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人类利用能源是以薪柴、风力、水力和太阳能等可再生能源开始，后来才发现了煤炭和石油。中国大约在春秋末（公元前500年）开始利用煤炭作燃料，但是直到13世纪英国开采煤矿，才把煤炭推上了能源的主角地位。

18世纪瓦特发明蒸汽机，英国进行产业革命，大量的动力机械逐渐替代了手工业生产方式，交通运输业也迅速发展，使世界能源结构起了重大变革。

1859年美国开始了石油钻探，这种液体燃料显示出比被称为黑色金子的煤炭更具有吸引力。

1876年，德国人奥托创制了内燃机，使机械工业发生了翻天覆地的变化。石油与煤炭的竞争加速了世界工业化的进程。特别是第二次世界大战结束后，中东一带的石油大量开发，廉价石油使发达国家的经济像吹气球似地膨胀起来。在煤炭、石油、天然气加速发展的同时，以电为主导的能源结构大变革又开始了。

作为二次能源的电力，从19世纪开始，无论是火电或水电，以及后来居上的核电，已在一些国家的经济中越来越起主导作用。电给人们带来无限的欢乐，从生活到生产，人们已离不开电，这是人类利用能源的重要里程碑。

综上所述，能源变革就是人类利用能源的简史。时至今日，人类消耗的能源越来越多，能源的种类也很繁多。

当今支撑世界经济发展的能源主要是化石能源，即煤炭、石油和天然气。这些能源资源都是亿万年前古代太阳能的积存，远古的生物质吸收了太阳辐射能而生长，但是经过地壳变化，翻天覆地，把这些生物质埋藏在地下，受地层压力和温度的影响，慢慢地变成了碳氢化合物，这是一种可以燃烧的矿物质。

然而，这种漫长的地质年代和地壳的巨大变化，已不可能在地球上重复出现。尽管今后仍会有地震发生，而地球本身早已进入了稳定期。否则，像过去一样的造山运动，恐怕人类也将不复存在了。所以说，现在的煤炭、石油和天然气是不可再生的能源，只能是用一点，少一点，这种天赐的能源资源是有限的，值得人们十分珍惜。

1984年，第11届世界能源会议估计，全世界煤的预测贮量为13.6万亿吨，其中可采贮量为1.04万亿吨。20世纪90年代我国公布煤炭总资源贮量为5.06万亿吨，其中可采贮量约0.43万亿吨。中国是煤炭大国，煤产量居世界第一。

全国2000多个县，有煤资源的占1350个。目前，全国的能源供应，70%以上靠煤炭。但是煤是化石能源中最脏、热效率也较低的固体燃料，所以，带来的环境污染也最大。

水电是一种可再生能源，在一些国家还有较大的开发潜力，中国的水能资源较为丰富，但是大多数尚未很好开发利用，若能合理开发，将是弥补电力不足的好出路。由于化石能源的有限性和环境保护的需要，国际上对水电开发又开始重视，特别是有些发展中国家，没有更多的廉价石油和煤炭供火力发电，及早考虑如何充分利用水能资源，把电力工业和基础农业同时发展起来，将是现实可行的。例如巴西在发展水电方面有不少成功的经验。有些经济发达国家，如瑞士、日本、挪威、美国、意大利、西班牙、加拿大、奥地利等国的水能资源都得到了较充分的利用，而在多数发展中国家的水能资源尚未大量开发利用。我国的水能利用率仅及印度的1/2。加速水电开发势在必行。发展经济需要能源，但是从上述能源资源看，经济增长不能无限增加能耗。

20世纪70年代的世界石油危机给人们敲响了警钟，特别是一些靠消耗别国能源资源的国家，不加节制地增加能源用量不是长远之计，明智的办法是提高能源利用率和寻找替代能源。因此，美、日、德、法等国，在节能和开发新能源方面加大了投入。实际上许多经济发达国家从20世纪70年代后期以来，已逐渐做到经济有增长，能耗不增加，甚至有的国家总能耗还略有下降。它们已经认识到天赐资源有限，何况多数发达国家的能源大部分靠进口。如日本，国家小，资源不足，不能靠拼能源去增强经济实力，只能从技术上发挥优势，充分利用有限的资源，开展综合利用，使物尽其用，毫不浪费。

我国和多数发展中国家，对能源资源的紧迫感还不强，能源利用效率偏低。例如，我国比欧洲国家的能源利用，总效率约低20%；在农业方面约差10%，工业方面约差25%，民用商业方面也差20%。发展中国家浪费能源资源的现象比较普遍，技术越落后，浪费也越大。

化石能源资源不仅有限，而且同时也是多用途的宝贵资源。煤炭、石油、天然气除作为燃料使用外，就经济价值而言，作为化工原料更为合理。剖析这些物质的成分，它们都属于碳氢化合物，是有机合成的好原料，可以制造合成纤维、塑料、橡胶和化肥等等。如果我们今天把这些宝贵资源都燃烧掉，将来子孙后代搞化工合成就没有原料了，岂不要遭后人唾骂。因此，为了满足人们各方面的需要，珍惜有限的自然资源，人类应有长远的考虑。

