張秀捧
(中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì),北京 063018)
“雙碳”目標(biāo)是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局,著眼建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、推動(dòng)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展和高水平保護(hù)作出的重大戰(zhàn)略決策。決策的提出,使煤炭清潔高效利用成為國(guó)家未來(lái)新能源體系構(gòu)建的重中之重,選煤人要強(qiáng)化煤炭洗選為煤炭行業(yè)賦能,保持行業(yè)定力,做清潔能源、高端材料的供應(yīng)商,開(kāi)創(chuàng)安全、綠色、低碳、經(jīng)濟(jì)的煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新時(shí)代。
我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的清潔低碳化進(jìn)程不斷加快,煤炭消費(fèi)量在能源消費(fèi)總量占比,從新中國(guó)成立初期的96.3%降至2020年的56.8%,而2019年全世界煤炭消費(fèi)占比僅為36.4%;從數(shù)據(jù)分布走向看出,下降同等當(dāng)量級(jí)的時(shí)間周期在急劇縮短,未來(lái)能源的多元化勢(shì)不可擋。
我國(guó)煤炭產(chǎn)量從1949年3 243萬(wàn)t,到2020年達(dá)到39.0億t,煤炭產(chǎn)量增長(zhǎng)120倍;1985年,我國(guó)以8.72億t成為全球第一產(chǎn)煤大國(guó);“十四五”、“十五五”期間煤炭產(chǎn)量保持41 億t左右實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”,之后將呈現(xiàn)快速下滑態(tài)勢(shì)。近十年來(lái),我國(guó)煤炭產(chǎn)量以及煤炭消費(fèi)量始終占世界總產(chǎn)量的45%~50%,從而也確定了我國(guó)在世界煤炭領(lǐng)域的主導(dǎo)地位,同時(shí)也引起世界范圍內(nèi)對(duì)于我國(guó)碳排放強(qiáng)度的質(zhì)疑。
1978年,我國(guó)設(shè)計(jì)入選原煤總能力1.03億t/a,入選原煤量1.13億t,原煤入洗率16.70%; 2020年原煤入選率要達(dá)到74.1%。
我國(guó)規(guī)模以上選煤廠已有2 300多座,超過(guò)1 000萬(wàn)t的特大型選煤廠有80座,其中:煉焦煤選煤廠12座,最大的煉焦煤選煤廠臨渙選煤廠,實(shí)際年入選能力達(dá)到1 750萬(wàn)t/a;動(dòng)力煤選煤廠68座,最大的動(dòng)力煤選煤廠布爾臺(tái)選煤廠,實(shí)際能力達(dá)到3 500萬(wàn)t/a。
濕法選煤工藝在世界范圍內(nèi)為主導(dǎo)工藝,而我國(guó)目前的選煤主流工藝方法分為兩大類:濕法選煤和干法選煤,在綜合考慮原煤性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、投資收益等因素的基礎(chǔ)上,已經(jīng)出現(xiàn)多款“干法+濕法”靈活變體,可組合出一系列的優(yōu)化選煤工藝流程。如:煉焦煤選煤廠采用干法預(yù)排矸+脫泥或不脫泥(有壓或無(wú)壓)三產(chǎn)品重介旋流器+ TBS(煤泥重介或螺旋分選機(jī))+直接浮選,動(dòng)力煤選煤廠采用塊煤重介淺槽+末煤復(fù)合干法分選、大塊智能干法分選+末煤復(fù)合干法分選,實(shí)現(xiàn)了“矸石、煤泥減量化”,提高了商品煤質(zhì)量的穩(wěn)定性。
主要洗選設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化與大型化。三產(chǎn)品重介旋流器,最大直徑達(dá)到1 500 mm;跳汰機(jī)最大面積36 m2,處理量650 t/h;浮選機(jī)單槽最大體積90 m3,礦漿流量2 240 m3/h,處理量干煤泥150 t/h;加壓過(guò)濾機(jī)最大面積140 m2,處理量120 t/h;快開(kāi)壓濾機(jī)最大面積1 250 m2,處理量達(dá)到140 t/h;大塊煤智能干法分選機(jī)最大寬度4 000 mm,處理量達(dá)到380 t/h;復(fù)合干法分選機(jī)最大面積48 m2,處理量達(dá)到600 t/h;弛張篩最大面積43 m2,處理量達(dá)到1 500 t/h;篩分破碎機(jī),齒輥?zhàn)铋L(zhǎng)4 500 mm,處理量達(dá)到800 t/h等。
隨著現(xiàn)代化企業(yè)制度的不斷深入,選煤廠管理模式也隨之發(fā)生了變化,由單一傳統(tǒng)的管理模式到多種模式并存,特別是托管運(yùn)營(yíng)高效管理模式風(fēng)靡全國(guó),內(nèi)部選煤中心托管運(yùn)營(yíng)模式與外部市場(chǎng)托管運(yùn)營(yíng)模式體現(xiàn)出專業(yè)化、集約化、平臺(tái)化、高效化的新特點(diǎn)。如:神東內(nèi)部選煤中心的高效運(yùn)營(yíng)、中煤選煤廠運(yùn)營(yíng)公司的專業(yè)化運(yùn)營(yíng)、山西青峰的市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)等。
科學(xué)技術(shù)發(fā)展是選煤技術(shù)迭代升級(jí)的風(fēng)向標(biāo),近代以來(lái),選煤業(yè)快速發(fā)展主要經(jīng)歷了四個(gè)階段。
1995—2005年間,高性能耐磨材料的出現(xiàn)和應(yīng)用成本的下降,我國(guó)重介選煤工藝進(jìn)入爆發(fā)期,特別是國(guó)有企業(yè)大量跳汰選煤工藝基本被重介工藝取代。
