煤漿代替柴油燃燒戰略創造條件 。

3)應用技術 (1)空氣重介質流化牀幹法選煤系統和幹法篩分設備在氣-固穩態流化理論的指導下,發明了空氣重介質流化牀選煤方法及分選機 ,1996年獲國家發明三等獎 ,並在世界上首先實現工業化,“九五” 國家科技攻關項目“150 t/h大型空氣重介質流化牀幹法選煤系統和設備”於2000年12月通過驗收 。 空氣重介質流化牀幹法選煤方法和分選機爲我國嚴寒缺水地區和易泥化煤炭的分選開闢了有效途徑 。在粒羣透篩概率理論及彈性篩面篩分理論的指導下,研製出琴絃概率分級篩和XCS弛張篩,並在工業上推廣應用 。 (2)高硫煤洗選脫硫降灰工藝與設備重力選和浮選相結合是高硫煤脫硫降灰的有效途徑 。中心給料重介旋流器、旋流微泡浮選柱以及隔膜快速精煤壓濾機構成的工藝系統已成爲我國煤炭全粒級深度脫硫降灰的理想工藝,目前已建成三座高硫煤脫硫示範選煤廠,年創經濟效益3000多萬元 。各種規格的旋流微泡浮選柱已在全國推廣近60臺,年經濟效益5000多萬元 。(3) 水煤漿製備成套技術水煤漿技術日趨成熟,已建成了由我國自主開發的製漿技術和專用設備的100萬噸/年大同製漿廠和其它8座製漿廠,增收節支近3億元,被國家科技部列爲國家重點推廣項目 。“


三、 十五”211工程建設

1、項目建設整體目標通過項目的建設,把本學科建設成解決我國煤炭加工與潔淨能源工程重大理論和關鍵技術問題的基地  ,特色研究方向達到和接近國際領先水平 ,高層次的人才培養質量與國際水平相當 ;創造條件建設省級(或國家級)工程研究中心 。


2、主要建設內容及具體指標

1)主要指標在細粒煤幹法分選理論和技術方面達到國際領先水平,在煤炭高效淨化理論及應用方面取得重大研究成果 ,並達到國際先進水平,在超淨煤代油氣化與煤炭高效利用方面達到國內領先水平。

