开启煤炭工业新时代

王庆一

（煤炭信息研究院，北京朝阳区，100029）

开启煤炭工业新时代

王庆一

（煤炭信息研究院，北京朝阳区，100029）

认为高新技术的应用和管理创新从根本上改变了煤炭工业面貌。煤炭难以被替代，将重新成为世界第一能源。高产高效提升煤炭竞争力。洁净煤技术决定煤炭工业的命运，中国领先世界。

煤炭工业 煤矿安全 高产高效 洁净煤技术

世界煤炭工业正在经历巨大的变革，进入安全、高效、清洁的新时代。这与我国现代化息息相关，中国应该迎头赶上，开拓创新，迎接挑战，直面变革。

1 煤炭重新成为世界第一能源

1.1 煤炭工业旧貌换新颜

20世纪80年代以来，高技术的应用和管理创新，使煤炭工业的面貌发生根本性的变化。劳动生产率成倍提高，安全状况大为改善，生产成本大幅下降。以美国为例，煤矿全员效率由1980年的1.76 t／ （h·工）提高到2011年的5.03 t／ （h·工），提高1.9倍；百万吨事故死亡率从0.167人降到0.021人，下降98%；按不变价格计算的煤炭平均出矿价下降44%。美国煤炭工业概况见表1。

表1 美国煤炭工业概况

煤炭工业已从劳动密集变为资本密集和技术密集行业，成为劳动生产率提高最快、生产安全的工业部门，变得更有竞争力和吸引力。

2011年，美国煤矿事故死亡21人，中国1973人；中国事故死亡率0.56人／Mt，为美国0.021人／Mt的26.7倍。美国煤炭工业平均每个职工年产原煤8810 t，为中国平均每人年产540 t的16.3倍。中国原国有重点煤矿商品煤平均出矿价70.9美元／t，为美国37.4美元／t的1.9倍。中、美之间上述三项指标的巨大差距，凸显美国煤炭工业领先世界。

1.2 煤炭难以被替代

美国加州碳研究所的能源生命周期评估研究得出振聋发聩的结论：“化石燃料是世界上比替代能源质量更高的能源，储量正迅速减少，没有任何替代能源组合可满足现今工业社会的需求。”

净能比 （一次能源生产扣除所投入的能源的净能量与产量之比）分析表明，目前对新能源、新技术的期望过高。多晶硅光伏电池的净发电量是负值，生物燃料、油砂、油页岩、氢能等是低净能比或负净能比替代能源。在电力以煤电为主 （2010年煤电占总发电量的76.1%）的中国，纯电动汽车既不节能，也不环保，CO2排放比燃油汽车高50%。发展负净能比替代能源和技术，会增加能源总消费量，还可能带来不可接受的环境问题。

另一方面，我国是世界上少数几个能源以煤为主的国家之一。几十年来，经济发展对煤炭的高度依赖，已经形成 “碳锁定”，很难改变。事实上，近年煤炭占一次能源消费量的比重不降反升，从2002年的68.0%上升到2011年的68.8%；煤炭消费量极其巨大，2011年达3570 Mt，占世界的49.4%。2000-2010年，中国煤炭产量增加1851 Mt，远远超过同期新增可再生能源开发利用量195 Mt（标煤）。

全球能源系统过渡到可再生能源 （占比从1%增至50%以上）大约需要100年，还需投入比化石能源技术大得多的巨额投资。例如，2010年，百万千瓦超超临界煤电机组每千瓦投资3540元，风电场建设每千瓦投资9200元，并网光伏发电每千瓦21900元，离网光伏发电每千瓦45500元。

发展替代能源如果政策不当，管理不善，会产生严重后果。例如，西南水电开发 “大跃进”对当地生态环境的破坏，已经不亚于20世纪60-70年代对森林的毁灭性砍伐。

风力发电由于并网和消纳不畅，2011年弃风超过安装容量的12%，相当于3.3 Mt（标煤），风电企业损失50亿元。

光伏行业陷入严重危机，2011年4季度全国光伏组件产能利用率跌至35%，2012年12月全国光伏制造企业80%陷入停产困境，赛维、英利、尚德等企业濒临破产。制造1 kg光伏电池多晶硅耗电600 k Wh，排放4 kg有毒物质。江西赛维年产多晶硅1.5万t项目达产后，年耗柴油20.9万t，年用电32亿k Wh，相当于南昌市年用电量的1／4。宁夏石嘴山多晶硅厂排放的四氯化硅和氯化氢，导致周围寸草不生。

