山西煤基循环经济园区建设及实践

徐 丹 魏 臻

(1.中国矿业大学(北京)管理学院，北京市海淀区，100083；2.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083)

在我国经济发展进入新常态下，能源消费强度下降，煤炭在一次能源消费结构中的比重下降，但煤炭高效转化、高端利用的需求进一步增加。未来的煤炭产业发展必须改变长期以来粗放单一的生产形式，克服经济发展与环境污染的矛盾，提高煤炭企业抗风险能力。从冶金、电力、建材和化工4个主要煤炭输出端来看，煤炭消费结构调整势在必行，变输煤为输电，煤炭就地转化率将大幅提升。电力产业作为煤炭企业结构升级主要关联产业将得到重视，煤电联营的产业模式将得到进一步推广。

山西省是我国煤炭产销大省，探明保有煤炭资源储量为2674.3亿t，约占全国的1/4。据统计，截至2015年底全省共有煤矿1078座，产能14.6亿t/a。通过化解过剩产能退出部分煤矿，截至2017年6月全省合法生产煤矿为595座，产能9.4亿t/a。煤矿数量众多、规模差别大、产业结构单一是山西省煤炭工业的主要特点。

对于山西省煤炭企业而言，“黄金十年”时期完成的资本积累使得企业有能力完成多元化的产业联合。在现阶段政策行情下，仅对煤炭资源进行单一开采和销售已不能满足企业未来的发展，如何对资源进行综合利用，实现多元化产业联营、延伸加宽企业产业链，使煤炭资源在家门口就能就地转化成高附加值的产品，将资源“吃干榨净”，提高企业科技含量和市场竞争力是煤炭企业转型升级的关键。

1 煤基循环经济

煤基循环经济是循环经济理论在煤炭工业中的衍生理论，以生态、系统和可持续发展理论为基础，其特点包括资源高效利用、节能减排、废物循环再利用和下游产物无害化处理。在施行循环理论的工业园区中，通过各产业间相互紧密联系配合，以实现物质闭路循环和能量多级利用，并且加强传统废弃物的循环再利用，从而升级产业结构、提高产品附加值、获得群体效益，同时减少环境影响。

在煤基循环经济园区中，煤矿作为最大的物质流和能量流产生的部门，是整个产业群落的基础，并驱动循环产业链下游企业。因此，煤基循环经济园区的完善过程就是围绕煤矿主体而进行的下游产业的规划和整合建设。

常见的3种主要煤基循环经济园区模式包括：

(1)以煤电一体化为基础，整合下游高耗能产业，如建材、冶金和电解铝等；

(2)以煤直接转化为核心的煤焦化、煤气化、煤液化的煤化工产业；

(3)煤炭及其伴生矿物资源的综合利用。

煤基循环经济园区的产业构成不仅要考虑其自身资源禀赋，更要将市场环境、投资回报、产品销路进行综合可行性分析。结合山西省南部和北部煤炭资源差异，以同煤集团和潞安集团两大集团规划建设的循环经济园区为例，进行产业构成及技术应用说明。

1.1 同煤集团塔山循环经济园区

同煤集团塔山循环经济园区位于山西省北部，是国家批准的首个煤炭产业遵循循环经济原则而建立的综合性项目。自2003年动工建设至今，塔山循环经济园区以塔山煤矿为主，完成了煤—电产业主链的建设，并通过结合建材和化工等项目，形成了多产业共建的综合煤基循环经济园区。

其中，塔山特大型矿井是整个产业链的龙头，煤炭产能达到15 Mt/a，为经济链下游产业提供了源源不断的物质原料和能源基础。以塔山煤矿为核心，园区结合两种传统模式，建立了煤—电、煤—化工两条基础产业链，整合并优化了包括煤矿、选煤厂、电厂、矸石砖、高岭土、甲醇、水泥和污水处理等多个产业项目，形成了相关行业共生、资源共享的循环经济模式，达到了生态环境最小影响、煤炭资源综合开发利用的目的。塔山循环经济园区产业结构见图1。