如果20世纪70年代节约使用化石能源，是从防止世界产生石油危机考虑，进入20世纪90年代以后，则不仅是考虑不可再生能源资源的问题，而且更突出的是世界环境保护问题。例如大气中二氧化碳含量的增加，对温室效应和全球气候恶化产生的影响。

1992年6月，联合国在巴西的里约热内卢召开了世界环境与发展大会，许多国家元首和政府首脑出席了会议，会上发表了《关于环境与发展的里约热内卢宣言》，并提出了《21世纪议程》。我国人口多，人均能耗和二氧化碳排放量虽低于外国，但是绝对排放量却居世界第三位，当然不可忽视。亚洲地区新兴国家较多，能源消耗量大，预计到2010年，亚洲总能耗将比1992年翻一番，届时二氧化碳的排放量将占全球的1/4，直接导致的环境问题更为严重。不仅二氧化碳的排放量在直线上升，其实二氧化硫的排放量也令人忧虑，我国几乎40%的国土面积受到酸雨的威胁。主要是因燃煤过多而使二氧化硫的排放量过高引起的。酸雨对农林业影响巨大，仅南方江浙等7省，因酸雨减产的农田就达1.5亿亩，年经济损失约37亿元；森林受害面积128亿平方米，林业及生态效益损失约54亿元。这难道不惊人吗？所以说，没有远虑，必有近忧。现在国际上每年都有能源环境方面的会议，对于使用化石能源的排放标准已有许多限制议案。人们越来越关心这个热门话题，世界各国能源与环境政策制订者正在研究对策。关键还是要在技术上采取必要措施。工业革命时期，工厂的烟囱林立，人们把烟雾腾腾的伦敦称为“雾都”。然而现在世界上究竟有多少个雾都？

在20世纪，能源与环境是人类迫切需要解决的问题，它直接影响到世界生态平衡和人类的可持续发展。现在国际上许多国家政府都把《21世纪议程》当作制订政策的依据。各方面的科学家和工程技术人员都把注意力集中到人类迫切需要解决能源问题的焦点上，为了人类生存发展的共同目的，进行广泛的国际科技合作，攻克难关，创造更美好的明天。《关于环境与发展的里约热内卢宣言》提出：“保护和恢复地球生态，防止环境退化，各国共担责任。”中国在《21世纪议程》中提出：“综合能源规划与管理；提高能源效率和节能；推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术；开发利用新能源和可再生能源。”

最近几十年以来，人们经常可以在传媒中看到“能源危机”的警示。所谓“能源危机”，是指现在人类所使用的主要能源（化石能源）耗尽时，还没有找到足够替代能源这样一种危险。

能源危机的提出，主要是基于这样两个事实——能源消耗量的直线上升及化石能源的逐渐枯竭。据统计，2000年全世界的能源使用量比1900年大了30倍，这一统计还是属于比较保守的。

由于世界人口的2/3生活在发展中国家，他们平均每人的能源消耗只等于富裕地区市民的1/8，他们正在大力工业化，能耗量增长极快，他们有权利耍求避免繁重的劳动和单调的工作，而要做到这一点，就需要“能源奴隶”来代替。

早在20世纪40年代，曾有人作过一项估算，那时每个美国人使用的动力如果产生于体力劳动，则相当于古代150个奴隶的劳动量；20世纪70年代，这个数字已增到将近400个奴隶；至2000年则可能推进到1000个。这些能量所做的，就是过去奴隶曾做的劳动，如烧饭、送人往来、打扇、司炉、浆洗衣物、清除垃圾、演奏音乐以及其他家务劳动。现在干这些劳动的不再是人力，而是用机器来代替了，正是这些机器，代替了人的劳动，消耗了动力，消耗了能源。随着人口的增加，生活需求的增长，对能源的需求量也必将猛增，能源供应的短缺将给人类带来困难。

煤炭、石油、天然气等能源在地壳中的蕴藏量究竟有多大？虽然说法不一，但无论如何总是有限的，连续不断地大量消耗下去，不可避免地会有一天要枯竭，这是历史的必然。以煤炭为例，它是地球上蕴藏量最丰富的化石燃料，据世界能源会议估计，全世界最终可以开发的煤约11万亿吨，经济上有开采价值的约有7370亿吨。

有人估计，人类到2112年时将会消耗掉煤蕴藏量的一半，到2400年，地球上的煤将会全部用光。石油怎样呢？虽然它的开采时间不过100多年的历史，但人们已经感到“石油枯竭”的威胁。今天人们所说的“能源危机”，实际上就是“石油危机”。世界石油蕴藏量究竟还有多少呢？据土耳其权威的《石油》杂志1993年初的估计，大约还值192840亿美元，仅够用至2033年前后。依20世纪90年代石油每桶20美元计算，世界原油蕴藏量约值200000亿美元，其中绝大部分集中在中东地区，以沙特阿拉伯最多，约值51500亿美元；伊拉克次之，值20000亿美元；阿拉伯联合酋长国排名第三，有19000亿美元；第四是科威特，有18900亿美元。原油蕴藏量较多的其他国家依次是伊朗、委内瑞拉、前苏联、墨西哥，美国排名第九，蕴藏量约值5230亿美元，中国有2000亿美元蕴藏量，尼日利亚3400亿美元，印尼2200亿美元，加拿大、挪威、印度各有1000亿美元。总之，在今后几十年内，世界石油的绝大部分将被耗尽，到那时，人类将不得不转而起用其他能源。

