如何推進我國煤炭清潔高效利用技術的發(fā)展

本刊記者

3 月22 日, 國務院副總理韓正主持召開了煤炭清潔高效利用工作專題座談會, 提出要堅持從國情實際出發(fā)推進煤炭清潔高效利用, 并強調(diào)要加強統(tǒng)籌謀劃, 聚集重點領域, 整合各方面資源, 形成推進煤炭清潔高效利用的合力。為進一步領會韓正副總理的講話精神, 探討當前及今后一個時期煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向, 本刊邀請業(yè)內(nèi)資深專家就專題座談會相關內(nèi)容進行了解讀, 形成此篇文章, 以饗讀者。

(一)針對會議召開的及時性, 在促進碳達峰碳中和目標實現(xiàn)的作用, 煤炭清潔高效利用的重點行業(yè)和關鍵核心技術等問題, 中國煤炭加工利用協(xié)會理事長張紹強給出了如下解讀。

張紹強

中國煤炭加工利用協(xié)會理事長, 教授級高工

世界選煤大會中方委員

中國煤炭工業(yè)協(xié)會選煤分會會長

煤炭工業(yè)技術委員會煤炭深加工與環(huán)保專委會副主任

1 座談會召開的及時性與迫切性

煤炭一直是我國的基礎能源, 雖然其消費占比從改革開放之初的近80%逐漸下降, 但至今仍然占能源消費總量的56%以上, 雖然黨和國家高層曾多次專門召開有關煤炭的研討會, 但是從國務院層面召開關于“煤炭清潔高效利用” 的專題工作座談會, 在我的印象中還是首次。

2022 年全國兩會剛剛勝利閉幕, 即召開一次這樣高級別的專題會議, 足見黨和國家主要領導同志對我國煤炭清潔高效利用工作的嚴重關切。召開這次會議的時機不一定要過度解讀, 但是召開這次會議的迫切性卻需要認真思考、深刻理解。2021 年夏季開始, 全國煤炭突然供需失衡、煤價暴漲, 能源市場劇烈波動, 能源保供壓力急聚增大。2021 年12 月8 到10 日, 中央經(jīng)濟工作會議召開, 明確了: “要確保能源供應, 大企業(yè)特別是國有企業(yè)要帶頭保供穩(wěn)價”, 有關部門采取煤炭緊急增產(chǎn)保供措施, 煤價暴漲趨勢得到了逐步平抑, 市場逐步回歸理性。個中原因很復雜, 但其實我國的煤炭產(chǎn)量在這期間并沒有減少, 而且還略有增長, 卻出現(xiàn)了這樣的貨缺價高局面, 這與近幾年“談煤色變”、“一刀切” 去煤化的激進輿論和地方激進政策有關, 嚴重影響了煤炭工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。過度貶損煤炭、過度唱衰煤炭、過度妖魔化煤炭、過度夸大碳排放危害, 缺乏先立后破的常識, 總想畢其功于一役不是實事求是的精神。

尤其是這次俄烏戰(zhàn)爭, 暴露出歐洲完全依賴能源進口的極端脆弱性, 高調(diào)鼓吹依賴風電、光伏清潔能源政治正確的偽善性, 以及美西方為了政治利益不顧老百姓死活、無視民生毫無底線的制裁、封鎖, 歇斯底里的程度, 也給與我們現(xiàn)實的警示: 能源的飯碗必須端在自己手里。

這次會議也是給全社會一個明確的信號, 是貫徹落實黨中央科學有序推動能源綠色低碳轉型戰(zhàn)略決策, 是貫徹落實2021 年中央經(jīng)濟工作會議精神的政策延續(xù)。要進一步統(tǒng)一思想認識和行動, 統(tǒng)籌發(fā)展與安全, 深刻認識新形勢下保障國家能源安全的極端重要性, 堅持從國情實際出發(fā)推進煤炭清潔高效利用, 切實發(fā)揮煤炭的兜底保障作用, 確保國家能源電力安全保供。

2 充分發(fā)揮煤炭清潔高效利用的作用, 促進碳達峰碳中和目標的實現(xiàn)

碳中和是一個長遠的目標和愿景, 是全人類的共同責任。氣候變化、溫室效應是一個漫長的歷史過程, 我們不宜過度的去設計幾百年、幾千年, 甚至幾萬年、幾十萬年以后可能出現(xiàn)的氣候危害, 當前和近中期的生存和發(fā)展是第一要務。我們國家設定40 年左右的碳中和過渡期, 雖然時間也緊迫, 在這期間全國人民每天的日子都要過, 都需要能源消費, 不可能停嘴空等。而我國的資源稟賦局限, 只有煤炭能提供基本能源保障, 具備兜底的能力和潛力, 同時我們也要客觀認識到煤炭直接、過量消費帶來的弊端, 所以充分發(fā)揮煤炭清潔高效利用的作用就是最立竿見影、揚長避短的現(xiàn)實抓手。