1.3 煤炭重新成为世界第一能源

18世纪60年代，蒸汽机的发明催生近代煤炭工业的兴起。19世纪，煤炭成为各国工业化的动力基础。20世纪20年代，煤炭占世界一次能源消费量的87%。从20世纪20年代开始，世界能源结构发生重大变化，煤炭逐渐被石油取代。1967年石油占世界一次能源消费量的比重上升到40.3%，超过煤炭占比38.1%居首位。2011年，世界一次能源消费量达12274.6 Mt（油当量）其中油、煤、气占比分别为33.1%、23.7%和30.3%。

据国际能源署 《世界能源望2011》和2012年12月18日发布的 《2012年中期煤炭市场报告》，如果按现行政策发展，到2017年，世界煤炭消费量将达43.2亿t（油当量），接近石油消费量44.0亿t（油当量），到2020年将超过石油成为世界首要能源。发电仍将是煤炭需求增长的主要驱动力，洁净煤技术将推高长期煤炭需求，2035年世界煤炭消费量将达54.2亿t（油当量），发电占煤炭消费量的比重将由2009年的65%上升到2035年的72%。

到2035年，中国煤炭消费量将达37亿t（油当量），相当于74亿t原煤。中国煤炭消费量占世界的比重，2009年为46.7%，2035年占47.9%。

2 煤矿安全持续改善

100多年以前，英、美等国煤矿事故频发，伤亡惨重。英国1875年煤矿事故死亡1129人，死亡率达8.18人／Mt；1925年事故死亡1136人，死亡率4.67人／Mt。美国1905-1930年煤矿事故每年死亡2000多人。最严重的1907年，事故死亡3242人，死亡率达8.37人／Mt。

经过多年不懈努力，主要产煤国家煤矿安全状况大为改善。20世纪90年代初，美国煤矿千人事故死亡率已低于金属、制造、建筑、农业等20个行业，成为一个相当安全的部门。2011年事故死亡率降到0.021人／Mt。世界第四大产煤国澳大利亚，2003年实现煤矿事故零死亡，2008年至今保持零死亡。英国1999年以来一直保持煤矿事故零死亡 （1999年煤产量37.1 Mt）。主要产煤国煤矿事故死亡人数和死亡率见表2。

值得注意的是，印度煤矿技术相对落后，小矿多，但事故死亡率低，2011年为0.11人／Mt，仅为中国的1／5。

中国井工煤矿死亡事故的原因主要是瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出，冒顶，透水，火灾和运输等。

表2 主要产煤国煤矿事故死亡人数和死亡率

国外主要产煤国家改善煤矿安全的经验主要有：

2.1 珍惜生命，强化立法

英、德、美等国与煤矿安全有关的法律法规已有100多年的历史。世界上最早的煤矿安全立法始于英国1842年。在美国，1891年颁布第一个有关矿山安全的法律，此后多次修订或重订。每次都是在发生重大事故后社会舆论促使国会修订或重订的。1968年11月20日，康苏尔煤矿瓦斯爆炸事故死亡78人，1969年颁布了新的 《煤矿安全与保健法》，规定了世界上最严格的安全与保健标准，如井下空气中煤尘含量不得超过2 mg／m3。此后，该法又作了重大修改，1977年11月颁布了 《联邦采矿安全与保健法》，扩大了联邦采矿安全与保健局 （MSHA）的职权，矿工直接参与安全监督，加强研究开发及培训，加重违章处罚。

2.2 独立监督，严格执法

国外主要产煤国家都设有独立的矿山安全监察机构，这对于有效执法是十分重要的。在美国，MSHA是执法机构，隶属劳工部，有2260人，其中监察员950人 （煤矿监察员610人），2012年预算3.84亿美元。各地煤矿监察员实行轮换制，每2年轮换一次，死亡3人以上的重大事故调查，当地监察员不得参加。

在印度，1952年 《矿山法》规定，任何与矿山或采矿权人有直接或间接关系的人，不得任命为矿山安全监察员。安全监察员有权命令关闭矿井或停产整顿，有权吊销相关人员的专业资格证书。

美国1977年 《采矿安全与保健法》的实施，起初遭到煤矿主的抵制，认为法规太严。安全监察员到煤矿检查，矿主如临大敌，持抢 “欢迎”，往往需要联邦武装警察随行。直到20世纪80年代末，煤矿渐渐看到实施该法的好处，安全意识大为增强。

2.3 矿工监督，有权举报

美国、印度等国采矿安全法规定，矿工直接参与煤矿安全监督，有权举报，拒绝违章作业。在美国，煤矿安全监察员到现场检查，应有一名矿工全程陪同。矿工认为有险情或违法行为时，有权要求进行检查。井下采区设有直拔MSHA的举报电话。