2002—2010年,我國(guó)從美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等大量引進(jìn)大型重介旋流器、重介淺槽、脫介篩、離心機(jī)、磁選機(jī)、模塊選煤廠等。美國(guó)典型代表包括賽吉滿、泰戈特、伊利、康威德等;澳大利亞典型代表如申克、約翰芬雷、路德維奇等,德國(guó)典型代表有KHD,英國(guó)典型代表有MMD等。
同一時(shí)期,煤炭跨越式發(fā)展的黃金十年,刺激國(guó)內(nèi)需求開(kāi)始出現(xiàn)本地化趨勢(shì),申克、約翰芬雷、路德維奇、康威德等外資企業(yè)在國(guó)內(nèi)建廠,促成了國(guó)內(nèi)選煤設(shè)備制造技術(shù)的快速升級(jí)。
2010年至今,我國(guó)以大型三產(chǎn)品重介旋流器、干法選煤技術(shù)、選煤廠智能化等為代表的原創(chuàng)技術(shù)進(jìn)入新階段。
目前,我國(guó)選煤工藝技術(shù)裝備逐步擺脫“大而不強(qiáng)”的窘境,從跟跑、并跑到領(lǐng)跑,正在走向世界選煤技術(shù)強(qiáng)國(guó)的行列。
針對(duì)于地球上的病蟲害增加、海平面上升、氣候反常、海洋風(fēng)暴增多、土地干旱沙漠化面積增大等嚴(yán)重自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生,1988年聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署和世界氣象組織聯(lián)合建立了IPCC,并展開(kāi)了一系列調(diào)研和評(píng)估,結(jié)論:CO2排放是影響全球氣候變化的根本原因。
3.1.1 “碳中和”重要性
伴隨著發(fā)達(dá)國(guó)家200年的工業(yè)化進(jìn)程,化石能源燃燒釋放出大量的二氧化碳,工業(yè)革命以前大氣溫室排放濃度280 ppmv,2019年達(dá)到410 ppmv,2016—2020年地球溫度平均升高1.1 ℃。碳中和的重要性逐漸體現(xiàn),經(jīng)過(guò)締約方不斷努力,不同時(shí)期的3個(gè)文件浮出水面。
《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》在1992年5月聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過(guò),確定了“共同但有區(qū)別的責(zé)任”框架,終極目標(biāo)是將大氣溫室氣體濃度維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平,主要目標(biāo)是20世紀(jì)全球平均氣溫上升幅度控制在2 ℃以內(nèi)。
《京都議定書》在1997年通過(guò),締約國(guó)約定:在1990年溫室氣體排放水平的基礎(chǔ)上,歐盟減排8%,美國(guó)減排7%,日本減排6%,發(fā)展中國(guó)家無(wú)量化要求。
《巴黎協(xié)定》在2015年12月通過(guò),全球平均氣溫上幅度控制在2 ℃(與工業(yè)革命前比),力爭(zhēng)1.5 ℃,掌握的原則是國(guó)家自主貢獻(xiàn)。
3.1.2 我國(guó)政府承諾
我國(guó)政府在七十五屆聯(lián)大、氣候雄心峰會(huì)做出承諾:中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和(表1)。我國(guó)政府發(fā)布了《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書,進(jìn)一步闡述了我國(guó)在碳中和方面取得的成績(jī)以及未來(lái)的新舉措。
表1 2021—2060年我國(guó)“雙碳”目標(biāo)
3.1.3 “雙碳”目標(biāo)下能源消費(fèi)格局
專家預(yù)計(jì),今后我國(guó)能源消費(fèi)格局變化將主要經(jīng)歷3個(gè)階段(表2):第一階段緩慢過(guò)渡期,煤炭由主體能源轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)能源;第二階段關(guān)鍵過(guò)渡期,煤炭由基礎(chǔ)能源轉(zhuǎn)變?yōu)楸U夏茉?;第三階段過(guò)渡結(jié)束期,煤炭由保障能源轉(zhuǎn)變?yōu)橹文茉础?/p>
表2 煤炭與新能源地位變化趨勢(shì)
3.1.4 “雙碳”目標(biāo)下煤炭行業(yè)發(fā)展機(jī)遇
中央召開(kāi)了一系列會(huì)議,國(guó)務(wù)院正式頒布了國(guó)家“雙碳”行動(dòng)方案,首次系統(tǒng)明確了全社會(huì)和重點(diǎn)行業(yè)的行動(dòng)方案,煤炭行業(yè)也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。
(1)回歸高質(zhì)量發(fā)展的機(jī)遇。煤炭行業(yè)可放下產(chǎn)量增長(zhǎng)的包袱,從擴(kuò)大產(chǎn)能產(chǎn)量追求粗放性效益為第一目標(biāo)的增量時(shí)代,邁向更加重視生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)運(yùn)、消費(fèi)全過(guò)程安全性、綠色性、低碳性、經(jīng)濟(jì)性的存量時(shí)代,快速提升發(fā)展質(zhì)量。
(2)煤炭行業(yè)升級(jí)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇?!半p碳”目標(biāo)倒逼煤炭行業(yè)改變過(guò)去幾十年引進(jìn)—消化—吸收—再創(chuàng)新的路徑延續(xù)式創(chuàng)新模式,煤炭行業(yè)將迎來(lái)實(shí)現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新的機(jī)遇,可以集聚優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源,輕裝上陣主攻技術(shù)裝備,早日成為高精尖技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
