“雙碳” 背景下煤炭洗選行業(yè)發(fā)展趨勢探索
——基于煤炭生產(chǎn)企業(yè)視角

柳建華

(國能榆林能源有限責任公司 洗選中心, 陜西 榆林 719000)

1 概 述

全球工業(yè)化進程的加速給人類社會帶來了豐富的物質(zhì)文明成果, 人們在享受社會發(fā)展帶來紅利的同時, 也逐步認識到了以化石能源為主的“高碳能源模式” 下的工業(yè)快速發(fā)展所帶來的全球性環(huán)境安全挑戰(zhàn)。 化石能源的燃燒釋放出大量二氧化碳和其他有害氣體, 它的廣泛使用導致了全球變暖、 空氣污染、 極端天氣日益增多, 酸雨、 厄爾尼諾現(xiàn)象、 海平面升高等災害性變化正在加劇, 這些變化給人類賴以生存的空間和環(huán)境帶來了巨大的挑戰(zhàn), 威脅著人們的身體健康和生命財產(chǎn)安全, 導致人類賴以生存的自然環(huán)境呈現(xiàn)出了不可持續(xù)的發(fā)展態(tài)勢。 正因如此, 世界各國深刻認識到綠色低碳發(fā)展的重要性和必要性。 為積極推動世界范圍內(nèi)的綠色低碳發(fā)展, 2020 年9月, 習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論會議上率先做出中國承諾 , 二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值, 努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。 2021 年, 國務院印發(fā)《2030 年前碳達峰行動方案》。 至此, 綠色低碳發(fā)展方向下的中國智慧和中國方案得以廣泛彰顯, 得到了國際社會的積極評價。 隨后, 以“碳達峰”、 “碳中和” 為目標的“雙碳” 戰(zhàn)略成為我國煤炭事業(yè)發(fā)展的重要“指揮棒”, 各項工作圍繞“降碳” 來制定發(fā)展規(guī)劃、 研究發(fā)展舉措成為常態(tài)。

當前, 世界各國都在研究化石能源的清潔替代能源、 可再生能源以及節(jié)能減排, 但事實上,今后一段時期內(nèi), 以煤為主的能源結構短期內(nèi)難以根本改變, 煤炭仍然在我國能源供給體系中發(fā)揮著基礎和兜底保障性作用, 仍然是主體性能源。 有關資料表明, “煤炭消費占比已由改革開放初期的80%以上下降到2020 年的56.8%, 預測‘十四五’ 末期在我國能源消費結構的占比為50%左右, 2030 年碳達峰時占比為45%左右”。因此, 煤炭的清潔利用仍然是“降碳” 的重要攻堅領域和主要發(fā)展方向。 “在我國, 原煤含矸量一般為20%～30%, 有的還更高?！?煤炭洗選是將煤和矸石分離的過程, 也是煤炭富集, 提升品質(zhì)的過程。 原煤經(jīng)過選煤廠洗選加工, 很大程度上可以將煤中伴生的矸石除去, 有效降低煤炭的灰分和硫分, 降低煤炭的無效運輸, 降低燃煤對大氣的污染, 滿足煉鋼等特殊行業(yè)對煤炭品質(zhì)的需求。 “目前我國85%以上的煤炭消費已經(jīng)基本實現(xiàn)清潔利用和超低排放, 原煤入選率達74.1%”。 從預計的到2030 年碳達峰時的煤炭占比45%、 2020 年原煤入選率74.1%這兩組數(shù)據(jù)可以得知, 原煤入選是煤炭清潔利用的主要方式和源頭技術。 這也就再次明確了選煤廠在煤炭加工利用過程中的重要地位和作用。

