一、行业瓶颈
准东煤田预测储量约3900亿吨，占全国总储量的7%，我国最大整装煤田，满足中国百年煤炭需求，但因为准东煤富含Na、Ca等碱金属和碱土金属，燃煤过程Na、Ca的硫化物会引发灰沉积和沾污结渣，从而降低锅炉负荷，影响锅炉效率，严重时引发爆管事故，迫使电厂停炉检修。
洗煤是一种高效的去除煤中有害矿物质及改善煤的品质的途径，但水洗只能脱除水溶态Na和Ca，有机态 Na和Ca仍残留在煤中；酸洗能有效脱除煤中Na和 Ca，但常用的酸（如盐酸、硫酸等）在洗后会残留在煤中，从而造成燃烧设备腐蚀和环境污染问题，且成本较高，缺乏实际应用价值。因此，亟待找到一种经济适用又相对温和的酸来配合洗煤技术。
二、技术原理
基于CO2溶于水形成弱酸性水溶液机理，且不会造成二次污染，因此针对CO2的主要来源之一的燃煤电厂烟气，提出高碱煤的烟气强化水洗脱碱，实现CO2的矿化封存和煤的脱灰提质。经过团队前期研究，已证明相比传统水洗，以电厂烟气（CO2）作为酸源的高碱原料燃前水洗方法能更高效、快速地脱除原料中有机和无机AAEM，其中Na、Ca、K、Mg脱除效率分别可达97%、57.3%、62%、35%，获得高热值、低碱含量、低灰含量的提质煤，抑制燃煤沾污结渣及PM释放，实现电厂烟气及余热的资源化利用，具有较好的实际应用前景，如图1和图2所示。
图1高碱煤的烟气强化水洗技术思路
经团队前期研究发现，CO2-水洗可有效脱除以羧基类和酚类形式存在的有机态Na和Ca，脱除效率分别可达65.1%和57.3%，并且脱除效率随着温度和时间的增长会进一步增加。CO2-水洗脱除准东煤中AAEM的机理主要包含两个步骤。第一步是CO2溶于水形成氢自由基（H+）。第二步是通过离子交换去除大量有机的和难溶的 AAEM，流动式 CO2-水洗能不断提供新的 H+，进一步攻击C周围的电子云，使相连的阳离子脱落，从而提高 AAEM脱除效率，如图2所示。
图2高碱煤的烟气强化水洗技术路线及技术原理
三、研发历程
近二十多年来，本研究团队自主设计了从0.2L实验室间歇式反应器到1.7 L-9.5 L实验室规模连续反应系统（如图3所示），对高碱煤的烟气强化水洗脱碱技术进行了大量的基础研究（如图4所示），并于2021年在新疆五家渠完成适用于工业处置规模的高碱煤的烟气强化水洗脱碱中试装置系统研发（如图5所示），实现了从实验室规模到中试规模的装备系统技术验证（如图3所示）。相关工作在Fuel、工程热物理学报等国内外权威学术期刊发表学术论文8篇，2015年以来连在领域内国内国际学术会议口头汇报10余次；研究成果授权国家发明专利3项。
图3高碱煤的烟气强化水洗技术发展历程
图4高碱煤的烟气强化水洗技术相关基础研究
图5高碱煤的烟气强化水洗技术大型化工艺设计方案
四、技术经济性
可计算利用热烟气强化水洗技术矿化每吨CO2的出投入成本和产出经济效益：
(1)投入：750元/吨CO2（洗煤成本30元/吨煤，每100吨煤消耗4吨CO2）
(2)产出：50-200元/吨CO2（碳交易）+ 750-1750元/吨CO2（提质煤价格提升30-70元/吨煤）
(3)净收益：50-1200元/吨CO2
（联系人：李显，027-87542417，xian_li@hust.edu.cn）