(3)搶占新能源主陣地的機(jī)遇。“雙碳”目標(biāo)倒逼煤炭企業(yè)主動(dòng)發(fā)展新能源,進(jìn)入新能源主陣地,將煤礦區(qū)建設(shè)成為地面—井下一體化的風(fēng)、光、電、熱、氣多元協(xié)同的清潔能源基地。
3.1.5 “雙碳”目標(biāo)下新技術(shù)的研發(fā)
未來(lái)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展“風(fēng)、光、水、火、儲(chǔ)一體化”與“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)一體化”整體技術(shù),CCUS、BECCS、碳匯等負(fù)碳排放技術(shù),BIPV技術(shù),綠氫制備、儲(chǔ)存、輸送、加注技術(shù),全社會(huì)節(jié)能降耗技術(shù)等。
未來(lái)十年,數(shù)字化是基礎(chǔ),網(wǎng)絡(luò)化是支撐,智能化是方向,煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。
3.2.1 行業(yè)頂層設(shè)計(jì)
2020年3月,八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》。明確了智能化目標(biāo):將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開(kāi)發(fā)利用深度融合,形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng);在“典型示范”、“優(yōu)先提升”的基礎(chǔ),優(yōu)選出多種適合不同地質(zhì)構(gòu)造礦井的智能化模式,全面推廣應(yīng)用;打造“區(qū)域性的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)”。明確了推進(jìn)的三個(gè)階段:到2021年,建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦;到2025年,大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化,形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系;到2035年,各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化,構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng),建成智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系。
3.2.2 “十四五”規(guī)劃
國(guó)內(nèi)煤炭產(chǎn)量控制在41億t左右,全國(guó)煤炭消費(fèi)量控制在42億t;全國(guó)煤礦數(shù)量控制在4 000處左右,建成智能化生產(chǎn)煤礦1 000處以上;建成千萬(wàn)噸級(jí)礦井(露天)數(shù)量65處,產(chǎn)能近10億t/a;原煤入選率85%以上,煤矸石、礦井水利用與達(dá)標(biāo)排放率實(shí)現(xiàn)100%。
3.2.3 企業(yè)發(fā)展需求
(1)基于對(duì)行業(yè)工作環(huán)境、工作強(qiáng)度的再認(rèn)識(shí)。煤炭行業(yè)是眾所周知的艱苦行業(yè),招工困難,解決問(wèn)題的關(guān)鍵是應(yīng)用新技術(shù),用自動(dòng)化、感知化、智能化替代人工,工作人員進(jìn)入環(huán)境優(yōu)良的控制室,因此智能化的發(fā)展成為必然趨勢(shì)。
(2)基于對(duì)打通專業(yè)知識(shí)、無(wú)邊界綜合應(yīng)用的再認(rèn)識(shí)?;ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,不同專業(yè)知識(shí)的大融合、大交叉、大統(tǒng)一成為必然趨勢(shì),特別在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)?huì)得到進(jìn)一步強(qiáng)化。
(3)基于對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、專業(yè)理論、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)融會(huì)貫通的再認(rèn)識(shí)。智能化工廠、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)成為下一個(gè)十年的“新寵兒”,將會(huì)異軍突起。目前對(duì)于所有公司來(lái)講,基礎(chǔ)是一樣的,處于探索階段,誰(shuí)跟不上數(shù)字經(jīng)濟(jì),今后一定會(huì)被邊緣化,逐漸走向衰落;而誰(shuí)掌握了先進(jìn)的創(chuàng)新技術(shù),誰(shuí)就走在時(shí)代的前列。
固廢缺乏大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景,成為未來(lái)制約煤炭清潔化、低碳化利用的最大“瓶頸”。據(jù)測(cè)算:我國(guó)煤礦固廢總堆積量已經(jīng)超過(guò)45億t,每年7億t的排放量,每年新增未充分利用的煤矸石約3億t,新增煤泥產(chǎn)量1.6~2.0億t。
從整體情況看存在兩大問(wèn)題,其一:商品煤質(zhì)量波動(dòng)大,特別是動(dòng)力煤,40%左右未經(jīng)洗選直接燃燒;其二:商品煤終端消費(fèi)灰分偏高,導(dǎo)致后續(xù)工業(yè)效率低下,最終產(chǎn)品質(zhì)量低,燃燒后CO2排放量隱形增加。