通過煤炭的清潔高效利用和清潔轉化, 雖然還有一定的碳排放, 還有一定的污染物產(chǎn)生, 但一是在可承受的范圍內(nèi); 二是能夠為無碳(低碳)能源逐步發(fā)展的進程提供堅實的支撐和掩護; 三是能根據(jù)新能源等無碳(低碳)能源的發(fā)展能力,實時進行“讓行”; 四是為資源豐富但經(jīng)濟欠發(fā)達的老少邊窮和民族地區(qū)依賴資源經(jīng)濟發(fā)展提供過渡和緩沖。穩(wěn)住能源保供的基本盤, 把能源的飯碗緊緊端在自己手里, 才有能力不斷發(fā)展無碳(低碳)新能源, 最終成長起來。

現(xiàn)階段, 對標碳達峰、碳中和的目標要求,要優(yōu)先解決以下幾個方面的問題:

(1)要全面實施煤炭開采過程中的綠色低碳生產(chǎn), 提高能源使用效率, 減少“三廢” 排放和生態(tài)環(huán)境損害。

(2)要全面實施“大精煤” 戰(zhàn)略, 強化商品煤品質(zhì), 減少煤炭運輸和消費過程中的空轉浪費和碳排放強度。通過原煤洗選這種低成本、低能源消費的簡單物理加工手段, 提高商品煤品質(zhì)。

(3)要提高煤炭消費轉化的集中度和高效率,減少散煤直接燃燒和中小型、中低端煤化工轉化, 實施中小型終端能源消費電氣化。

(4)在確保能源穩(wěn)定供給的同時, 創(chuàng)造條件加快無碳(低碳)新能源的發(fā)展, 直到最終擔綱全社會的能源供應, 徹底減少碳排放總量。

(5)全面開展CCS/ CCUS 技術攻關和示范應用,探索真正實現(xiàn)絕對減碳的CCS/ CCUS 發(fā)展路徑。

3 煤炭清潔高效利用的重點行業(yè)和關鍵環(huán)節(jié)

煤炭清潔高效利用的重點行業(yè)是傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電、煉焦和鋼鐵冶金、建筑材料以及煤化工轉化, 四大行業(yè)煤炭消費占比接近80%。中小型供熱供暖鍋爐和民用散煤占比雖小, 但能效低、污染物排放強度大, 過度分散治理困難。

當前, 實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的關鍵環(huán)節(jié)我認為有以下幾點: 首先是原煤洗選, 這是源頭防控的關鍵節(jié)點; 其次是煉焦環(huán)節(jié)的余熱和化產(chǎn)高值化利用; 三是中小型工業(yè)鍋爐的升級換代和超低排放; 四是逐步淘汰散煤使用; 五是發(fā)電、高爐、建材和煤化工領域的CCS/ CCUS 規(guī)?；l(fā)展。

4 煤炭清潔高效利用的關鍵核心技術

實現(xiàn)煤炭清潔高效利用全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)很多,涉及方方面面, 所以關鍵技術門類也很多, 除開采的關鍵技術外, 單就利用側需要重點關注的核心技術主要有以下幾個方面:

(1)燃煤發(fā)電的清潔化和綠色化。研發(fā)700℃級高效大容量燃煤機組可以進一步提高發(fā)電效率, 煙氣超低排放和超潔凈排放還有潛力可挖。

(2)發(fā)展純氧燃煤發(fā)電技術, 既可以大量減少煙氣排放量, 減少NOx 生成, 減少熱損失, 提高能效, 又可以大幅度減少碳捕捉(CCS)成本, 建立純氧燃煤發(fā)電—CCS/ CCUS 一體綠色降碳新產(chǎn)業(yè)模式。

(3)大力發(fā)展煤化工, 除現(xiàn)有煤制油、煤制氣、煤制烯烴、煤制乙二醇四大類產(chǎn)品路線外,要進一步依靠科技創(chuàng)新, 實現(xiàn)高端化、多元化、低碳化, 與“綠電”、“綠氫” 耦合發(fā)展, 生產(chǎn)煤基特種燃料、可降解塑料、煤基功能性材料以及煤制乙醇、煤制淀粉、蛋白質(zhì)、醋酐等代糧類產(chǎn)品, 助力能源安全和糧食安全。

(4)大力發(fā)展低階煤熱解分質(zhì)利用技術。隨著我國煤炭生產(chǎn)主戰(zhàn)場快速西移, 低階長焰煤產(chǎn)量越來越大, 低階煤熱解是更高效、更便捷的煤化工新技術, 最大的優(yōu)勢是不耗水、投資較小、項目規(guī)模靈活, 同樣可以獲得大量的油氣產(chǎn)品和化學品。

(5)大力發(fā)展中小型高效、低污染工業(yè)鍋爐和超低排放。我國注重發(fā)展實體經(jīng)濟, 燃煤(燃氣)工業(yè)鍋爐供熱是不可或缺的, 高效供熱鍋爐與超低排放結合的供熱模式比較現(xiàn)實。