在印度，矿工代表参加矿区安全委员会，安全委员会定期对煤矿进行安全监察。

2.4 露天开采，优先发展

露天矿产量比重高，是美、德、澳、印度、南非等国煤矿事故死亡率低的主要原因之一。2011年，美国露天矿产量比重为69%，德国93%，印度90%，澳大利亚80%，南非51%。

2.5 小矿培训，政府拨款

许多国家法律规定对矿工进行强制性安全培训。在美国，煤矿85%的事故是职工不安全行为所致。联邦政府每年拨款1000万美元，资助小煤矿安全培训。

2.6 依靠科技，保障安全

美国 《采矿安全与保健法》规定，联邦政府每年拨款6000万美元，用于采矿安全技术研究开发。目前，国外煤矿已广泛采用井下环境多功能计算机监测系统，并开采煤层气。

3 高产高效增强煤炭竞争力

3.1 产业集中化

过去10年，世界煤炭工业结构发生重大变化。通过国内、国际兼并、收购，煤炭公司变得更大，更国际化，经营多元化。

2010年，30家煤炭公司占全球产量的40%，其中，中国神华集团、中煤集团和大同煤矿集团合计占9%。2010年世界十大煤炭公司概况见表3。

表3 世界十大煤炭公司概况

3.2 露天开采大发展

露天开采投资省，产量大，效率高，成本低，事故少。美国露天开采占煤炭产量比重1960年为30%，1970年为36%，1980年为51%，1990年为59%，2010年为69%。目前，露天开采已成国外主要产煤国家的主要开采方式。2011年露天开采产量占比德国为93%，印度为90%，澳大利亚为80%，美国和俄罗斯为69%，南非51%，印尼几乎全是露天开采。2010年主要产煤国露天开采占煤产量比重见表4。

美国波德河煤田，是世界上已开发的最大煤田，探明储量1224亿t，埋藏低硫、低炭优质次烟煤，主采煤层平均厚度30 m，覆盖层厚约60 m。目前几乎全部露天开采，2011年产量达383.8 Mt，其中5座大型露天矿产量286.5 Mt，北恩特洛浦·罗歇尔矿9886万t，黑雷矿9514万t，卡巴洛·罗戈矿3583万t，恩特洛浦矿3365万t，鹰山矿2304万t。

北恩特洛浦·罗歇尔矿是世界最大、生产效率最高的煤矿。2011年产量9886万t，采用76 m3巨型电铲、载重363 t巨型自卸卡车等巨型设备，职工1200人，生产效率达8.238万t／人·a。

表4 2010年主要产煤国露天开采指标

山西平朔矿区2011年有2个大型露天矿和3个年产千万吨级矿井，原煤产量达1.64亿t，职工11626人。目前露天矿采用60 m3、70 m3巨型电铲，载重170 t、190 t、300 t巨型卡车。2011年矿区生产效率达1.41万t／人·a，是中国生产效率最高的煤矿。

3.3 矿井大型化

矿井生产集中化是提高效率的关键因素。美国矿井平均年产量1990年为22.8万t，2011年提高到58.6万t。2010年，澳大利亚矿井平均年产量达262万t，南非208万t。

随着综合机械化采煤技术的发展，出现了日产万吨的采煤工作面，年产千万吨的矿井。

中国综合机械化高产高效大型矿井领先世界。2012年，全国已建、在建千万吨级矿井达37座。神木-东胜矿区开采特低硫、低灰优质动力煤，已建成10座千万吨级矿井，其中3座超过2000万t／a，2座1500万t／a，5座1000多万t／a，是世界上规模最大的大型矿井群。该矿区的补连塔矿，2011年生产原煤2620万t，是世界最大矿井。该矿2006年建成 “一井，二个工作面，年产2000万t，500人”高产高效矿井。目前有2个7 m采高综合机械化工作面生产，全员效率达138.6 t／工，世界领先。

3.4 高产高效提升煤炭竞争力

高产高效使煤矿生产成本大幅下降，从而增强产品竞争力。美国第三大煤炭公司云顶能源公司在波德河煤田有3个露天矿，2011年产量8570万t，职工1150人，生产成本10.1美元／t，仅为美国煤炭平均出矿价的27%，是美国生产成本最低的煤矿。

我国神木-东胜矿区上湾矿，2011年产量1390万t，职工仅316人，全员效率146.5 t／工，是世界生产效率最高的矿井。2011年生产成本106.9元／t，仅为原国有重点煤矿平均出矿价的23%。

中国煤炭工业拥有资源丰富和廉价劳动力 （目前中国矿工平均工资约为美国的1／7）的优势，但生产效率仅为美国的6%。因此，煤炭生产成本远高于美国，2011年原国有重点煤矿平均出矿价达70.9美元／t，为美国的1.9倍。