過(guò)渡追求“大而全”的工藝布置,往往忽視工藝紀(jì)律的管理,導(dǎo)致工藝無(wú)序擴(kuò)增的復(fù)雜化。我國(guó)選煤廠普遍存在著投入不足、設(shè)備設(shè)施陳舊、事故率高等問(wèn)題,進(jìn)入設(shè)備陳舊—事故率高—運(yùn)行成本高及產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的“死循環(huán)”。
與先進(jìn)國(guó)家相比,國(guó)產(chǎn)選煤技術(shù)裝備仍處于一個(gè)比較低端狀態(tài),制造質(zhì)量精良度不高,工作性能差,事故頻發(fā),效率低、能耗高。
我國(guó)大部分選煤企業(yè)在工藝設(shè)計(jì)、技術(shù)裝備制造、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理等方面理念固化,嚴(yán)重滯后于新技術(shù)發(fā)展的需求;涉及煤炭高值化利用的系列實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)缺口較大;部分重要的標(biāo)準(zhǔn)已過(guò)時(shí),正在失去應(yīng)有的指導(dǎo)價(jià)值。
降低選煤廠能耗從源頭抓起,預(yù)排矸使入選原煤中矸石、煤泥減量化,為后續(xù)選煤作業(yè)奠定基礎(chǔ)。
(1)量化指標(biāo):入選原煤灰分降低5%以上;
(2)應(yīng)用技術(shù):推廣“采選充一體化”技術(shù),嚴(yán)控頂?shù)装骞芾?,井下?shí)行嚴(yán)格的分采分裝分級(jí)分選分運(yùn)制度等;
(3)呈現(xiàn)效果:30%左右矸石直接充填在井下。
“十四五”的重點(diǎn)是提高動(dòng)力煤質(zhì)量。燃料煤質(zhì)量對(duì)于發(fā)電鍋爐燃燒效率、熱循環(huán)效率、自用電效率影響非常顯著,入爐燃料煤發(fā)熱量每提高1 kcal/kg(4.18 kJ/kg),發(fā)電煤耗下降11.4 g/(kW·h)。
(1)量化指標(biāo):“十四五”原煤入選率85%以上,動(dòng)力煤發(fā)熱量提高到20.92 MJ/kg以上;
(2)應(yīng)用技術(shù):全粒級(jí)干法選煤技術(shù)和“干法+濕法”組合工藝;
(3)呈現(xiàn)效果:燃煤電廠煤耗降低5%左右。
首先對(duì)總?cè)脒x規(guī)模10億t的煉焦煤選煤廠,進(jìn)行中煤再選、浮選精選的精準(zhǔn)工藝研究,在獲得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用于動(dòng)力煤選煤廠。
(1)量化指標(biāo):入選噸原煤電耗在現(xiàn)有基礎(chǔ)上降低1~1.5 kW·h,油耗、水耗在現(xiàn)有基礎(chǔ)上降低10%、5%。
(2)應(yīng)用技術(shù):采用新設(shè)備、新材料、新工藝、新技術(shù),追求選煤生產(chǎn)要素的高效匹配和選煤工藝的簡(jiǎn)單實(shí)用。
(3)呈現(xiàn)效果:減少二氧化碳排放數(shù)百萬(wàn)噸。
要積極推進(jìn)選煤新標(biāo)準(zhǔn)的編制工作,使選煤廠在設(shè)計(jì)、新技術(shù)應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)出系列化、先進(jìn)化、全覆蓋化。
6.1.1 創(chuàng)建新時(shí)代特點(diǎn),為煤炭生命力賦能
順應(yīng)新技術(shù)發(fā)展,開(kāi)啟選煤廠智能化、多元化時(shí)代,我國(guó)選煤進(jìn)入第五個(gè)發(fā)展階段,具有顯著的五大特點(diǎn):一是以選煤廠自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化為代表的智能化時(shí)代的到來(lái)。未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)全覆蓋的底層傳感器、多工藝閉環(huán)控制邏輯、選煤大數(shù)據(jù)平臺(tái)等。2020年定位為選煤廠智能化元年,中國(guó)煤炭加工利用協(xié)會(huì)頒布了《智能化選煤廠通用技術(shù)規(guī)范》。二是以“濕法+干法”組合選煤工藝為代表的多元化工藝時(shí)代的到來(lái)。干法選煤技術(shù)的應(yīng)用,使我國(guó)選煤工藝技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)了倍數(shù)擴(kuò)增,定制優(yōu)化的選煤工藝將會(huì)取得更好的綜合效果。三是以動(dòng)力煤全入選為代表的高質(zhì)量煤炭消費(fèi)時(shí)代的到來(lái)?!半p碳”目標(biāo)加快了這一進(jìn)程,碳交易市場(chǎng)的建立,加大了電力行業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本,促使電力行業(yè)在燃料質(zhì)量方面提出更高的要求。四是以“采選充一體化”技術(shù)為代表的煤炭清潔高效利用的升級(jí)版時(shí)代的到來(lái)。矸石不升井成為礦井能否開(kāi)采的唯一重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。五是以環(huán)境治理與職業(yè)健康為代表的“以人為本”時(shí)代的到來(lái)。過(guò)去成本低廉的粗放時(shí)代被終結(jié),人們更加強(qiáng)調(diào)安全舒適的工作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)煤炭真實(shí)價(jià)值的回歸。
6.1.2 提出“全生命周期低碳化、清潔化、高效化、智能化煤炭生產(chǎn)利用”新概念,樹(shù)立起煤炭精致生產(chǎn)的主流意識(shí)