(6)煤焦化在短期內(nèi)不可能取代, 實現(xiàn)煤焦化綠色化和高效化意義重大, 干熄焦技術、化產(chǎn)高值化利用技術、焦化廢水零排放和VOCs 治理技術都很需要。

(7)加大力度發(fā)展CCS/ CCUS 相關技術。由于我國資源稟賦局限, CCS/ CCUS 技術的研發(fā)對西方發(fā)達國家可能只是愛好, 但對以煤為主的我國卻是使命。目前已經(jīng)出現(xiàn)不少CCUS 的好苗頭, 比如液態(tài)陽光、CO2 制淀粉、CO2 制蛋白質(zhì)、CO2 模擬光合作用制取油料和化學品等, 只要我們重視, 相信還會研發(fā)出更多、更高效的CCUS 技術。

(8)我國國土遼闊、人口眾多, 區(qū)域發(fā)展不平衡。民生用能不可能“一刀切去煤化”, 要繼續(xù)研發(fā)煤基清潔化燃料和高效爐灶, 為偏遠地區(qū)污染防控提供更有效、更接地氣的條件。

(二)針對我國選煤行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、面臨的問題以及在煤炭清潔高效利用中的重要作用, 周少雷、鄭均笛和趙樹彥三位專家給出了如下解讀。

周少雷

大地工程開發(fā)(集團)有限公司總裁

煤炭行業(yè)工程勘察設計大師

中國煤炭加工利用協(xié)會副理事長

韓正副總理對選煤行業(yè)在實現(xiàn)碳達峰碳中和目標以及煤炭清潔高效利用中的重要作用給與了充分肯定, 作為選煤工作者我們倍感鼓舞。

1 我國選煤工業(yè)發(fā)展水平和現(xiàn)狀

我國選煤行業(yè)經(jīng)過近20 年的快速發(fā)展, 滿足了國民經(jīng)濟發(fā)展的需要, 選煤總產(chǎn)量為世界第一, 選煤技術處于國際領先水平。主要表現(xiàn)在:

1. 1 選煤產(chǎn)量和生產(chǎn)能力位居世界第一

2021 年全國原煤產(chǎn)量為41. 3 億t, 原煤入選量為29. 6 億t。據(jù)不完全統(tǒng)計, 全國現(xiàn)有規(guī)模以上在運行的選煤廠2400 多座, 年處理能力超千萬噸級的特大型選煤廠達80 多座。

1. 2 分選工藝技術領先

我國煤炭種類眾多, 不同變質(zhì)程度的無煙煤、貧瘦煤、氣肥焦煤、長焰煤、褐煤等煤炭在全國按區(qū)域廣泛分布, 產(chǎn)品用途、煤炭性能、煤炭可選性等體現(xiàn)很大的差異。目前, 我國選煤技術工藝齊全, 滿足了不同煤源煤種煤質(zhì)的分選需要, 重介分選技術、跳汰分選技術、煤泥浮選技術等主流分選工藝的工程設計、設備制造、生產(chǎn)管理日趨完備和領先, 分選精度和分選效率滿足了市場需求; 復合干法風力選煤技術、射線識別智能分選技術滿足了差異化煤質(zhì)和市場的不同需求, 特別在缺水地區(qū)突出了其應用優(yōu)勢。

1. 3 普遍實現(xiàn)煤泥水零排放

我國重視選煤廠煤泥水處理技術, 不同類別的板框式壓濾機、加壓和真空過濾機、沉降及離心式脫水機在選煤廠得到廣泛的應用, 固液分離設備門類眾多, 脫水設備的濾液固體物含量低,選煤廠普遍實現(xiàn)煤泥水零排放。

1. 4 選煤廠生產(chǎn)穩(wěn)定性得到大幅提升

隨著主要洗選設備的可靠性不斷加強和逐步國產(chǎn)化、大型化, 以及高性能耐磨材料的應用和使用成本的不斷降低, 特別是企業(yè)管理水平的持續(xù)提高, 設備事故率降低, 檢維修時間減少, 選煤廠生產(chǎn)穩(wěn)定性連續(xù)性得到大幅提升, 選煤廠設計規(guī)范年工作時間從4 200 h 增加到5 280 h, 選煤廠實際生產(chǎn)時間已達6 000 h。

1. 5 普遍采用自動化和信息化管理技術

絕大部分選煤廠建立了生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心, 安裝了基礎的監(jiān)測監(jiān)控設備和儀器,不同程度實施了重介密度控制系統(tǒng)、跳汰自動控制系統(tǒng)、浮選藥劑自動控制系統(tǒng)以及輔助環(huán)節(jié)自動控制系統(tǒng)的建設和運行, 基本上可以實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)無人值守和無人操作以及線下巡檢管理; 在調(diào)度管理、煤質(zhì)管理、機電管理、物資管理等企業(yè)管理環(huán)節(jié)實現(xiàn)了信息化管理。