過去很長一個時期內(nèi), 我國的原煤入選率都遠低于歐美等發(fā)達國家。 近年來, 在綠色低碳發(fā)展理念指引下, 我國原煤入選率顯著提升, 各方面效益得到全面彰顯。 客觀地講, 在追求提升原煤入選率的道路上, 我國煤炭生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)有了長足的進步。 但是, 在“雙碳” 戰(zhàn)略下, 作為煤炭生產(chǎn)企業(yè), 不得不思考“降碳” 的空間和發(fā)展方向, 特別是承擔重要作用的煤炭洗選行業(yè)。 作為一種嘗試, 圍繞煤炭洗選產(chǎn)業(yè)鏈條和延伸鏈條, 來進行全方位的“降碳” 考量, 將成為煤炭生產(chǎn)企業(yè)應對生存與發(fā)展的“戰(zhàn)略性” 決定因素, 涉及煤炭生產(chǎn)企業(yè)的戰(zhàn)略布局和發(fā)展方向。

2 煤炭洗選業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國1978 年原煤入選率僅為16.70%, 2020年原煤入選率為74.10%。 原煤入選率的快速提升伴隨著煤炭洗選加工業(yè)的快速發(fā)展, 許多關鍵性技術、 突破性成果得到了廣泛應用。 縱觀當前煤炭洗選業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀, 主要呈現(xiàn)出如下趨勢。

2.1 選煤廠智能化趨勢明顯

隨著人工智能、 大數(shù)據(jù)、 區(qū)塊鏈和5G 技術的成熟和推廣普及, 選煤廠智能化及其升級改造熱度持續(xù)升溫, 成為眾多煤炭生產(chǎn)企業(yè)升級改造的重點方向之一。 在此過程中, 上灣選煤廠、 張家峁選煤廠、 斜溝選煤廠等一批智能化改造升級示范廠走在了全國的前列。 選煤廠的智能化很大程度上提高了決策的科學性, 保證了生產(chǎn)運營和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性, 降低了人力成本和維修費用, 降低了能源消耗, 對于選煤廠的科學管理和現(xiàn)代化運營起到了巨大的推動作用。 在生產(chǎn)管理過程中, 手持終端成為集設備操控、 生產(chǎn)運營、狀態(tài)監(jiān)控等技術操作為一體的典型性設備。 所有的機械設備數(shù)據(jù)最終都通過儀器儀表、 傳感器、視頻采集等方式傳輸給智能平臺, 并適時通過智能平臺的數(shù)據(jù)處理直觀地反饋給調(diào)度平臺、 手持終端等, 同時, 智能平臺、 手持終端、 調(diào)度平臺的操作也將通過智能平臺實現(xiàn)具體的設備操作等功能。 整個人機交互過程較好地實現(xiàn)了選煤廠的智能化運營。

2.2 選煤廠處理能力提升趨勢明顯

隨著原煤入選比例的升高, 煤炭生產(chǎn)企業(yè)對選煤廠的生產(chǎn)能力需求一路激增。 1980 年建廠的范各莊選煤廠, 設計能力為原煤年處理量4.00 Mt, 小時處理量960 t, 是當時我國處理能力最大的煉焦煤選煤廠。 發(fā)展至目前, 我國規(guī)模以上選煤廠已有2 300 多座, 超過10.00 Mt/a 的特大型選煤廠有80 座, 許多新投產(chǎn)的選煤廠處理量都超20.00 Mt/a, 其中生產(chǎn)動力煤的布爾臺選煤廠實際處理能量已達35.00 Mt/a。

2.3 選煤設備大型化趨勢明顯

選煤廠處理量的增加完全是依靠大型的選煤設備, 選煤設備大型化成為了發(fā)展的主流趨勢。目前, 我國洗選設備三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器最大直徑已達1.5 m, 跳汰機篩室最大面積可達48 m2,浮選機單槽最大容積達45 m3, 加壓過濾機最大面積達140 m2, 復合干法分選機小時處理量可達500 t/h, TBS 分選機直徑可達3.6 m, 全自動板式壓濾機過濾面積已超過1 050 m2, 等等。 選煤設備大型化的同時, 也直接推動或是滿足了大處量選煤廠的建設需求。