歷史的關(guān)鍵時(shí)期,煤炭行業(yè)走出一條具有中國(guó)特色的以高碳能源為主的低碳化發(fā)展道路勢(shì)在必行,用全新的概念,引領(lǐng)煤炭行業(yè)的發(fā)展,這一概念應(yīng)該貫穿于煤炭全生命周期,從采掘、洗選、加工、運(yùn)輸,到終端利用,初步建議:全生命周期要實(shí)現(xiàn)低碳化、清潔化、高效化、智能化煤炭生產(chǎn)利用。
6.1.3 選樹(shù)“綠色高效智能選煤廠”的典范,在全國(guó)范圍內(nèi)主流媒體廣為宣傳
鼓勵(lì)企業(yè)組織“媒體走進(jìn)選煤廠”活動(dòng),收集素材拍攝宣傳片,展示選煤工藝技術(shù)裝備的先進(jìn)科技成果,報(bào)道新時(shí)代選煤廠的廠容廠貌及人文風(fēng)貌,主動(dòng)作為,改變形象。利用好新媒體,與其他行業(yè)廣交朋友,讓小視頻、小報(bào)道、小文章等滲透到國(guó)家的行行業(yè)業(yè)。
6.2.1 盡快出臺(tái)《選煤廠科學(xué)產(chǎn)能評(píng)價(jià)細(xì)則》
科學(xué)產(chǎn)能內(nèi)涵包括綠色、高效、智能等方面,作為全國(guó)性的綜合評(píng)價(jià)體系,充分體現(xiàn)選煤廠基礎(chǔ)條件、工藝技術(shù)裝備檔次、生態(tài)環(huán)境治理能力、企業(yè)管理水平、技術(shù)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)優(yōu)化程度等方面的重要性,逐年提升科學(xué)產(chǎn)能的比例,變被動(dòng)應(yīng)對(duì)為主動(dòng)作為,為選煤廠指明未來(lái)發(fā)展方向。
6.2.2 制定更加優(yōu)惠和便于操作的固廢綜合利用的減免稅收政策
嚴(yán)格限制矸石、煤泥外排,全流程采用低碳新技術(shù)發(fā)展煤礦固廢綜合利用;鼓勵(lì)構(gòu)建煤礦固廢高值綜合利用、廢棄礦井異地充填、“采選充一體化”等多重格局,做到互為補(bǔ)充、互為前提,形成科學(xué)的、各具地方特色的整體解決方案。
研究已有國(guó)家政策內(nèi)涵,科學(xué)建議出臺(tái)實(shí)用可操作新的政策,以期取得顯著的企業(yè)效益和社會(huì)效益。對(duì)于國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)包括《煤矸石綜合利用管理辦法》等在內(nèi)的七項(xiàng)政策,核心要解決產(chǎn)品目錄的認(rèn)定,難點(diǎn)是解決優(yōu)惠數(shù)量的科學(xué)計(jì)算方法,重點(diǎn)是固廢綜合利用配套園區(qū)建設(shè),做到優(yōu)惠政策應(yīng)享盡享。未來(lái)煤礦煤矸石綜合利用方向:熱值利用、化工產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)利用、工程利用、建筑材料及其他材料、采選充一體化等。目前國(guó)內(nèi)比較成功的煤礦固廢高附加值利用途徑包括:煤矸石生產(chǎn)煅燒高嶺土、陶瓷微珠、纖維材料、SiO2氣凝膠材料、提取氧化鋁、肥料和土壤改良劑、泡沫混凝土、沸石分子篩等,但是任何單一技術(shù)都不能從根本上完全解決煤礦固廢問(wèn)題,要統(tǒng)籌考慮建設(shè)工業(yè)園區(qū),最根本的出路在“采選充一體化”技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
6.2.3 健全提升選煤專業(yè)實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)
(1)建立起選煤專業(yè)實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)體系。體系分為四大類:第一類工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn),包括《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》在內(nèi)的各項(xiàng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范;第二類經(jīng)營(yíng)管理標(biāo)準(zhǔn),包括《選煤廠經(jīng)營(yíng)管理規(guī)范》在內(nèi)的內(nèi)部日常管理標(biāo)準(zhǔn);第三類工藝評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),包括《重介工藝分選效果評(píng)定方法》等;第四類選煤廠消耗定額,包括《選煤電力消耗限額》等。
(2)亟待修訂標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合新技術(shù)發(fā)展、“雙碳”目標(biāo)要求,修訂GB50359-2016《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》,增加智能化、煤塵和噪音治理具體方案選擇等內(nèi)容,調(diào)整系數(shù)及定額,提升原煤、產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等,取消人工選矸工藝等。修訂GB 29446-2019《選煤電力消耗限額》,突出鼓勵(lì)采用“干法+濕法”組合工藝。修訂GB/T 34164-2017《選煤廠浮選工藝效果評(píng)定方法》,充分體現(xiàn)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)意義。