2 發(fā)展中存在的問題

我國是一個產(chǎn)煤大國同時也是一個用煤大國, 產(chǎn)煤區(qū)域主要在西部經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū), 2021年晉陜蒙新四省區(qū)煤炭產(chǎn)量33 億t, 占全國產(chǎn)量的80%, 而用煤大戶和用能重心主要在東部人口密集、土地緊缺地區(qū), 這種客觀現(xiàn)實注定了選煤工業(yè)在節(jié)能減排、減少物流中轉、穩(wěn)定煤質(zhì)、為用戶提供合格產(chǎn)品、提高企業(yè)經(jīng)濟效益、帶動地方經(jīng)濟的發(fā)展以及環(huán)境保護等方面的重要作用。

2. 1 原煤入選比例偏低

隨著政府和社會對選煤工業(yè)的重視, 近年來煤炭入選率穩(wěn)步上升, 但始終未突破75%, 其中動力煤為65%。2021 年原煤入選率降至71. 7%,下降3 個百分點, 如表1 所示。我國的煤質(zhì)特點是原煤含矸率高、灰分高、發(fā)熱量低, 全國普遍原煤含矸率達15%, 東部、中部大部地區(qū)毛煤灰分超過40%, 西部主要煤種為變質(zhì)程度較低的長焰煤和褐煤。

建議:

(1)政府積極出臺推動煤炭清潔利用技術攻關、強化綠色低碳前沿研發(fā)的政策, 解決煤炭開發(fā)、清潔轉化、生態(tài)環(huán)境和安全保障相關基礎理論研究和技術突破, 從國情實際出發(fā), 處理好發(fā)展和減排、當前和長遠的關系, 推動煤炭清潔利用和綠色低碳轉型, 發(fā)揮好煤炭在保障國家能源安全中的兜底保障作用。持續(xù)開展燃煤發(fā)電超低排放與節(jié)能技術政策, 降低燃煤發(fā)電單耗, 加大力度淘汰高耗煤的落后供熱鍋爐。

(2)修訂電廠、鍋爐、窯爐、水泥、化肥等主要用煤行業(yè)的用煤標準, 實現(xiàn)按商品煤計量,按煤炭熱值計價, 建立符合中國煤質(zhì)特點的科學合理的品質(zhì)級差價格體系, 優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。

(3)發(fā)揮宏觀調(diào)控和運價機制作用, 優(yōu)先安排高熱值煤炭運輸, 按煤炭品種、規(guī)格分裝分運, 限制未經(jīng)洗選的原煤遠距離運輸。

(4)開展定制化生產(chǎn)服務, 根據(jù)用戶需求,建立用戶大數(shù)據(jù)系統(tǒng), 根據(jù)用戶要求數(shù)量、質(zhì)量、結構和時間, 實現(xiàn)生產(chǎn)側與需求側相協(xié)調(diào),推動煤炭開發(fā)利用精細化服務。

2. 2 煤矸石和煤泥利用遇到瓶頸

選煤廠的煤矸石和煤泥目前缺乏大規(guī)模工業(yè)化應用場景, 已成為制約煤炭潔凈化利用的瓶頸, 據(jù)相關資料, 我國煤礦固廢總堆積量已經(jīng)超過45 億t, 在每年7 億t 的排放量中, 未利用的約3 億t。在煤矸石資源綜合利用的主要方式中,發(fā)電和建材產(chǎn)品均以煤矸石作為燃料進行燃燒利用, 在碳排放總量和碳排放強度的約束下, 這兩種利用方式面臨較大的壓力, 受能耗雙控、環(huán)保政策加碼等因素影響, 一大批中小型煤矸石綜合利用電廠關閉退出運行, 而利用煤矸石生產(chǎn)建材產(chǎn)品, 面臨技術和經(jīng)濟諸多障礙, 單位成本造價高, 技術附加價值低, 隨著煤炭產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整, 消費市場距離遠遠超出經(jīng)濟運輸半徑, 產(chǎn)品逐漸萎縮。聲勢很大的另一消納渠道井下充填總體規(guī)模依然不高, 存在安全、成本、技術等方面的諸多問題有待突破。因此煤矸石及煤泥的固廢處理問題日趨突出。

建議:

(1)選擇高效選煤方法, 優(yōu)化煤炭分選工藝,提倡選排純矸以減少矸石排放量, 降低洗矸含炭量。對進一步分選效果明顯的中煤和煤泥, 實施中煤二次分選和煤泥再浮選生產(chǎn)工藝。

(2)動力煤選煤廠特別是泥化嚴重的動力煤選煤廠, 優(yōu)先選擇脫粉工藝, 減少煤泥入水數(shù)量。在產(chǎn)品滿足市場的條件下, 優(yōu)先使用干法選煤工藝, 再使用濕法工藝對重產(chǎn)物進行二次分選, 最大限度減少矸石和煤泥數(shù)量。

(3)采選充一體化的核心關鍵是井下充填的安全和成本問題, 目前緊迫的工作是要優(yōu)化和創(chuàng)新矸石井下充填工藝, 降低矸石井下充填成本, 擴大矸石井下充填規(guī)模, 盡可能的爭取充填采煤的產(chǎn)品所得稅和煤炭資源稅政策, 提高矸石井下充填的積極性。