2.4 選煤設備材料升級趨勢明顯

隨著新材料的不斷突破和迭代升級, 洗煤設備的可靠性、 穩(wěn)定性得到了極大的改善和提升,設備的維修維護成本大幅下降。 耐磨管的耐磨層采用增韌高鋁陶瓷片, 陶瓷片采用壓制成型高溫燒結工藝, 氧化鋁含量＞92%(95%/97%), 密度≥3.6 g/cm3, 耐磨層厚度≥20 mm。 通過粘貼方式與金屬基體結合, 其內(nèi)壁整潔, 順滑, 無高低不平現(xiàn)象, 耐磨陶瓷膠料涂抹均勻, 具有良好的耐磨、 耐蝕性, 抗機械沖擊與熱沖擊。 如三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器內(nèi)襯瓷磚多采用95 瓷, 具有耐磨、耐腐蝕、 致密性好等特點, 可延長旋流器的使用壽命。 如滾軸篩的菱形及圓形滾軸采用中錳鋼抗磨鑄鋼精密鑄造, 箱體采用雙層結構, 內(nèi)層為16錳防磨鋼板, 外層用優(yōu)質(zhì)鋼板, 提高防磨防漏性能, 整機采用無摩擦阻力的“迷宮式” 密封結構防塵防漏。 篩片采用ZGMn13-1 鋼經(jīng)過熱處理,堅固耐磨, 磨損后可直接更換。 如淺槽的底部襯板可以用一種新的碳合金, 比原先的更耐磨, 使用壽命長一倍左右; 進料集管可以采用AR400,使用壽命也會大大增加。

2.5 選煤方法多級化趨勢明顯

目前, 我國選煤廠選煤方法以濕法選煤為主。 隨著選煤理論與應用技術的突破, 干法選煤在我國許多地區(qū)逐漸獲得了認可。 對于缺水地區(qū)、 高寒地區(qū), 干法選煤更加具有其獨特的工藝優(yōu)勢。 此外, 干法選煤尤其適用于易泥化煤和褐煤等煤種的分選。 目前, 我國的煤炭干法分選技術已經(jīng)成熟, 與濕法分選并行發(fā)展, 已在多座選煤廠得到成功應用。

3 煤炭洗選業(yè)發(fā)展方向

中國煤炭工業(yè)協(xié)會下發(fā)的《煤炭工業(yè)“十四五” 高質(zhì)量發(fā)展指導意見》 明確, 鼓勵原煤全部入選(洗)。 從“雙碳” 戰(zhàn)略出發(fā), 原煤100%入選是煤炭洗選行業(yè)的努力方向。 煤炭生產(chǎn)企業(yè)應統(tǒng)籌考慮煤炭洗選全產(chǎn)業(yè)鏈和延伸產(chǎn)業(yè)鏈的“降碳” 發(fā)展戰(zhàn)略, 在努力提高原煤入選率的同時,還應注重建設智能化選煤廠, 發(fā)展干法分選技術, 推廣矸石利用技術, 發(fā)展微礦分離技術, 推進選煤技術設備創(chuàng)新。

3.1 建設智能化選煤廠

新建選煤廠必須按高水平智能化選煤廠標準建設, 同時推動原有選煤廠的改造升級。 選煤廠智能化改造升級應從兩個層面予以考量。 第一,對于智能化程度較高的選煤廠, 應在原有“軟硬件” 基礎上, 進一步研究探索和實踐真正的智能化生產(chǎn)系統(tǒng), 即: 依托選煤大數(shù)據(jù)與專家知識庫, 形成實時監(jiān)測、 數(shù)據(jù)共享、 綜合分析、 協(xié)同控制的智能系統(tǒng), 最終實現(xiàn)選煤廠高效、 環(huán)保、節(jié)能、 安全、 少人的生產(chǎn)目標; 對于一些大型企業(yè), 特別是設有洗選中心的, 甚至可以研究實現(xiàn)集控, 即: 一個智能化平臺同時管控數(shù)個選煤廠。 第二, 對于那些工藝落后、 設備陳舊、 生產(chǎn)效率低的選煤廠要根據(jù)其設計服務年限和發(fā)展定位等實際情況, 合理推動其智能化升級改造。