中国发电用煤到厂价2011年达103.4美元／t（标煤），为美国59.4美元／t（标煤）的1.7倍。因此，中国工业用电价格也高于美国，2010年中国为9.1美分／k Wh，美国6.8美分／k Wh。

近年来，中国国内煤价高于进口煤价，煤炭进口激增，从2002年的10.8 Mt增至2011年的182.4 Mt。世界最大产煤国成为最大煤炭进口国。同期，美国煤炭出口量从39.9 Mt增至97.3 Mt。

如前所述，发电是煤炭需求增长的主要驱动力。因为煤炭是最便宜的发电燃料。2010年，美国发电用煤价格为84.9美元／t（油当量），燃料油529.3美元／t（油当量），天然气223.8美元／t（油当量）。英国分别为170.2、614.1和291.6美元／t（油当量）。

4 洁净煤技术决定煤炭工业命运

国际能源署指出，未来世界煤炭需求取决于洁净煤技术 （CCT）和碳捕集与封存 （CCS）投资的进展，大力推行洁净煤技术将推高长期煤炭需求，对能源以煤为主的中国来说尤其如此。

近年我国洁净煤技术加速发展，现已领先世界。

4.1 选煤

选煤可以脱除50%～70%的灰分和60%～70%的无机硫。燃煤设备使用经过洗选的煤，可提高热效率，节煤10%以上。发达国家需要洗选的原煤早已全部洗选。中国2010年洗选原煤16.5亿t，入洗率50.9%，节煤1.6亿t以上，减排CO23.2亿t，相当于同年开发利用可再生能源（不计大中型水电）减少的CO2排放量；减排SO2约770万t，选煤脱硫的单位投资和成本仅为电厂烟气脱硫的1／10。2012年入洗比重为53%。

4.2 煤炭贮配

在沿江、沿海等煤炭集散地建大规模贮存、加工、配煤、转运基地，把来自不同煤矿、不同质量的煤掺配成适合特定用户需要的煤 （主要是发电用煤，也有炼焦用煤和供出口的煤），从而提高利用效率，并保证供应稳定。动力煤配煤可节煤5%～8%。中国已建、在建、拟建的千万吨级大型煤炭贮配中心的年处理能力超过3亿t，其中5000万t级的有5个。曹妃甸配煤中心已实现数字化。

4.3 水煤浆

水煤浆是用约70%的煤粉 （250～300μm）、约30%的水，加入1%左右的分散剂 （保证其流动性）和稳定剂配制而成的一种代油燃料。约2 t水煤浆可代1 t燃料油。制备水煤浆采用低灰 （＜8%）、低硫 （＜0.5%）煤，燃烧产生的SO2和颗粒物比烧原煤分别减少65%和85%。燃烧温度比烧煤低100℃～200℃，NOx生成量较少。近年我国水煤浆生产利用发展迅速，2010年产能达8000万t，其中3000万t用作工业锅炉、窑炉和电厂燃料，5000万t用作气化原料。工业锅炉燃用水煤浆热效率达83%以上，比传统燃煤工业锅炉高10%～20%，可节煤15%以上。水煤浆气化后用作窑炉燃料，可节煤10%～20%。

4.4 循环流化床锅炉

流化床锅炉 （FBC）是从炉底鼓风，使床层悬浮，流化形成湍流混合条件，从而提高燃烧效率。循环流化床锅炉 （CFBC）是通过高速空气夹带固体颗粒进入并返回燃烧室，进行辅助燃烧，促使煤粒沸腾燃尽。加入石灰石固硫，SO2排放可减少90%以上。较低的燃烧温度 （830℃～900℃）使NOx生成大大减少。与常规层燃锅炉相比，CFBC可节煤10%。2011年，我国已使用35～1025 t／h的CFBC近3000台，总容量近40 GW。正在建设自主研发的600 MW超临界CFBC。

4.5 超超临界燃煤机组

超超临界机组是锅炉蒸汽压力高达30 MPa的火电机组。2010年，我国已有33台1000 MW超超临界机组在运行 （2011年39台），平均供电煤耗290 g／k Wh（标煤），比全国火电平均供电煤耗333 g／k Wh少43 g／k Wh。按此计算，采用超超临界机组节能715万t。上海外高桥三厂超超临界机组平均供电煤耗279.39 g／k Wh，净效率达44%。到2020年，估计超超临界机组将占煤电的40%以上，约410 GW，节能潜力巨大。继欧盟和美国之后，我国已开始研制700℃的超超临界机组，效率可达51.5% （238.8 g／k Wh）