2. 3 智能化建設

我國選煤行業(yè)的智能化建設尚處于初步階段, 國家發(fā)改委、國家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》, 中國煤炭加工利用協(xié)會組織煤炭行業(yè)智能選煤工程研究中心等單位編制了《智能化選煤廠建設通用建設規(guī)范》, 部分選煤廠進行了智能化體系建設規(guī)劃, 少數(shù)選煤廠完成了智能化體系階段性建設工程。正如指導意見所言, 主要存在的問題就是“基礎理論研發(fā)滯后、技術標準與規(guī)范不健全、平臺支撐作用不夠、技術裝備保障不足、高端人才匱乏” 等方面。

建議各選煤廠緊跟各自煤炭集團公司的智能化發(fā)展規(guī)劃, 根據(jù)本企業(yè)特點, 按照《智能化選煤廠建設通用建設規(guī)范》的指導意見對基礎自動化、基礎平臺、智能控制、智能管理、綜合分析、智能決策五部分內(nèi)容進行整體規(guī)劃, 分階段分單項逐步實施, 并在實踐中不斷探索和創(chuàng)新。

2. 4 管理模式和減員提效

在現(xiàn)有選煤廠管理經(jīng)營模式中, 我國的絕大多數(shù)選煤廠隸屬于礦井管理這一單一傳統(tǒng)的管理模式, 內(nèi)部機構設置上小而全、大而全現(xiàn)象非常普遍, 維修維護管理、備件備品管理、化驗制樣管理機構和設施一應俱全, 勞動定員居高不下,有效工作時間不足, 工作效率較低; 維修設備設施和備品備件設施大量占用投資和流動資金。

建議繼續(xù)推動現(xiàn)代化企業(yè)制度的不斷發(fā)展,煤炭集團內(nèi)部選煤中心托管運營模式和外部市場第三方托管運營模式所體現(xiàn)出的專業(yè)化、集約化、平臺化、高效化特點應該得到充分肯定和進一步推廣。因此加快體制機制創(chuàng)新, 促進選煤廠運營管理轉型升級, 建立選煤廠生產(chǎn)服務型管理運營機制, 使用專業(yè)化托管運營、專業(yè)化維修外包、備品備件區(qū)域保障, 第三方節(jié)能和環(huán)保治理等新型生產(chǎn)服務管理運營隊伍服務于日常運營,是進一步減員增效、提高選煤廠的整體管理水平的重要途徑。

鄭均笛

煤炭行業(yè)工程勘察設計大師

中煤西安設計工程有限責任公司原總經(jīng)理助理, 教授級高工

我國是世界煤炭生產(chǎn)和消費的第一大國, 為了實現(xiàn)“雙碳” 目標的發(fā)展戰(zhàn)略, 以習近平主席為核心的中共中央高度重視煤炭清潔高效利用及煤炭洗選加工。3 月22 日, 國務院副總理韓正主持召開了煤炭清潔高效利用工作專題會議, 個人理解, 是為了既要穩(wěn)定煤炭產(chǎn)業(yè), 又要推進“雙碳” 目標落實。煤炭洗選加工作為煤炭清潔高效利用的基礎技術, 如何落實會議精神, 為實現(xiàn)“雙碳” 目標做貢獻, 提出幾點看法:

1 井下精準采煤, 最大限度減少出井煤含矸率

我國煤層賦存相對復雜, 煤炭開采出井原煤含矸率高, 每年約有3 億t 矸石進入選煤廠。由于環(huán)保政策要求, 為了解決矸石出路, 許多企業(yè)不惜花重金, 實施地面矸石井下充填, 目前比較流行的技術是: 矸石破碎到3 mm 以下,加30%的水, 形成漿體, 柱塞泵打入采空區(qū)。矸石從地面向井下充填, 不僅投資高, 而且能源消耗大。有些泥化矸石進入選煤廠, 不僅對生產(chǎn)工藝影響較大, 而且污染產(chǎn)品, 導致多數(shù)選煤廠不斷的進行煤泥水系統(tǒng)改造。因此, 建議研究井下精準采煤技術, 嚴格控制采煤過程的割頂、割底; 煤礦產(chǎn)量以商品煤計量, 用以改變煤炭出井產(chǎn)量大、商品煤產(chǎn)量小的現(xiàn)象。這樣對煤礦及選煤廠節(jié)能降耗、為“雙碳” 目標做貢獻均有利。

2 強化精細管理, 提升選煤廠節(jié)能水平

近年來, 我國選煤產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入快速、良性發(fā)展階段。選煤工藝齊全、設備大型化技術成熟、自動化、智能化水平提高, 管理模式不斷創(chuàng)新。但是, 部分選煤廠在精細化管理方面仍然存在短板, 有些企業(yè)開放式能源消耗管理, 噸煤電耗等能耗指標居高不下。為此, 建議選煤廠進一步優(yōu)化工藝及生產(chǎn)管理, 平衡產(chǎn)量與能耗的關系, 把節(jié)能降耗作為評價和考核選煤廠管理水平的重要指標。初步估算, 若選煤廠噸煤節(jié)約1kW·h 的電, 相應為實現(xiàn)“雙碳” 目標, 減少約700 g 的CO2 排放。因此, 加強這方面的需求, 對促使選煤廠管理更上一層樓有一定好處。