能源，对于人类的物质文明有着巨大的影响。能源发展的每一次飞跃，都引起了人类生产技术的变革，推动了生产力的发展。从木炭时代到煤炭时代，从煤炭时代到石油时代，以至原子能开发和各种各样新能源登上能源的消费舞台，都曾使几近停滞的文明开始新的发展。

现代人类社会依赖2种能量的供应：①维持人体正常生理功能所需要的能量，②维持社会生产力和日常生活所需要的能量。

第一种能量便是食物。在人体内部，各种物质总是处于相互作用之中，它们不断地发生着化学变化，为此必须有促进化学变化的热能，这就要从食物中摄取糖、淀粉等碳水化合物或脂肪，这些物质经转化而在血液中慢慢“燃烧”，使之产生氧化热，以维持必要的体温。由此而得的热能，通过使用肌肉这一“机械”而转化为运动能，以从事活动和工作。

当然，食物中必须有蛋白质，有钙、铁等矿物营养素。它们构成我们身体各部分的原材料，靠它们制成肌肉、骨骼及内脏器官。生命要进一步进行运动，则必须供给燃料，即能量，这就是碳水化合物和脂肪。一个人只要瞬时失去能源的供应，就将无法生存。

第二种能量则是人类进行生产所必须具备的能源，它和原材料、生产工具共同构成了人类生产的必要条件。并不是只要有了资金、材料和劳动力，社会建设就不存在问题了，如果没有能源，人类就不能建设城镇、村庄，不能制造机器，不能开动火车，不能从事各项研究活动。有人作过这样一个比喻：煤炭、石油或铀等能源好比现代社会的米、麦和面包。离开了能源，社会就将停滞以至灭亡。

人类生活水平和物质文明程度的提高，意味着能源需求量的增加。现在，一般都把每人每年平均能源消费量作为大体衡量该国人民生活水平的标准，因为能源消费增长同人均国民生产总值之间存在着一种互为因果的正面关系，这就是说，能源消费增长，会促进国民生产总值的增长，从而促进个人收入的增加，而个人收入增加又意味着对商品和社会服务有更大的需求，这就又导致消耗更多的能源。当然，这也不是绝对的。

地球上的能源种类繁多，但大致可分为2大类：非再生能源和再生能源。前者主要是指化石能源，后者则包括太阳能、水能、风能、生物能和海洋能等。这些能源存在于自然界中，随着人类智力的发展而不断地被发现，被开发利用，而每一种新能源的被发现和被利用，又强有力地推动了人类文明的发展，因此，能源的变迁史是同人类社会文明发展史紧紧联系在一起的。

从能源的利用和人类文化的发展进程看，大致经历了以下四个阶段：原始阶段（火的利用）、木材能源时代、化石能源时代和最后能源时代。煤炭和石油属于化石能源，它们的发现历史已相当悠长，中国早在3000多年前就开始使用煤炭，希腊2000多年前也开始使用。但由于种种原因，直到近代才达到实用化的地步。蒸汽机的发明和广泛应用，促进了对煤炭燃料的开发利用，直到20世纪前半期，煤炭始终占据能源的权威地位，统霸着热源、动力源和电力源。可以说，产业革命以后，文明的发展是靠煤炭推进的。

19世纪末，石油开始开采。1859年，美国人多列依库开发油田成功，使长眠于地下的石油成为大量供应的燃料。尤其是汽油发动机和柴油发动机的发明，使得石油制品得到了广泛应用，它更加迅速地推进了机械文明和近代文明的发展。进入20世纪后半期，石油最后动摇了煤炭的权威地位，在能源消费结构内跃居第一位，占50%以上。现在，大多数工业国家的经济几乎完全依赖于石油和天然气作能源，正因如此，每当石油出现紧张时，人们才普遍关心起能源问题来。

今天，人类利用的几乎完全是非再生能源，因此，人们迟早要面对化石燃料完全耗尽这样一个现实，必须探索新的能源。化石能源必将逐步过渡到最后能源时代。据专家预测，2070年以后，世界将进入以太阳能、地热能、风能、氢能、海洋能和核能、增殖堆等能源为主导的“最后”能源时代。

由于能源是左右人类物质生产发展的主要因素，如果离开了能源，人类的工业和农业就难以发展。正因如此，各国对能源科学的研究都极为重视，对新能源的开发都颇为关注。

新能源一般指太阳能、氢能、地热能、核能、海洋能、生物能、风能等，有的国家将煤炭气化、液化及页岩油、油沙油等也列入新能源之列。在新能源中，名列第一的恐怕是太阳能。据粗略统计，每年太阳照射到地面上的能量要比目前全世界已利用的各种能量的总和还要大1万倍。太阳灶是人们直接利用太阳能的设施之一，它结构简单，使用方便，不仅可以用来蒸熟米饭，还可以加热冷水等。我们还可以把太阳能转变为电能，实现这种转换的装置叫太阳能电池，它在航天、远洋、通信等事业中的应用逐渐广泛，人造地球卫星上的帆板就是给卫星上的设备提供能源的太阳能电池。太阳储藏着巨大的热能，据科学家们推断，它在几十亿年内仍是我们地球上最重要的能源。