(3)編制新的標(biāo)準(zhǔn)。涉及工程設(shè)計(jì)規(guī)范:《干法選煤廠工程設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》、《選煤廠煤塵治理工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、《選煤廠智能化設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》、《井下選煤工藝技術(shù)規(guī)范》;涉及經(jīng)營(yíng)管理規(guī)范:《選煤廠經(jīng)營(yíng)管理規(guī)范》、《選煤廠內(nèi)部診斷規(guī)范》、《選煤廠工藝紀(jì)律規(guī)范》、《選煤廠浮選藥劑消耗定額及質(zhì)量評(píng)價(jià)規(guī)范》、《選煤廠重介質(zhì)消耗定額及質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等;涉及設(shè)備制造質(zhì)量規(guī)范:《選煤設(shè)備制造企業(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《選煤廠關(guān)鍵設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化要求規(guī)范》等。
6.3.1 提高動(dòng)力煤入選率,降低發(fā)電煤耗,減少CO2排放量
2019年動(dòng)力煤原煤入洗率僅為63.7%,按照年27億t動(dòng)力用煤計(jì)算,大約有10億t直接燃燒,如果考慮其中有相當(dāng)一部分只是篩選,動(dòng)力煤入選率最多在50%。燃料煤入爐發(fā)熱量提高到20.92 MJ/kg以上。
(1)推廣干法選煤技術(shù)。充分利用干法選煤技術(shù)不用水、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、建設(shè)周期短等優(yōu)勢(shì),推動(dòng)動(dòng)力煤全粒級(jí)干法選煤廠的建設(shè),優(yōu)先采用“300~50 mm光電智能干法分選+50~0 mm復(fù)合干法分選”工藝。
(2)確定幾款經(jīng)典的“干法+濕法”組合選煤工藝。在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,確定幾款適合動(dòng)力煤分選的“濕法+干法”的選煤組合工藝。如:“300~50 mm光電智能干法分選+50~6 mm(50~0 mm)三產(chǎn)品重介旋流器”等。
(3)干選煤技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。創(chuàng)新適用于不同粒級(jí)范圍的系列干法分選技術(shù);繼續(xù)下探干法分選有效分選下限,目標(biāo)1 mm;適合于井下廣泛應(yīng)用的光電智能干法分選技術(shù);干法選煤廠煤塵及噪音治理技術(shù)的新突破等。
6.3.2 推動(dòng)井下干法選煤技術(shù)的應(yīng)用,引導(dǎo)“采選充一體化”的縱深發(fā)展
(1)充分考慮井下布置選煤技術(shù)裝備的現(xiàn)場(chǎng)條件。比如:狹窄、潮濕、陰暗、雜物多、粉塵量大等,均可能對(duì)選煤技術(shù)裝備的布置和分選效果帶來(lái)較大的影響。
(2)確定井下對(duì)選煤要求。一是實(shí)現(xiàn)智能化,做到無(wú)人值守;二是實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)捷化,把井下選煤作業(yè)環(huán)節(jié)壓縮至極致,盡量杜絕煤泥水的產(chǎn)生和處理;三是設(shè)備安全高效化,處理量大,免維護(hù);四是分選作業(yè)精準(zhǔn)化,分選精度在滿足精煤產(chǎn)率最大化的前提條件下,盡量多排除矸石;五是整套系統(tǒng)模塊化,整體裝備分解制作成分體模塊,可以現(xiàn)場(chǎng)組裝;六是具有良好的可移動(dòng)化,井下采區(qū)進(jìn)行接替,設(shè)備可以隨之移動(dòng)到合適的區(qū)域。
(3)找準(zhǔn)井下選煤定位。關(guān)鍵是井上、井下選煤邊際粒度的劃分,井下選煤功能定位預(yù)排矸、除雜,取代選煤廠原煤準(zhǔn)備作業(yè),處理大塊粒級(jí)范圍在300(200)~40 mm(30 mm)。
(4)推薦井下選煤主導(dǎo)方法。目前井下主要有跳汰、動(dòng)篩、重介淺槽、光電智能干法等選煤技術(shù),在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上,推薦1~2種融合現(xiàn)代技術(shù)的通用方法,編制《推薦采用井下選煤方法通用規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
(5)攻克井下選煤技術(shù)裝備的關(guān)鍵技術(shù)。比如:光電智能分選技術(shù)的煤矸識(shí)別精準(zhǔn)度、執(zhí)行機(jī)構(gòu)方式選擇等。
(6)適時(shí)組織召開(kāi)全國(guó)井下選煤技術(shù)推廣會(huì)議。力爭(zhēng)在2025年實(shí)現(xiàn)煤礦、選煤廠的手選矸石作業(yè)退出生產(chǎn)系統(tǒng)。
6.3.3 推進(jìn)CCS、CCUS新技術(shù)的快速發(fā)展
(1)“煤制氫+CCS”技術(shù)。氫是21世紀(jì)的終極能源,制氫途徑有電解水制氫、煤炭制氫、天然氣制氫、甲醇制氫等,其中煤制氫成本最低,就目前來(lái)講最具有可行性和可操作性。煤炭制氫包括煤氣化制氫和煤熱解制氫2種技術(shù)路線,重點(diǎn)需要解決CCS技術(shù)。
(2)CCS、CCUS技術(shù)。這2項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)建成示范工程,成功將燃燒后CO2捕集、吸收、壓縮干燥冷卻制成液態(tài)CO2,運(yùn)輸?shù)接吞镞M(jìn)行驅(qū)油。據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè),到2050年,CCUS將貢獻(xiàn)約14%的CO2減排量,市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。