3 加大科技投入, 夯實選煤廠高產(chǎn)高效的基礎

近年來, 我國選煤行業(yè)國家級最高獎為“煤炭干選關鍵技術及應用”, 有不少科技成果的“含金量” 低于采煤行業(yè), 有些科研成果推廣性不強, 許多專利實用性不足, 雖然選煤設備在大型化方面有了長足的發(fā)展。但從選煤綜合技術整體分析, 與發(fā)達國家有差距。這方面主要表現(xiàn)為: 設備故障率偏高、傳感元件精準度不穩(wěn)、單機設備智能化不足, 選煤配套系統(tǒng)不盡完善等,由于存在這些不足, 導致智能化建設實用性不強或難以完善。因此應從原煤入廠到產(chǎn)品裝車, 對我國選煤行業(yè)進行系統(tǒng)化“體檢”, 理清短板,從設備材質(zhì)、重介耐磨、監(jiān)測傳感元件精準耐用、各類閘閥動態(tài)計量顯示實用、輸送設備免(少)維修、智能化系統(tǒng)可靠實用運行等方面, 加大科技力量及投入。真正實現(xiàn)現(xiàn)場無人化、系統(tǒng)高效化、維修減量化、環(huán)境更美化的國際一流干法、濕法選煤廠。有效克服選煤廠管理者存在的選煤雙(多)系統(tǒng)生產(chǎn)更可靠的顧慮, 逐步消除選煤廠“專職維修十余人、備品備件滿庫存、廢品廢件一大堆” 的低效管理現(xiàn)象, 真正意義上實現(xiàn)智能化運行。

4 積極探索無碳能源的利用

目前煤礦在限制燃煤采暖鍋爐的要求下, 大力進行煤礦余熱、乏風余熱、地熱、太陽能的利用。選煤廠也應結合現(xiàn)有設施, 積極探索壓風機、冷卻水等余熱的利用, 發(fā)展太陽能儲能照明等無碳能源利用, 為國家實現(xiàn)“雙碳” 目標、穩(wěn)定煤炭在國民經(jīng)濟建設中的壓艙石地位、預防“去煤化” 輿論的反彈, 做出選煤人應有的貢獻。

趙樹彥

唐山國華科技國際工程有限公司董事長

北京國華科技集團CEO 兼CTO, 研究員

1 煤炭洗選加工行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

改革開放以來, 我國煤炭洗選加工行業(yè)發(fā)展很快, 原煤入選量和入選率均大幅增長, 選煤技術和裝備飛速進步, 已由選煤大國成為選煤強國。主要表現(xiàn)在:

1. 1 原煤入選量和入選率大幅提高

2020 年我國原煤入選量已突破30 億t, 原煤入選率已達74. 1%, 比2010 年的50. 9%增加了23. 2 個百分點, 對我國煤炭的清潔高效利用做出了巨大貢獻。

1. 2 千萬噸級以上規(guī)模選煤廠數(shù)量居世界第一

截至2020 年, 我國已有規(guī)模以上在運行的選煤廠2 300 余座, 其中千萬噸級選煤廠80 座, 包括12 座煉焦煤選煤廠和68 座動力煤選煤廠。無論是選煤廠總數(shù)量, 還是千萬噸級以上規(guī)模選煤廠數(shù)量均居世界第一, 是名副其實的選煤大國。

1. 3 選煤技術飛速進步, 主流技術國際領先改革開放以來, 我國的選煤技術飛速進步,重介、浮選、煤泥水處理等主流選煤技術已超越美國, 達國際領先水平, 實現(xiàn)了選煤大國向選煤強國的轉變。

我國的高精度重介質(zhì)旋流器選煤技術、浮游選煤技術、干法選煤技術、煤泥水濃縮技術已達國際領先水平。擁有世界上單機處理能力最大(1 300 t/ h)、分選粒級最寬(200 ～ 0. 25 mm)、分選精度最高的選煤設備, 以及最簡單、高效、節(jié)能的選煤系統(tǒng)。我國重介質(zhì)旋流器的入料粒度上限已突破200 mm, 不脫泥重介質(zhì)旋流器選煤工藝的介耗已低至0. 4 kg/ t, 濃縮機的單位面積處理量已達10 m3 / (m2·h)。選煤精度的提高有力推動了煤炭的清潔高效利用和碳排放的降低。

我國的選煤裝備制造水平與發(fā)達國家的差距已明顯縮小, 骨干企業(yè)的裝備質(zhì)量已接近發(fā)達國家。浮選機、振動篩、離心機、壓濾機等已出口到美國。

2 煤炭洗選加工領域面臨的問題

我國煤炭洗選加工領域雖取得了令世人矚目的成績, 但亦存在諸多問題, 尤其在碳達峰、碳中和的大背景下。主要表現(xiàn)在:

2. 1 原煤入選率與發(fā)達國家尚有較大差距

發(fā)達國家原煤的入選率均超過90%, 美國已接近100%。我國應制定相應的政策、法規(guī), 大力推動煤炭洗選和高效清潔利用。

2. 2 先進選煤技術未得到普遍應用

我國“大型、高效、簡化、節(jié)能” 的選煤技術水平雖在國際上遙遙領先, 但并未在國內(nèi)的數(shù)千座選煤廠中得到很普遍的應用, 多數(shù)選煤廠存在分選精度較低、工藝流程復雜、生產(chǎn)成本特別是能耗高等現(xiàn)象。應營造良好的學術氛圍, 允許甚至鼓勵質(zhì)疑, 曝光偽科技, 嚴格限制低精度選煤方法的應用。

2. 3 選煤廠電耗整體偏高

煤炭洗選是清潔高效利用的關鍵環(huán)節(jié), 煤炭行業(yè)要實現(xiàn)低碳化, 除提高分選精度外, 還必須高度重視節(jié)能。GB29446-2019 《選煤電力消耗限額》: 1級能耗≤5.0 kW·h/ t; 2 級能耗≤7.0 kW·h/ t; 3級能耗≤8.5 kW·h/ t。而我國僅有約15%的選煤廠電力消耗限額達到一級水平, 約50%達到二級水平, 約75%達到三級水平, 仍有約半數(shù)選煤廠的電力消耗達不到二級水平。我國某選煤廠設計公司近5 年設計的選煤廠均達“GB29446-2019” 一級能耗水平, 應著手逐步強制實行該標準。

2. 4 選煤廠自動化水平偏低

雖然我國近年在選煤廠智能化方面投資巨大, 但面子工程居多, 基本上沒解決核心問題,造成這些智能化選煤廠的自動化水平尚不如美國的非智能化選煤廠的尷尬局面。應提高選煤廠智能化標準, 嚴格驗收。

2. 5 選煤設備可靠性較差

我國《選煤廠設計規(guī)范》規(guī)定的選煤廠年工作時間只有5 280 h, 而發(fā)達國家均不低于7 000h, 一般國家不低于6 000 h, 即便是工業(yè)比較落后的蒙古國也以5 500 h 超過了我國。造成這種尷尬局面的主要原因是我國選煤設備的可靠性較差, 盡管工藝性能已接近甚至超過發(fā)達國家。國家應設置選煤設備制造準入門檻, 將無開發(fā)能力、作坊式的制造廠拒之門外。

3 新建和擴建選煤廠, 提高煤炭洗選能力

盡管我國部分現(xiàn)有選煤廠洗選能力富余, 有些選煤廠甚至長期閑置, 但提高原煤入選率的主要途徑仍然要靠新建和擴建選煤廠, 而非利用現(xiàn)有選煤廠。因為選煤廠經(jīng)營基本由市場驅動, 受經(jīng)濟效益制約。入選量不足的主要原因是在合適運輸范圍內(nèi)缺少原煤甚至煤源, 若自距離較遠處調(diào)運原煤, 不僅會降低選煤廠經(jīng)濟效益, 而且還會增加能耗和環(huán)保壓力。

(三)針對碳達峰、碳中和目標下, 煤化工、特別是現(xiàn)代煤化工未來的發(fā)展方向、亟待突破的技術以及政策需求等問題, 中國礦業(yè)大學(北京)博士生導師, 解強教授給出了如下解讀。

解 強

中國礦業(yè)大學(北京) 教授, 博士生導師

《潔凈煤技術》主編

首先, 在“碳達峰、碳中和” 目標下, 對現(xiàn)代文明的形成起到巨大作用的化石燃料將逐漸淡出歷史舞臺, 是一個不爭的事實。然而, 以煤化工為技術基礎的煤炭高效清潔利用, 將在我國能源綠色低碳轉型過程中發(fā)揮很大作用, 這是謀劃煤化工的未來時必須要牢牢把握的一個基本點。

盡管壓縮能源消費中的煤炭比例成為世界范圍內(nèi)能源消費的趨勢, 但在包括美國在內(nèi)的一些國家, 近中期內(nèi)煤炭的地位仍然非常顯著。美國能源部近年提出的“ 煤炭FIRST” (Flexible;Innovative; Resilient; Small; Transformative)政策,就是基于“煤炭是一種豐富、用得起、有適應力和可靠的能源, 通過創(chuàng)新, 未來幾十年將繼續(xù)成為美國能源供給的重要組成部分” 的認識。

我國“富煤缺油少氣” 的能源資源稟賦, 決定了在相當長的時期里以煤為主的能源結構特征。今年兩會期間, 習近平總書記指示, “富煤貧油少氣是我國的國情, 以煤為主的能源結構短期內(nèi)難以根本改變。實現(xiàn)‘雙碳’ 目標, 必須立足國情”。韓正副總理主持召開煤炭清潔高效利用工作專題座談會時強調(diào), “要堅持從國情實際出發(fā)推進煤炭清潔高效利用, 切實發(fā)揮煤炭的兜底保障作用; 要深刻認識推進煤炭清潔高效利用是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要途徑, 統(tǒng)籌做好煤炭清潔高效利用這篇大文章”。