迄今为止，就世界范围而言，太阳能的利用还是微不足道的。美国科学家正在为太阳能电池寻找新的电导材料，它叫铜铟联硒化物，与以往的结晶硅相比，它既省料又便宜，用它的薄膜制成的一块10平方米太阳能组件，可将11%的太阳能转换成电能。除此，长期让它在阳光下曝晒，性能也不会下降。有关专家相信，新一代太阳能电池材料尽管价格昂贵，但效益高，这些材料主要是指经过改进的结晶硅和ⅢⅤ族化合物，之所以将它们称为ⅢⅤ族化合物，是因为它们结合了化学元素周期表中的第Ⅲ和第Ⅴ族元素，它们的价格较高，但前景可观。例如砷化镓，有科学家称其为最理想的材料，它可以吸收在最佳光谱范围内的阳光，且可以与许多材料形成合金。美国的太阳能工业部门宣称，即使没有新的技术突破，仅仅依靠现有的技术，其也准备在2000年前大量生产洁净的电能。

20世纪末将是太阳能时代的黎明，太阳能新时代发出的曙光已在驱散人们的疑云。到2030年，太阳能采光板将使世界上绝大多数的居民用上热水，成千上万个太阳能集热器出现在千家万户的屋顶上，如同今天的电视天线一样，成为典型的城市建筑奇观。

核能的开发利用开始于20世纪50年代初。1954年，世界上第一座实用的核电站在苏联建成，向工业电网并网发电，虽然电功率只有5000千瓦，却为人类打开了又一扇能源的宝库。从此，核能在世界上的发展相当迅速，尤其在能源资源缺乏的国家，核能升为第一位，成了主要的能源。从国际原子能机构公布的结果知道，到1989年年底止，全世界的27个国家和地区，已经运行了的核电站有434座反应堆，总共发电功率有318吉瓦，占全世界总电量的17%。此外，正在建设的核电站有97台机组，总共77吉瓦。

目前，核电站的主要原料是铀，它是一种放射性元素，铀矿石同煤、石油一样是从地底下开采出来的，只不过铀的蕴藏量远比煤少得多，然而释放的能量却比煤要多得多，1000克铀裂变放出的热量相当于2500吨标准煤燃烧所放出的热量。但是，由于核能对于人类社会和生态环境有着潜在危险，有人将核反应堆视为潜在的原子弹，是“关在笼中的老虎”。因此，如何看待核能源，是人类解决对能源需求日益扩大过程中一个非常紧迫的问题。

地热能是一个不可忽视的能源。地球内部储藏着灼热的岩浆，犹如石油一样埋在地底下，这些岩浆可以把地下水变为蒸汽，如果我们钻一口深井，这些蒸汽就可以冲出地面，我们不仅可以用它来推动发电机发电，还可推动一些其他机器运转。据统计，地球上全部地下热水和热蒸汽的热能约相当于地球全部煤蕴藏量的1.7亿倍，但对它的利用，进展比较迟缓。

风能也是一种可利用的能源。古时候，人们曾利用风力带动风车，进而带动石磨转动，用来磨面。现在，在一些风力资源比较丰富的地区，还可用风能带动发电机发电。海洋能有2种不同的利用方式：①利用海水的动能，②利用海洋不同深度的温差通过热机来发电。前一种又可分为大范围有规律的动能（如潮汐、洋流等）和无规则的动能（如波浪能）2类，它们都可设法直接转化为机械能。利用海洋不同深度的温差来达到发电的目的，其潜力也是很大的。

据估计，仅仅靠近美国的那一部分墨西哥湾暖流，就可提供超过当今耗能100倍的能量。若是将全世界的潮汐能收集起来，有10亿多千瓦，如能充分利用，每年可发电度数大约相当于目前全世界水电站年发电总量的1万倍，可见海洋能的开发前景是多么辉煌。另一种大有前途的能源是氢能，作为和电类似的二次能源，它也初露头角。氢能可以由“取之不尽”的阳光来分解“用之不竭”的海水而获得，这是一种比较理想的代替石油的燃料，没有污染，使用方便，还可以直接利用现有的热机，不需要对现有的技术设备作重大的更改。

由此可见，人类能源的出路，一是节流，二是开源，自然界为我们提供的能源在短时期内是不会枯竭的，就看我们如何开发和利用它们了。

对于现有的化石能源，人们暂时还不可能放弃。尽管能源过渡已提到议事日程，但是技术准备还将经历一段时间。特别是各国情况不同，所需时间差距更大。例如中国目前能源供应70%以上依靠煤炭，要想取代煤炭，必须有一个相当长的过程。为了节约化石能源，减少这些能源对环境的污染，世界各国都在研究提高能源利用率的技术，实行开源节流的政策。从开源方面讲，主要是采用代用能源，开发新能源利用。在节流方面，不外是发展各种节能技术，充分利用余热、余能。因此，这涉及非常广泛的技术门类，各国或各地区的技术基础条件不同，对节能的要求也不一样。针对我国的情况，重点将包括以下一些方面。