图1 塔山循环经济园区产业结构

塔山循环经济园区的建成标志着煤炭企业从传统单一开采向围绕煤炭资源进行绿色化、园区化、规模化的综合利用和产业升级进行转变，为山西省煤炭资源的绿色有序开发利用和就地转化提高工业产值做出了良好的示范作用。

1.2 潞安集团多元化循环经济园区群落

潞安矿区位于山西省东南部上党盆地、沁水煤田中东部，是国家重要的煤炭生产基地，其石炭二叠系地层赋存有大量优质瘦煤和贫瘦煤，属低硫、低磷、高发热量的优质动力煤和炼焦配煤，用途十分广泛。

资源禀赋决定了潞安集团以煤为基、产业多元、联合发展的特点，并以此为思路建立了屯留、高河、潞城和东古4个循环经济园区。结合各资源区不同的优势，进行共同资源利用整合，形成多元化的产业群落，使得集团产业链拉长加粗，从单一产业到以煤为基的多元化经济产业并举。潞安集团循环经济产业群落见表1。

潞安集团坚持立足煤、延伸煤、超越煤的发展战略，依托丰富的煤炭资源，从单一粗放的生产模式中走出来，建立了集群化的循环经济产业群落。重视技术人才的引进及自身科研创新发展，丰富了集团产品种类，提高了产品科技含量和附加值，是煤炭企业落实科学发展、走新型工业化道路的典范。

表1 潞安集团循环经济产业群落

2 煤基循环产业中的低热值煤发电技术

传统煤炭开采模式中，原煤直接从矿井中开采并运送至地面，经过脱硫脱硝等洗选工艺成为商品煤进行外销。而对于原煤洗选产生的大量煤矸石、煤泥和洗中煤等废弃产物的处理方式是就地堆存矸石山，不仅存在滑坡、自燃等不安全因素，也对大气、水体、土壤等自然环境造成了污染。如何变废为宝，实现资源充分利用，解决污染占地问题，是煤炭绿色开采的核心问题。近年来，随着煤炭洗选工艺和火力发电技术的发展，利用低热值煤资源发电成为可能。

在发电技术层面，超超临界火电机组在新建低热值燃煤电厂中得到普及。相比超临界机组热效率提高了1.2%～4%，净热耗率下降3%～4%，这意味着大幅节约了发电燃料，提高了锅炉热效率。同时，循环流化床锅炉的流态化燃烧技术相比传统鼓泡流化床运行风速高，燃烧和脱硫过程得到强化，提高了燃料适应性和燃烧效率，使得传统难燃固体燃料(如煤矸石、煤泥、石煤等)能够满足发电要求。三类锅炉主要参数见表2。

据统计，国家重点建设和开发的13个大型煤炭基地原煤入洗能力为15亿t，随着技术的成熟发展，产生的5.36亿t低热值煤资源有机会得到高效利用。以山西省为例，2016年政府投资300亿元在全省进行技术推广，陆续批准了共计24个低热值煤发电项目，覆盖了各大煤炭主产区，并建设投产了以同煤塔山、晋煤赵庄、潞安高河、阳煤左权、晋能王家岭等为代表的一批低热值煤发电厂。低热值煤发电在山西省，特别是原煤热值不高、矸石含量高的矿区应优先考虑，亦可作为矸石等固体废物的有效处理手段进行推广。

表2 锅炉参数一览

低热值煤发电技术是实现高碳产业低碳绿色发展的重要途径，不仅解决了煤矿生产中最大的固体废弃物处理问题，更实现了对煤炭资源的充分利用。同时，发电电能不仅能反馈煤矿，更能为下游高耗能产业建设提供能源保障，在煤炭与其伴生资源利用方面奠定良好基础，使得产业链得以延伸、产品附加值提高，并形成了降污染、调结构、一体化的煤炭发展新模式。