因此, 在推進“雙碳” 目標、評判我國煤化工技術時, 一定要考慮我國的資源特征以及在日漸復雜地緣政治環(huán)境下的能源安全, “能源的飯碗必須端在自己手里”。

其次, 在談論煤化工、現(xiàn)代煤化工以及探索、識別前沿科學研究方向之前, 要厘清“煤”、“煤化工” 的概念, 梳理“現(xiàn)代煤化工” 的形成過程。

煤是遠古死亡植物殘骸沒入水中經(jīng)過生物化學作用后再經(jīng)地層覆蓋并經(jīng)過地質(zhì)化學作用所形成的可燃有機生物巖, 它含能量, 也含有用元素或成分。這是煤炭作為原燃料利用的物質(zhì)基礎。換言之, 煤炭既有“能源特征”、也有“原料” 屬性。

煤化工是以煤炭為原料, 用化學方法轉化為氣體、液體和固體產(chǎn)物, 經(jīng)進一步加工, 生產(chǎn)系列化工產(chǎn)品或燃料的技術。19 世紀中后期開始出現(xiàn)煤化工, 最初是以煤制取基本有機化工原料為目的, 主要有煤焦化及化產(chǎn)回收、煤氣化(生產(chǎn)合成氨)、由焦炭生產(chǎn)電石制取乙炔等。

“現(xiàn)代煤化工” 不是一個得到清晰定義的概念, 與“傳統(tǒng)” 煤化工并無嚴格的技術或時間界限; 按技術成熟度或產(chǎn)品屬性界定, 與煤化工實踐也不盡匹配。如果我們將“現(xiàn)代煤化工” 理解為“在通過拓展原料、提高效率、擴大規(guī)模以及增加環(huán)境友好程度等方法對煤化工進行完善及過程強化的基礎上, 隨著SNG、MTO/ MTP、MTG、煤制乙二醇、煤制芳烴等新技術的開發(fā), 以及系統(tǒng)的集成、耦合(例如, 以煤氣化為基礎的多聯(lián)產(chǎn)技術)而形成并不斷完善的技術體系” 的過程,總體上是正確的。

現(xiàn)代煤化工技術體系的形成過程說明, 只有通過、也只能通過持續(xù)創(chuàng)新, 煤化工才能滿足逐漸增多且更加嚴格的約束條件, 在我國化石能源向非化石能源演變的過程中保障煤炭兜底作用的發(fā)揮。

其三, 在“雙碳” 目標下, 煤化工行業(yè)可采取的更為積極的二氧化碳減排措施很多, 如原料及燃料結構調(diào)整、節(jié)能技術改造、末端捕集、甚至產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整。其中, 節(jié)能增效, 煤耦合生物質(zhì)發(fā)電或熱解/ 氣化、新能源制氫供給煤化工工藝等促進化石能源與新能源融合發(fā)展的方式, 以及CCUS 等, 是目前煤化工行業(yè)減碳的優(yōu)選途徑。

第四, 值得指出的是, 迄今煤化工領域的減碳、降碳, 包括中國工程院最近發(fā)布的面向2035的潔凈煤前沿技術里, 大部分項目涉及的都是能源, 對煤炭的原料屬性重視不足。實際上, 我國本世紀初開始實施的“煤炭替代石油戰(zhàn)略” 中,替代途徑中就含有煤制大宗化學品(烯烴、芳烴、烴的含氧衍生物等)。

煤炭作為工業(yè)原料使用, 主要的途徑是以氣化為龍頭, 利用煤有機質(zhì)中所含的碳、氫, 通過重排生產(chǎn)化學品。多聯(lián)產(chǎn)應用系統(tǒng)整合思想, 通過集成把化工過程和動力系統(tǒng)整合, 多過程耦合、多產(chǎn)物制備, 在完成發(fā)電、供熱等熱工功能的同時生產(chǎn)化工產(chǎn)品, 能最大程度地提高效率、解決環(huán)境污染及碳排放難題。然而, 多聯(lián)產(chǎn)技術要得到廣泛實踐, 還需突破龐大系統(tǒng)的開工率保障難題。

最后, 在政策層面談一些個人想法。近來國家出臺了一些利于煤化工發(fā)展的政策, 如原料用能不納入能源消費總量控制, 支持煤炭清潔高效利用專項再貸款等財稅金融支持政策。希望將這些政策落地、落實好, 此外還應該在研究投入、人才培養(yǎng)方面配套相關政策, 如提高國家重大研發(fā)項目中對煤炭清潔高效低碳利用技術研究的支持力度, 通過支持高校煤炭清潔高效利用工程科學的專業(yè)建設, 加強、加快煤化工及潔凈煤技術創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。