洁净煤也叫清洁煤，是指从煤炭开发利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。主要包括煤炭洗选、加工（型煤、水煤浆）、转化（煤炭气化、液化）、先进发电技术（常压循环流化床、加压流化床、整体煤气化联合循环）、烟气净化（除尘、脱硫、脱氮）等方面的内容。人们也许会觉得奇怪，煤炭又黑又脏，燃烧起来，上冒烟，下吐渣，装运起来灰尘滚滚，怎谈得上“洁净”两字？问题也正在于此，所以，它是煤炭开发利用中非常突出的新技术。为了减少煤炭燃烧时对环境的污染。

早在20世纪80年代中期，美国和加拿大等国就开始了洁净煤技术的研究，当时主要是针对大型火电厂造成的酸雨危害而进行的。因为电厂燃煤，排放的烟气中二氧化硫的含量过高，遇到高空的水蒸气，就变成含稀硫酸的雨，降落下来称为酸雨，它毁坏森林和农作物，甚至连人们晾晒的衣物也会遭到损坏。后来各国在燃煤过程中添加石灰等碱性添加剂，使酸性得到中和，但这会降低燃煤的热效率。因此，洁净煤的技术范围又扩大到煤的加工转化领域，它包括燃煤前的净化（脱除硫和其他杂质），煤的燃烧过程净化（使用各种添加剂），燃烧后对烟气的净化，以及使煤炭转化为可燃气体或液体的过程等。现代煤的净化技术，除了减轻环境污染外，还要提高煤的利用率，减轻煤的运输压力，降低能源成本。它是一举多得，需要综合考虑的问题。

目前，煤炭占世界一次能源消费总量的1/3，在火力发电中占世界发电总量的44%。其他工业生产中煤的消耗也很大。在许多发展中国家，煤也是人们生活的主要燃料。尽管现在洁净煤技术的推广还存在着不少问题，特别是经济性问题，但它的应用前景十分广阔，科技攻关势头正在兴起。近年来，我国对洁净煤技术非常重视，科研投入逐年加大，部分成果得到国家政策性的支持，形势见好。

在洁净煤技术中，较适合我国国情的是清洁型煤技术。中国现有40多万台工业锅炉，20多万台工业窑炉和1亿多个小型炊事炉。如此多的炉窑，若要全部实行烟气净化，几乎是不可能的。但采用统一生产的“清洁型煤”去控制污染，不烧散煤，则是经济有效和可行的。说起型煤，自然会联想到早期的煤球和蜂窝煤，那是最早的粉煤变块，提高了煤的燃烧效率，在民用煤方面是一大进步。

20世纪60年代国外发展起来的上点火蜂窝煤和把烟煤加工成无烟型煤，又是一大进步。现在的清洁型煤技术则是要求高效、低污染，采用清洁添加剂、防水剂、活化剂等，使型煤的性能更理想。由于型煤的燃烧效率高，可以避免在低效燃烧时容易产生的黑烟、颗粒物和苯并芘等有害污染物。特别是型煤在工业炉窑上的应用，使燃煤洁净化更具有现实意义。

洁净煤技术研究进展

选煤是发展洁净煤技术的源头技术。1997年中国有选煤厂1571座，选煤能力483.15兆吨，入选量338.19兆吨，入选率25.73%。煤炭洗选的重点已由炼焦煤转为动力煤。目前，中国已成功研究出可分选粒径小于0.5毫米粉煤的重介质旋流器、水介质旋流器、离心摇床和多层平面摇床，适用于高硫难选煤中黄铁硫矿的脱除。选择性絮凝法、高梯度磁选法脱黄铁硫矿的研究也取得了一定的成果。煤炭科学研究总院唐山分院开发的复合式干法分选机，其性能优于风力跳汰和风力摇床。中国矿业大学开发的空气重介质流化床干法选煤技术已实现工业化，在黑龙江省建成了世界上第一座空气重介质流化床干法选煤厂，这是选煤技术的一次重大突破。已研制成功的50吨/时空气重介质流化床干法选煤机，其技术水平处于国际领先地位。

型煤被称为“固体清洁燃料”。煤经过破碎后，加入固硫剂和粘合剂，压制成有一定强度和形状的块状型煤，燃用型煤可减少烟尘、SO₂和其他污染物的排放。目前，中国民用型煤技术已达国际水平，实现了商业化，年生产能力约50兆吨，无烟煤下点火蜂窝煤得到全国推广，烟煤、褐煤上点火蜂窝煤消烟技术也取得突破。最近几年，中国工业型煤研究取得很大进展。北京煤化所研究开发了优质化肥造气用型煤、煤气化用煤泥防水型煤、发生炉及工业窑炉型煤等多项型煤技术。中国矿业大学北京研究生部完成的第三代洁净型煤技术，采用独特的“破粘、增粘”工艺，突破了型煤高效无烟燃烧、高效固硫、低烟尘、致癌物分解等关键技术，通过改变调整型煤的多项煤质指标，实现了型煤的多样化、专业化和系列化，建立了测定评价型煤工艺参数的成套方法，并研制出高性能/价格比的型煤系列专用设备、超短型煤工艺流程，以及由工业废弃物制成的廉价添加剂。