6.4.1 鼓勵(lì)建設(shè)“集中充填+群礦型”綠色、高效、智能示范選煤廠
提倡淘汰落后產(chǎn)能,在廢棄或具有充足地下充填空間的礦區(qū),集中建設(shè)群礦型、充填型、智能型、高效型大型選煤廠,采用啞鈴型的工藝設(shè)計(jì)方案,構(gòu)建預(yù)排矸石留在井下、科學(xué)配煤均質(zhì)化入選、集中智能化生產(chǎn)、設(shè)備自診斷周期性檢修、快速裝車、固廢集中充填等全新選煤工藝格局。
6.4.2 提高存量選煤廠規(guī)模效應(yīng),選煤廠電耗整體降低1.0~1.5 kW·h/t
(1)配套建設(shè)足量倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)、集中檢修的良性循環(huán);設(shè)定一次性洗煤生產(chǎn)時(shí)間的下限,實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。
(2)對(duì)于沒(méi)有固定煤源的選煤廠堅(jiān)定實(shí)行關(guān)停并轉(zhuǎn)。
(3)利用好電廠、焦化廠、風(fēng)機(jī)等廠內(nèi)余熱的能量轉(zhuǎn)換,利用閑置土地和建筑物屋頂發(fā)展光伏發(fā)電。
(4)嚴(yán)把選煤廠設(shè)計(jì)關(guān),重點(diǎn)突出對(duì)入選原煤煤質(zhì)特性的精準(zhǔn)研究,包括煤炭泥化程度的研究,確定定制化、最優(yōu)化的選煤工藝流程,杜絕“邊設(shè)計(jì),邊施工,邊改造”的“三邊工程”。
6.4.3 開(kāi)展選煤工藝分支課題攻關(guān),提高煤炭可燃體回收率,取消中間產(chǎn)品
當(dāng)前,選煤工藝重點(diǎn)攻關(guān)兩大課題,其一:中煤再選工藝研究,集中解決中煤的單體解離技術(shù)路線,根據(jù)粒度組成選擇適宜的再次分選方法;其二:浮選精選工藝研究,集中解決二次浮選工藝結(jié)構(gòu)。
6.5.1 智能化選煤廠概念
智能化選煤廠是以構(gòu)建數(shù)字化工廠為基礎(chǔ),利用AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能機(jī)器人等技術(shù),進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算、閉環(huán)控制等,實(shí)現(xiàn)洗煤生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)的數(shù)字化、工藝控制智能化、管理決策信息化等功能,達(dá)到選煤生產(chǎn)工藝流程運(yùn)行平穩(wěn)、人工干預(yù)弱化、企業(yè)管理規(guī)范、自我堵塞漏洞、工作效率高等目的,貫穿于全過(guò)程的要素?cái)?shù)字流與數(shù)字運(yùn)算,消除控制單元、子系統(tǒng)之間的信息通訊孤島和控制壁壘,形成一個(gè)互聯(lián)互通共享的完整體系。
6.5.2 智能化選煤廠市場(chǎng)痛點(diǎn)
選煤廠智能化方案大多停留在理論上的探討階段。智能化選煤廠現(xiàn)階段仍然是一個(gè)碎片化的概念,呼聲大、炒作多,而實(shí)際操作缺乏可參照的系統(tǒng)化具體方案。
選煤廠TPS缺乏應(yīng)有的支柱。選煤廠缺乏完整的計(jì)量與檢測(cè)手段,突出的矛盾表現(xiàn):缺失與滯后的數(shù)據(jù)與即時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)操作的矛盾,缺失與滯后的數(shù)據(jù)與選煤廠推行現(xiàn)代化管理的矛盾。缺失與滯后的數(shù)據(jù)無(wú)疑成為選煤廠智能化的最大障礙。
大家對(duì)選煤廠智能化期望值超脫現(xiàn)實(shí)。超脫現(xiàn)實(shí)的智能化選煤廠期望值,真正“落地”缺乏載體或抓手,智能化選煤廠應(yīng)該是一個(gè)逐步深入和完善的過(guò)程,選煤廠的智能化是“數(shù)字化+自動(dòng)化+弱智能化”,是“生產(chǎn)要素的和諧共頻”,是“提綱攜領(lǐng)的邏輯結(jié)構(gòu)”。
6.5.3 智能化選煤廠建設(shè)現(xiàn)狀
面面俱到,投資大;系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜,不利于日常管理;已經(jīng)建成的智能化系統(tǒng)側(cè)重點(diǎn)在ERP、MES管理層。
6.5.4 目前智能化選煤廠重點(diǎn)
選煤廠底層傳感器研發(fā)與應(yīng)用。底層傳感器是智能化選煤廠的靈魂,要經(jīng)過(guò)2 a的努力,延續(xù)使用一批,甄選一批,研發(fā)一批,達(dá)到重點(diǎn)工藝環(huán)節(jié)應(yīng)檢盡檢的目標(biāo),先期實(shí)現(xiàn)真正意義上的工藝數(shù)字化。
研究選煤工藝環(huán)節(jié)控制邏輯。PID控制、數(shù)學(xué)模型控制、黑箱控制等,確定不同工藝環(huán)節(jié)精準(zhǔn)控制方式。
6.5.5 智能化選煤廠邏輯結(jié)構(gòu)
智能化選煤廠邏輯結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。
圖1 智能化選煤廠邏輯結(jié)構(gòu)示意
6.5.6 智能化選煤廠目標(biāo)
(1)契合目標(biāo)。 “樸素的智能化”要不斷貼近現(xiàn)場(chǎng),即把數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化做扎實(shí),把智能化做樸實(shí)。
(2)階段性總目標(biāo)。定性目標(biāo):數(shù)字化+自動(dòng)化+弱智能化,應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)(云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù))+底層數(shù)字生成技術(shù)(3C技術(shù):計(jì)算機(jī)、控制、通訊)”,實(shí)現(xiàn)的是企業(yè)“成本價(jià)值、體驗(yàn)價(jià)值、平臺(tái)價(jià)值”的優(yōu)化升級(jí)。