4.6 绿色煤电

华能绿色煤电项目，包括煤气化联合循环发电（IGCC），污染物回收，碳分离、利用或封存。煤气净化联合循环发电是煤气化产生燃料气，驱动燃气轮机发电，余气加热锅炉生产蒸汽，驱动汽轮机发电。粗煤气净化脱硫，联合循环提高热效率，供电热效率可达43%～46%。我国绿色煤电技术处于世界洁净煤技术前沿，2009年7月在天津临港工业区开工建设，电厂装机容量250 MW，采用自主开发的两段式干煤粉加压气化技术。脱硫效率可达90%，污染物和CO2可实现近零排放。2012年11月建成投产。

4.7 煤制天然气

煤制天然气是用煤制取热值相当于天然气的合成气。原料煤粉碎后加压气化，用氧作气化剂，产生粗煤气，热值为11.2～13.0 MJ／m3，冷却后经部分变换 （调整 H2／CO）、净化 （脱除 H2S和CO2），进行甲烷化，在催化剂作用下加氢合成CH4，煤气热值35～37 MJ／m3。

煤制天然气是最有效的煤炭洁净利用方式。其能源转换效率和污染物排放明显优于其他转换技术。煤制天然气的能源转换效率达50%～52%，发电40%～42%，煤制甲醇42%，煤制二甲醚38%，煤制油32% （间接液化）～38% （直接液化）。单位热值耗水量煤制天然气为0.18 t／GJ，煤制油0.38 t／GJ，煤制二甲醚0.77 t／GJ，煤制甲醇0.78 t／GJ。煤制天然气燃烧后产生的颗粒物、SO2和CO分别为燃煤的1／660、1／120和1／132。与直接烧煤相比，工业用燃料气可节煤10%～20%，民用可节煤20%～30%。

煤制天然气可管道输送，使用方便，用途广泛，包括发电、工业燃料、化工原料、车用燃料、民用燃气等。可用作常规天然气、液化天然气和液化石油气的补充气源。

我国首套煤制天然气装置是大唐集团内蒙古赤峰40亿m3／a煤制天然气项目一期，2012年8月投产，采用褐煤气化，煤价为200元／t时，成本为2元／m3，低于上海天然气价2.5元／m3。在建项目有大唐集团辽宁阜新项目，40亿m3／a；汇能煤化工有限公司内蒙古鄂尔多斯项目，16亿m3／a；内蒙古庆华集团新疆伊犁项目，55亿m3／a。煤制天然气已建、在建、拟建项目共有39个，总产能达1620亿m3／a。

［1］IEA.World Energy Outlook 2011

［2］IEA.Coal Information 2011

［3］国家安全生产监督管理总局信息研究院.世界煤炭工业发展报告 ［M］.北京：煤炭工业出版社，1999

［4］《能源百科全书》编辑委员会.能源百科全书［M］.北京：中国大百科全书出版社，1997

［5］美国碳研究所.净能的限制与工业社会的命运［R］，2009

［6］王庆一.煤矿安全：国际经验与对策建议 ［J］.中国煤炭，2003（4）

［7］董维武.印度安全生产及煤矿安全现状分析 ［J］.中国煤炭，2011（7）

［8］National Mining Association.Most Requsted Statistics-US Coal Industry ［R］，2012

［9］National Mining Association.2011 Coal Producter Survey ［R］，2012

［10］吴式瑜.中国选煤发展30年 ［J］.煤炭加工与综合利用，2009（1）

［11］绿色和平、中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会.2012中国风电发展报告［R］，2012

［12］王庆一.中国煤炭工业的数字化解读［J］.中国煤炭，2012 （1）

To open a new era of coal industry

Wang Qingyi
（China Coal Information Institute，Chaoyang，Beijing 100029，China）

The application of high technology and innovation of management have changed the face of coal industry fundamentally，and coal acts again as the world＇s first energy.From the coal mine safety，high production and efficiency，clean coal technology and other aspects，the paper interprets that world coal industry has entered the new era with safety，efficiency and cleanness.

coal industry，coal mine safety，high production and efficiency，clean coal technology

TD-9

A

王庆一 （1935-），江苏人，1956年中国矿业大学毕业。煤炭信息研究院研究员，曾任中国能源研究会副理事长，亚洲开发银行、世界银行中国能源项目专家。自1980年以来，主持或参加70项国家级能源政策研究和科技项目，其中国际合作项目20多项。著有 《中国能源》（主编）、《能源词典》（主编）、《中国能源年评》、《中国能源五十年》等专著。

（责任编辑 张大鹏）