煤基循环经济园区煤电一体化的建设是循环产业链最核心的一环，在大型煤炭企业产业升级及优化布局中起重要作用，而且，同一主体企业的煤电联营更加具有产业优势和高效的内部协调机制。下面以晋能王家岭循环经济园区为例进行说明。

3 王家岭循环经济园区“1+3”建设模式

3.1 背景介绍

王家岭循环经济工业园区位于山西省保德县境内，河东煤田北段。区内依托丰富的煤炭和铝土矿资源，规划建设基于大型现代化矿井，集发电、氧化铝、煤化工、建材等产业为一体的煤炭综合利用示范基地。园区产业链核心包括2座现代化千万吨级矿井、低热值煤电厂、铝土矿及氧化铝产业、建材厂，形成“1+3”发展模式的煤基循环经济园区体系，王家岭循环经济园区产业结构见图2。

2009年开工建设至今，已建成并投产第一座5 Mt/a的王家岭矿及配套选煤厂，在建2×660 MW超超临界低热值煤发电厂。

3.2 产业链核心——煤矿

在煤基循环经济园区中，煤矿是最核心的物质输出和能源生产中心，作为整个产业链物质流和能源流的源头，其建设生产属性直接决定了园区产业链下游项目的类型配置和建设规模。

园区分别规划建设2个千万吨级矿井——王家岭矿和白家沟矿，建成后园区原煤总产能将达到2000万t/a。其中，王家岭矿及配套选煤厂已正式投产，一期产能5 Mt/a。

图2 王家岭循环经济园区产业结构

矿井布置一个高产高效工作面，采用长壁放顶煤工艺开采4号煤层，平均采厚7.75 m，采放比1∶1.2。主要采煤设备全部国产化，主要开采设备技术参数见表3。

表3 主要开采设备技术参数

王家岭矿配套选煤厂一期工程满足原煤全部入选需求，洗选精煤通过专用运煤线外运销售，剩余低热值煤如洗中煤、煤泥及矸石等，由产业链下游各项目进行消化利用。

3.3 能源中转站——低热值煤发电厂

晋能保德2×660 MW超超临界发电工程是王家岭循环经济园区能源中转枢纽，利用园区内2个千万吨级煤矿产生的低热值煤资源及周边煤矿煤源补充进行发电，电能除能供给园区产业链中电解铝等高耗能项目，还可以直接反哺煤矿生产生活用电，形成能源利用环线。发电产生的煤灰、炉渣和石膏等废弃物可由产业链下游建材厂作为原料生产建材。

电厂建设有2台660 MW超超临界锅炉，利用直接空冷发电机组，锅炉燃烧方式为循环流化床锅炉，配合高效除尘(电袋复合除尘+湿式电除尘)、实时烟气脱硫(双塔双循环-湿法脱硫)、脱硝(选择性催化还原脱硝技术-SCR工艺，尿素-水解制氮)等技术，能够实现主要污染物的超低排放(氮氧化物45 mg/Nm3、二氧化硫35 mg/Nm3、烟尘5 mg/Nm3)，达到山西省超低排放标准。

发电工程动态投资概算58.6亿元，总体造价目标为49.1亿元，实现造价3643元/kW。按照标煤单价210元/t、利用小时40000 h、发电煤耗278.45 g/kWh(供电煤耗290.69 g/kWh)、厂用电率4.21%、水耗0.093 m3/(s·GW)等指标测算，可实现产值15亿元/a，利税5.2亿元/a，其中利润3.2亿元/a，利税2亿元/a，具有良好的经济效益、环境效益和显著的社会效益。就循环产业园区而言，低热值煤发电厂的建成投产意味着产业链中煤—电核心环节的构成，也是企业煤电一体化实现的重要标志。

3.4 高附加值产业——铝业

园区范围内预测铝土矿资源量达到89.6亿t，探明D级储量1.6亿t，具有较大的开采潜力，规划建设的铝土矿产能为200万t/a，配套的氧化铝生产线采用拜尔+烧结两步法生产工艺，产能可达到100万t/a。同时利用园区内电力优势，建设生产60万t/a的电解铝项目，以提高产业附加值。铝业产生的红泥等废弃物亦可作为原料输入下游建材岛进行建材生产。