水煤浆又称煤水燃料。它是把低灰分的洗精煤研磨成微细煤粉，按煤与水比例7∶3左右匹配，并适当加入化学添加剂，使成为均匀的煤水混合物。

这种新型燃料，既具有煤的物理和化学特性，又有像石油般的良好流动性和稳定性。它便于贮运，可以雾化燃烧，且燃烧效率比普通固体煤为高，污染也少。

水煤浆在一定范围内可以替代石油，如用于烧锅炉，当然还不能用于开汽车，但总可以扩大煤的用途。目前，日本、瑞典、美国和俄罗斯都在开发此项技术，我国也建立了水煤浆生产和应用基地，以取代一部分燃料油。实践表明，1.8～2.1吨水煤浆可以替代1吨燃料油，这在经济上是可行的。

由于水煤浆燃烧较充分，热效率可达95%。使用水煤浆的环境效益也较好，排烟和排灰量都显著减少。我国煤多油少，发展水煤浆前景较好，国家对此十分关注。

根据我国能源组成特点和能源地理分布的不均衡性，我国水煤浆技术开发旨在解决工业锅炉、窑炉及电站的节油、代油、节能，并降低燃烧污染物的排放。同时，水煤浆管道输送技术减轻了煤炭调运给铁路运输和大气洁净度带来的沉重负担。

目前，我国已掌握了一套完整的水煤浆生产使用技术，迄今已建成总能力为100万吨/年的6个制浆厂，2个添加剂厂，3个覆盖制浆、贮存、管道输送、锅炉和窑炉燃烧全过程的水煤浆实验研究中心，还建立了中国水煤浆成浆性数据库和多个商业性示范工程，已具备工业化应用的条件。山西孟县至山东潍坊年运量5兆吨水煤浆输送管道已开始建设。山东鲁南化学工业集团公司在引进国外软件包的基础上，开发成功了世界上第5套水煤浆加压气化及气体净化制合成氨生产装置，国产化率达90%

以上，解决了用普通褐煤、烟煤造气的世界性难题。之后，中国引进的大型水煤浆气化生产煤气、甲酵和合成氨装置，先后在上海焦化总厂、陕西渭河化肥厂建成投产。这标志着中国水煤浆气化技术已跨入先进国家行列。

流化床燃烧是一种新型燃烧方式。在燃烧过程中，加入以石灰石为主的脱硫剂，可以有效地控制SO₂的排放。相对较低的燃烧温度也大大降低了氮氧化物的生成。工业上分为常压循环流化床（CFBC）和增压流化床（PFBC）。

目前，国内已建成常压循环流化床装置18台，单台容量最大为410吨/时。在设计基础研究方面也取得了一些进展。1998年，清华大学完成了循环床专用设计软件，另外还完成了镇海石化220吨/时燃用石油焦循环床的仿真机开发。与四川锅炉合作进行125兆瓦再热炉型的工程设计研究。1999年将着重于220吨/时、410吨/时国产循环流化床锅炉的开发工作。中国增压流化床技术开发进入示范工程阶段。由东南大学和徐州贾旺电厂共同承担的“九五”攻关项目“增加流化床联合循环工程中试试验”已完成全系统调试。

5.整体煤气化联合循环（IGCC）

煤气化联合循环发电是目前世界发达国家大力开发的一项高效、低污染清洁煤发电技术，发电效率可达45%以上，极有可能成为21世纪主要的洁净煤发电方式之一。中国IGCC关键技术研究已启动，工程示范项目处于立项阶段。该项目的研究内容包括IGCC工艺、煤气化、煤气净化、燃气轮机和余热系统方面的关键技术研究。其成果将为中国建设IGCC示范电站打下技术基础。

6.煤炭气化及液化

（1）煤炭气化技术。煤炭气化是一种热化学过程，通常是在空气、蒸汽或氧等作气化介质的情况下，在煤气发生炉中将煤加热到足够的温度，使煤变化成一氧化碳、氢和甲烷等可燃气体。即把固体的煤变成气体，所以叫气化。因为煤炭直接燃烧的热利用效率仅为15%～18%，而变成可燃烧的煤气后，热利用效率可达55%～60%，而且污染大为减轻。煤气发生炉中的气体成分可以调整，如需要用做化工原料，还可以把氢的含量提高，得到所需的原料气，所以也叫合成气。

研究煤的气化已有200多年的历史，方法很多，如丰塔纳的水煤气法、西门子的煤气发生炉和温克勒的流化床气化炉等。在现代煤的气化技术中，有鲁奇炉、K—T炉、德士古炉、温克勒炉和西屋炉等，这些都是国外工业化煤的气化设备。

我国煤炭气化技术研究也有几十年的历史，后来又引进了国外一些先进的气化设备，目前正在实现煤气化设备国产化。同时，我国也研制了几套工业试验装置，如固定床干态排灰加压气化的中间试验装置，中国科学院山西煤化所的两段炉煤气化工业装置等。浙江大学热能工程研究所开发的循环灰载热流化床气化与燃烧技术，它是在循环流化床锅炉旁设置一干馏气化炉，利用该锅炉的高温灰使气化炉气化吸热，燃料首先送气化炉裂解和蒸汽气化，产生中热值煤气，经净化后供作民用燃料。气化后的半焦灰送循环流化床锅炉燃烧产汽、发电，实现燃气、蒸汽联产，热、电、气三联供。