(3)衡量效果目標(biāo)。
目標(biāo)一:精煤產(chǎn)率提升1%以上;
目標(biāo)二:實(shí)現(xiàn)無(wú)事故運(yùn)轉(zhuǎn);
目標(biāo)三:采用“選煤技師+機(jī)電維修工”精簡(jiǎn)化崗位設(shè)置模式;
目標(biāo)四:選煤廠生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)營(yíng)管理實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化+自動(dòng)化+弱智能化”的一體化模式;
目標(biāo)五:推行“線上操作+遠(yuǎn)程維?!钡哪J?。
(4)量化目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)智能化選煤廠,即實(shí)現(xiàn)無(wú)論身在何處、無(wú)論在何時(shí),都可以看到即時(shí)的選煤廠數(shù)字化綜合報(bào)表和選煤廠月度工藝技術(shù)數(shù)字化評(píng)價(jià)報(bào)表。這2張報(bào)表數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、自動(dòng)生成、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)篩選,并按照專業(yè)邏輯進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)分析就是智能化選煤廠的具體內(nèi)容。
6.5.7 智能化選煤廠主要組成單元
智能化現(xiàn)階段的主線:產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)精準(zhǔn)操作+設(shè)備全生命周期自診斷+選煤廠大數(shù)據(jù)平臺(tái)+圖像識(shí)別。
6.6.1 推廣應(yīng)用一批新的分選技術(shù)
提高處理量,降低能耗。如:超級(jí)干法分選技術(shù)、新型KD浮選藥劑、BGT煤泥表面改質(zhì)調(diào)漿機(jī)、高精度三產(chǎn)品重介旋流器、EPS細(xì)粒高效分級(jí)技術(shù)、多室絮凝劑制備裝置、采制樣智能化儀器儀表等。
6.6.2 推廣應(yīng)用一批新的工藝
實(shí)現(xiàn)超低排放。如:煤泥高壓壓濾機(jī)單一工藝、煤泥低溫干化技術(shù)等。
重點(diǎn)研究同一煤炭、不同煤種的元素組成特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)元素在煤炭品種中表現(xiàn)出的主導(dǎo)作用,尋找普遍規(guī)律和個(gè)性特征,為煤炭質(zhì)量檢測(cè)和選煤工藝控制的智能化奠定基礎(chǔ)。重點(diǎn)研究復(fù)合干法選煤的分選基礎(chǔ)理論,突破性提高混合入料中6~3 mm分選精度。重點(diǎn)研究技術(shù)裝備性能功能方面的基礎(chǔ)理論,突破目前制約瓶頸,力爭(zhēng)在“十四五”期間,選煤技術(shù)裝備達(dá)到高效可靠的理想水平。
核心:以選煤指標(biāo)為抓手,分析判定選煤廠技術(shù)管理深層次的綜合問(wèn)題,給定針對(duì)性改進(jìn)措施和方案,力求選煤整體效益的提升。
6.8.1 選煤廠指標(biāo)診斷與評(píng)價(jià)
包括:原煤質(zhì)量評(píng)價(jià)、工藝效果評(píng)價(jià)、技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)、物耗指標(biāo)評(píng)價(jià)、運(yùn)轉(zhuǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)、管理指標(biāo)評(píng)價(jià)、洗選能力利用率評(píng)價(jià)、指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)與分析。
6.8.2 選煤工藝匹配度診斷與評(píng)價(jià)
包括:選煤工藝的適用性分析、主要工藝環(huán)節(jié)的匹配度、未來(lái)工藝改進(jìn)方向。
6.8.3 技術(shù)裝備水平診斷與評(píng)價(jià)
包括:主要分選設(shè)備Ep值及定性評(píng)價(jià)、關(guān)鍵輔助設(shè)備定性評(píng)價(jià)、智能化水平定性評(píng)價(jià)。
6.8.4 現(xiàn)場(chǎng)管理水平診斷與評(píng)價(jià)
包括:外排水、煤塵、噪音等環(huán)保治理情況,現(xiàn)場(chǎng)備品備件定置管理,安全設(shè)施配備與管理,廠房?jī)?nèi)部清潔生產(chǎn)管理。
6.8.5 選煤廠制度體系診斷與評(píng)價(jià)
包括:分工藝過(guò)程指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)、終端指標(biāo)考核體系。
6.8.6 科技創(chuàng)新診斷與評(píng)價(jià)
包括:小改小革推動(dòng)情況、現(xiàn)場(chǎng)課題研究、科技創(chuàng)新項(xiàng)目、論文撰寫。
通過(guò)不斷的外部專家診斷,實(shí)現(xiàn)選煤廠管理水平的PDCA循環(huán)的螺旋上升。
“雙碳”目標(biāo)下,我國(guó)煤炭采選業(yè)聯(lián)動(dòng)發(fā)展,補(bǔ)齊煤炭元素組成特性、分選機(jī)理、設(shè)備研發(fā)等基礎(chǔ)理論研究等短板,開(kāi)創(chuàng)煤炭顛覆性新技術(shù),把煤炭做成清潔能源和高端材料,把煤炭行業(yè)做成高精尖技術(shù)產(chǎn)業(yè)。