2)主要建設內容(1)細粒煤幹法分選理論與技術建設外加力場流化牀細粒煤分選試驗研究系統,研究解決6mm以下細粒煤的流化牀幹法分選理論與技術問題 。通過項目的建設,建立外加力場幹法分選理論 ,其研究成果達到國際領先水平。建設微粉煤的摩擦電選燃前脫硫降灰研究系統,研究解決燃煤電站微粉煤爐前脫硫降灰的理論與技術問題  ,其研究成果達到國內領先水平 。建設幹法深度分級研究試驗系統 ,研究細粒煤炭粘附作用機理 ,解決物料堵孔的途徑,創立新的深度分級理論。(2)煤炭高效淨化理論與技術建設煤炭深度淨化研究系統,研究煤炭超淨化製備技術。通過項目的建設 ,建立微細粒梯級優化分選理論,其研究成果達到國際先進水平。建設選煤調質潔淨燃燒研究系統 ,研究調質添加劑的組成對煤的燃燒特性的影響 ,以及燃燒方式和條件對脫硫的影響。並深入進行理論研究和技術設備的開發 ,建立煤炭調質潔淨燃燒理論 。建設煤炭加工過程模擬及優化控制試驗研究平臺 ,對加工過程進行模擬和優化控制 ,開發相關的專家系統 。其研究成果達到國內先進水平。(3)超淨煤轉化與煤中可溶物分離理論與技術建設超淨煤代重油直接氣化研究系統 ,研究解決超淨煤代重油氣化的問題,通過項目的建設 ,建立超淨煤油混合氣化燃燒理論 ,爲超淨煤的高效利用和代油氣化技術提供相關理論和技術支撐。其研究成果達到國內先進水平 。建設煤中有機可溶物分離與提取研究測試平臺  ,研究解決煤中有機可溶物的分離、提取工藝和技術。爲開發煤炭高附加值產品開闢新途徑 。(4)二次資源的高效分離與加工技術建設電子、電器等廢棄物渦流分選和磁流體分選研究平臺,研究解決電子廢棄物的高效分離加工問題 。通過項目的建設 ,形成電子電器廢棄物的無害化處理技術  。其研究成果達到國內先進水平。建設高性能窄微孔碳質吸附劑製備及氣體分離研究平臺,研究解決高性能碳質吸附劑的製備技術,主要性能指標接近或達到國際先進水平 。(5)煤炭生物與化學處理技術建設煤炭微生物脫硫研究試驗系統 ,主要研究煤炭生物脫硫菌種的選育和改良,煤脫除有機硫的生物反應機理和反應動力學,生物脫硫的電化學強化機制 。通過項目的建設,形成煤炭生物脫硫新方法,其研究成果達到國內先進水平 。建設煤炭脫硫副產物的生物還原研究平臺 ,主要研究硫酸鹽還原菌的選育與反應機理,生物還原工藝系統,以及生物還原反應與分離設備,解決脫硫副產物產生的二次污染問題 。建設煉焦化學品的生物催化轉化研究系統 ,以煉焦煤中多環芳香化合物爲原料 ,在分子設計的基礎上實現分子組裝,定向合成結構可控的具有生物活性的染料、農藥和醫藥等精細化學品  。建設燃料礦石中雜元素化學調控理論研究平臺  ,主要研究解決燃料礦石中雜元素的氧化化學動力學問題 。通過項目的建設 ,提出煤加工中某些雜元素調控的一般理論,通過煤的組成和結構研究,選擇典型煤的含雜元素模型化合物 ,進行動力學及其調控研究  ,建立硫價態調控的動力學理論,並實現煤矸石的化學高效利用。

3)預期的標誌性成果(1) 細粒煤複合力場幹法分選理論與技術;(2) 煤炭生物、化學處理與超淨煤製備技術;(3) 油煤混合氣化與煤炭調質燃燒技術。

4)狗万app隊伍建設與狗万app交流(1)狗万app隊伍建設“十五”期間新增博士生導師5人,教授12人,青年教師中有博士學位的比例達到70%,碩士學位比例達到90%。培養2-3名在國內外有影響的狗万app帶頭人 ,並形成合理的狗万app骨幹梯隊。(2)狗万app交流“十五”期間主辦國際或國內狗万app會議3至5次 ;出國講學、進修10人次 ;邀請國外學者合作科研或講學10人次 ,出版專著20-25部 ,發表高水平狗万app論文850篇。加強與國外的信息與圖書資料交流 。準備籌辦召開第十屆全國選煤大會和第十六屆國際選煤會議等。

5)基地條件建設建成礦物加工創新人才培養基地;建成煤炭高效淨化與轉化的試驗研究系統,形成對外開放的運行機制  。

6)項目完成後的自身發展能力通過本項目的建設,能夠爲解決我國煤炭深度加工和高效潔淨利用重大理論和工程技術問題提供有力支撐。在特色研究領域達到和接近國際領先水平,推進我國潔淨煤技術的發展進程。培養高質量的高層次人才 ,爭取建立礦物加工省級(或國家級)國家工程研究中心。加強基礎理論研究、應用研究與工程開發 ,承擔國家有關煤炭深度分選加工、轉化和高效潔淨利用技術方面的重大科研課題 。 
3.項目建設經費本項目建設總經費1500萬元。1、 大型設備及實驗系統經費 1200萬元2、實驗室改造及配套經費 100 萬元3、狗万app交流、人員培訓所需經費 80 萬元4、課程和教材建設、專著出版、文獻資料等 120 萬元


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