这样综合利用，燃料利用率高于90%，而且对环境污染小，特别适合中小城镇进行煤炭的综合利用，它对煤种的适应性也较强，可采用褐煤、烟煤，甚至加入各种可燃的生物质燃料，如农林废弃物等，以节约煤炭。

（2）煤炭液化技术。煤炭液化是将固体煤转化为液体燃料，俗称“人造石油”。因为煤和石油都是碳氢化合物，它们的区别只是煤中的氢元素比石油少。如果人为地将煤中的含氢量提高，通过一定的化合过程，使碳氢比接近石油，煤就液化成了石油。

当然，说起来很简单，其实真要把氢加到煤中去，使煤液化却非轻而易举的事。多少年来，化学家们为了实现这一理想，不知费了多少精力。煤的液化确实比煤的气化更难。但是谁都知道，液体燃料比固体和气体燃料使用方便，它可以广泛应用于交通工具上，例如汽车、飞机等都是离不开液体燃料的。从资源上来说，煤的储量远远超过石油的储量，因此煤的液化非常吸引人。通常煤的液化分间接液化和直接液化两大类。间接液化是在煤的气化基础上，将合成气中的一氧化碳和氢气进一步合成为液体燃料。这在进行煤炭综合利用中，可生产出人造石油和其他化工产品。前面提到的两段炉煤气化技术，原是为人造石油做准备的。但是目前石油尚能供应，且油价较低，如此费力地用煤来生产石油，从经济上考虑是不合适的，只可作为技术储备。

煤炭的直接液化，方案有不少，其中如高压催化加氢液化法，其工艺过程是将煤粉和煤焦油混合在一起，形成稠糊状，加进专门的催化剂，在高温高压容器中，隔绝空气，通进氢气，最终就能获得液体燃料。目前，德国、日本等国已在这方面做了较深的研究，尚未实现工业化生产，但已被公认为是当代煤的液化的高技术。

尽管由于国际石油价格偏低，对煤的液化有一定影响，但一些发达国家，特别像日本、德国等缺乏石油资源的国家，时刻感到石油的潜在危机，南非是盛产煤炭的国家，也把煤的液化摆在重要地位。世界上早期建设的煤液化工厂都相继停产转产，唯独南非的三座煤液化工厂仍保持年处理煤3300吨的能力。日、德已把煤直接液化的压力由70兆帕降到10兆帕，反应时间由1小时多降到几分钟，并且试验了几十种煤用于直接液化，其中还设计出日产合成油7000吨的工厂。预计当石油价格每吨达到175～210美元，从煤生产的液化油就有竞争力了。

我国是产煤大国，开发和掌握先进的煤液化技术，发展前景是十分美好的。1997年4月，中国和日本已商谈在我国黑龙江合资开发年产100万吨的煤炭液化石油项目，将使我国的煤炭液化变为现实。

目前全国每年气化用煤量约60兆吨。中国中小型气化以块煤固定床气化技术为主。普遍存在技术水平落后、效率低、污染严重等问题；大型煤气化以技术引进为主，有三组德士古水煤浆气化装置投入生产化工合成气；常压粉煤流化床气化在上海三联供项目中投入运行；加压固定床技术用于化肥和城市煤气生产。1995年中国矿业大学开发的“长通道、大断面、两阶段地下气化”技术在唐山刘庄煤矿进入工业性试验，1997年9月通过了技术鉴定。“短壁气化回采”技术结合气化技术和井下采煤技术，采取井下操作，分条带实现气化，具有井下操作、投资低的特点。该技术于1997年8月至1998年1月在依兰煤矿进行了40平方米工作面空气煤气造气试验；1998年6月至8月在义马煤矿进行了试验造气，后在鹤壁煤矿气化工作面投产，日气化煤40吨。

煤炭直接液化技术是指煤直接通过高温高压加氢获得液化燃料或其他液体产品的技术。20世纪80年代以来，北京煤化所开展国际合作，已建成具有世界先进水平的煤炭液化油品提质加工和分析检验实验室，建有3套规模为0.1～0.12吨/天的煤炭直接液化连续试验装置，掌握了直接液化、煤液化油提质加工为汽油、柴油的工艺，达到了发达国家同期的研究水平。直接液化由于经济上的原因，尚需进一步等待时机，其示范装置不久将建成。

煤炭间接液化技术是指煤先经过气化制成CO和H2，然后进一步合成，得到烃类或含氧液化燃料和化工原料的技术。中国科学院山西煤化所将传统的F－T合成法与选择型分子筛相结合，开发成功煤基合成汽油新工艺（MFT），相继完成了工业单管模式和中间试验，已建成年产2000吨汽油、副产7.5兆立方米城市煤气的工业示范性装置。为中国多煤少油地区的煤炭能源转化开辟了一条切实可行的有效途径。

目前，中国自行研制开发了旋转喷雾干燥脱硫技术、磷铵肥法脱硫等新工艺，掌握了喷雾干燥脱硫技术。清华大学还试验成功了烟气脱硫剂悬浮循环技术。对中小型工业锅炉投资少、脱硫效果好同时兼具除尘效果的旋流塔板吸收法烟道气净化技术，也在研究开发之中。