3.5 变废为宝、物流终端——建材厂

循环经济园区上游产业产生的废物，如煤矿矸石、电厂粉煤灰、炉渣、石膏及铝厂赤泥等均可作为原料进行水泥和建筑用砖的生产。

水泥方面，园区内石灰岩资源丰富，Al2O3含量为0.15%，CaO含量为54.3%，是烧制石灰和制造水泥的良好原料，配合电厂粉煤灰、石膏、铝厂赤泥，能够满足100万t/a水泥厂的原料供应。建筑用砖方面，利用煤矿矸石、电厂煤灰、炉渣等原料，预计标准砖产量可达2亿块/a。合计建材厂总投资6亿元，实现收入3.5亿元/a，利润1亿元/a。

4 结语

(1)山西省煤炭企业在时代变革中求机遇、谋发展，积极改变产品结构单一、环境影响大等特点，结合资源特点在产业结构升级和节能减排方面进行了积极的探索，规划建成了多座各具特色的以煤炭开采为产业龙头的循环经济产业园区，在煤炭资源绿色开发清洁利用方面树立了“山西模式”。

(2)煤基循环经济的根本目的是通过加长加粗产业链、提高产品附加值的方式进行煤炭资源物质、能量的综合利用和就地转化，并在各环节严格控制污染排放，降低环境影响。结合现有成熟的煤炭洗选、低热值煤发电、煤基化工等技术在煤矿附近进行产业整合建设，变输煤为输电、输油、输化工产品，实现煤炭就地集中转化，产出高附加值产品，实现资源有效配置，降低企业成本，提升企业竞争力。

(3)伴随国家煤电企业联营重组的趋势，煤电一体化的协调统一正在引领传统煤炭企业的变革。以晋能集团为例，作为集煤、电、运、建为一体的综合能源集团，其煤电联营一体化项目的实现不仅可以克服传统煤电企业权属分置导致的重重矛盾，更能高效进行产业协同调配、减少运营制约阻碍，有效带动区域经济发展。

(4)煤基循环经济园区产业链的完善整合往往需要较长时间的建设，在此期间应当积极宣传落实循环经济理念，从基本产业单元开始，尽早完成主体产业如煤-电衔接，再逐步拉长增粗产业链，实现物质和能量循环体系。

[1] Wang D, Zheng J, Song X, et al. Assessing industrial ecosystem vulnerability in the coal mining area under economic fluctuations[J]. Journal of Cleaner Production，2017(142)

[2] 王志宏，何志强.矿区可持续发展中的技术创新与产业链延伸[J].煤炭学报，2003(4)

[3] 郭忠刚.循环经济下煤炭企业成本化战略的实施探讨[J].中国总会计师，2010(6)

[4] 杨继贤，张冰，张秀云等. 基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式研究[J].中国煤炭，2010(8)

[5] 濮洪九.完善煤炭价格形成机制 促进煤炭工业可持续发展[J].煤炭企业管理，2005(4)

[6] Levesque M, Millar D,Paraszczak J. Energy and mining-the home truths[J]. Journal of Cleaner Production, 2014(1)

[7] 邢保平.同煤集团建设塔山循环经济园区的思路与实践[J].煤炭经济研究，2009(12)

[8] 金智新.大型煤矿集团可持续发展战略[M].北京：煤炭工业出版社，2010

[9] 四季春.煤炭企业循环经济园区的发展模式[J].煤炭学报，2006(4)

[10] 蔡润夏，吕俊复，凌文等.超(超)临界循环流化床锅炉技术的发展[J].中国电力，2016(12)

[11] 胡水龙.潞安集团煤油循环经济园区的探索与实践[J].再生资源与循环经济，2011(11)

[12] 王全生.循环经济与煤炭工业发展模式[J].中国矿业，2006(12)

[13] 栗少卿.煤矿循环经济园区低碳化经济分析[J].煤，2013(4)