3.2 發(fā)展干法分選技術

干法分選技術有其獨特的自身優(yōu)勢, 一方面可以完全突破干旱缺水和易泥化煤等條件對煤炭洗選的限制, 另一方面, 有節(jié)省水資源、 建廠投資少、 工藝簡單、 占地面積小、 無污染等優(yōu)勢。干法分選這兩方面優(yōu)勢可以有效地實現(xiàn)“降碳”目標, 有著很大的推廣和普及空間。 目前, 干法分選在干法技術的理論和技術創(chuàng)新上還有很多方面需要研究和攻堅, 需要拓寬煤炭干法分選密度與粒度下限, 提高煤炭分選精度; 需要研制千萬噸級干法分選智能化裝備, 研究干濕混合流程新工藝。

3.3 推廣矸石綜合利用技術

煤矸石是選煤廠的典型產(chǎn)物, 是煤炭的主要伴生礦物。 從選煤廠的實際情況出發(fā), 主要有四方面的努力方向。 一是推廣矸石回填煤礦采空區(qū)技術, 確保矸石的利用率100%; 二是探索提煉矸石中的Al2O3, 經(jīng)提純加工獲得鋁的技術, 使其滿足工業(yè)化標準; 三是推廣煤矸石用于酸性污水的治理, 煤矸石粉碎后, 矸石的顆粒表面積增大, 吸附能力增強, 當遇酸性污水時, Al2O3可產(chǎn)生Al3+, 并會產(chǎn)生沉淀, 起到凈化污水的作用; 四是可以用于制作煤矸石燒結磚、 水泥等建筑材料。

3.4 發(fā)展微礦分離技術

微礦分離技術是一種新型礦物分離技術, 是多學科交叉的創(chuàng)新性技術。 從煤炭生產(chǎn)企業(yè)看,其市場研發(fā)和應用的主要方向是劣質(zhì)煤、 中煤、煤泥、 洗選尾煤、 煤矸石及其他煤炭加工過程固體廢棄物的處理, 可以將其作為煤炭洗選過程中產(chǎn)生的中煤、 煤泥、 尾煤和矸石的綠色低碳利用方法。 主要是將上述礦物質(zhì)中的碳質(zhì)顆粒和無機顆粒高效分離, 將碳質(zhì)顆粒用于生產(chǎn)高熱值的清潔燃料, 將無機顆粒用作土壤改良和土地復墾的肥料。 礦物質(zhì)中的碳實現(xiàn)了高效清潔利用, 副產(chǎn)品則發(fā)揮土壤肥料的作用, 進而使對副產(chǎn)品的使用實現(xiàn)“碳中和”。

3.5 推進選煤技術設備創(chuàng)新

瞄準煤炭洗選理論和技術發(fā)展前沿, 立足工程實際, 加強選煤工藝、 設備和技術的原創(chuàng)性創(chuàng)新, 推進核心技術攻關, 推動工業(yè)軟件、 智能裝備和關鍵零部件的研發(fā)。 在智能化方面, 重點攻關智能化采樣檢測技術、 濕法全重介選煤設備智能控制技術、 選煤廠智能控制系統(tǒng)等; 在設備方面, 重點攻關大型破碎機、 跳汰機、 旋流器、 浮選機, 過濾機、 壓濾機等。

4 結 語

“雙碳” 戰(zhàn)略下, 煤炭洗選業(yè)如何實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展成為當下煤炭生產(chǎn)企業(yè)必須正視的問題。 總的方向就是對煤炭洗選產(chǎn)業(yè)鏈和延伸產(chǎn)業(yè)鏈的“降碳” 實踐, 推動新技術、 新工藝、 新設備、 新材料在煤炭洗選行業(yè)的廣泛應用, 進而發(fā)揮出煤炭洗選行業(yè)作為煤炭清潔利用主導行業(yè)的示范引領作用, 助力我國“雙碳” 目標的全面實現(xiàn)。