目前中国燃煤电厂已建或在建的脱硫设施有15项，正在进行或已经通过可行性研究报告审查的脱硫项目有9家。

8.煤系废弃物综合利用

中国煤炭资源的大量开采和低效率的利用，产生了大量煤泥、煤矸石、炉渣、粉煤灰等废弃物。这些废弃物利用技术已日趋成熟（如煤泥制水煤浆、煤泥和煤矸石燃烧、混烧技术、炉渣作水泥原料、粉煤灰制作各种建材的成型技术），有待于推广和应用。经过政府的倡导和支持以及广大科技工作者的共同努力，中国洁净煤技术取得了较大进展，基本覆盖了煤炭开发利用的全过程。但与发达国家相比，尚有较大差距。大力发展洁净煤技术，是中国煤炭工业的未来和希望，对其他相关工业也将产生重大影响。

煤炭燃烧转化新技术

我国工业及供暖锅炉多采用层燃炉，这种炉型普遍出力不足，热效率只有50%～65%，且造成污染严重，亟待改造。煤炭燃烧的新技术主要表现在炉型改造上。相对于旧式固定床的为流化床，它是采用沸腾燃烧技术，即把煤和吸附脱硫剂（石灰粉）加入燃烧室的床层中，并从炉层鼓风，使床层悬浮成沸腾状，进行流动化燃烧。这样可以提高燃烧效率，并能脱硫。

循环流化床锅炉是在普通流化床的基础上进一步提高了燃烧效率，它是利用高速空气把煤和吸附脱硫剂输入炉内，并把生成的煤焦油及飞扬的细粉燃料和吸附剂返回燃烧器进行辅助燃烧，因此煤的燃烧效率可达99%，脱硫效率也能提高，烟气排放污染物少。此种技术国外多用于火力发电，我国也列为国家重点科技攻关项目。

煤气化联合循环发电是将煤的气化净化与联合循环装置结合起来的一种燃煤火力发电系统。常规的燃煤发电效率约为30%～35%，此种联合循环发电系统的效率可在40%以上，国外已将此技术列为火力发电的先进技术，美国已建成此种发电厂。它是将煤气化后的燃料气驱动燃气轮机发电，余气用来烧锅炉，产生蒸汽再驱动汽轮机发电。

这种多级循环，最大限度地把一次能源充分利用变成电能，效率达45%。同时，这样排出的烟气比常规火电厂减少污染物50%，固体灰渣减少75%。我国拟在煤矿建设这种坑口电站，以减轻煤炭运输，改运煤为输电，经济效益较好。

石油新型加工技术

根据已探明资料，石油资源有限，国际上对石油深度加工较为重视。近年来，我国也加强了石油新型加工技术。在五花八门的石油加工技术中，加氢裂化技术很具代表性，它对原料的适应性强，产品质量好，收率高。

在石油炼制过程中，加氢裂化可以提高汽油或柴油的产量和质量。加氢裂化技术的产品方案十分灵活，可按不同原料采用不同工艺和不同的操作条件。

除加氢裂化外，催化裂化、铂重整和异构化等石油加工技术都有新的发展。不仅可以获得更多的高质量精炼油品，还可以副产多种化工产品，以求最大限度地综合利用资源。

磁流体发电技术

磁流体发电的工作原理和普通发电机发电的原理一样，都是遵循法拉第电磁感应定律的，所不同的是磁流体发电是利用高温导电流体高速通过磁场切割磁力线，而产生电磁感应电动势。当闭合回路中接有负载，则有电流输出。这种发电方式不需要发电机，不需要经过热能转换为机械能，然后再由机械能转换为电能，它是直接由热能转换为电能，省掉了中间转换的能量损失，所以总的发电效率高。

同时，由于没有高速旋转的机械部件，当然这方面的机械事故也少。它的结构紧凑，单机容量大，启停迅速，是一种最新型的发电方式。目前，这种新的高效发电方法尚未商业运行，关键涉及一些高技术和新型材料。

目前，美、俄、日等国都在集中力量研究，我国也在高技术研究规划中列有项目，并在北京、上海建立了试验装置。集中了科学院、高等院校和工业企业的高级技术力量，进行重点科技攻关。

磁流体发电比蒸汽发电的热利用率高，一般为45%～55%（蒸汽轮机发电的热效率约30%）。而且磁流体发电后的燃气还可进行燃气蒸汽联合循环发电，即一级接一级地发电。磁流体发电的电离添加剂为碱性化合物，可以吸收燃气中的氧化硫，故对环境污染少。同时它用水也少，可节约冷却水50%左右。

我国20世纪60年代开始研究磁流体发电是以油为燃料，后来考虑用煤更为合理，故研制以煤为燃料的新技术。但煤需要首先气化，技术上更为复杂。

在工业生产中总是有一部分余能未被利用，技术越落后，余能就越多。发展中国家一般设备陈旧，余能浪费偏大。我国的能源利用率在世界上也属于偏低水平，回收工业余能任务艰巨。从开源节流出发，回收利用工业余能是首要问题。

余热利用可分为直接利用、间接利用和综合利用。直接利用多在生产环节中作为预热、烘干原料、提供生活热水和发展养殖业等；间接利用可通过余热锅炉、换热器等生产热水和发电；综合利用是在生产和生活中合理安排，一能多用，逐级利用，直到把热能用尽为止。