新形势下我国煤炭洗选加工现状及展望

2022-04-19程子曌

煤炭加工与综合利用 2022年1期

关键词：原煤选煤厂煤炭

程子曌

(中国煤炭加工利用协会，北京 100013)

1 煤炭行业面临新形势

1.1 我国能源形势和煤炭生产已发生深刻变化

“十三五”期间，我国能源形势发生深刻变化，随着我国新能源的飞速发展，煤炭消费占一次能源消费逐年降低，2018年跌破了一次能源消费的60%，逐步向50%分水岭逼近。(见表1)。

与此同时，国家大力化解落后产能和西部动力煤矿区大规模开发，我国煤炭生产的格局已经发生重大变化，一是炼焦煤几无新增产能，动力煤产能不断扩大，已占煤炭总产能的75%以上；二是产业集中度急剧提升，几年来新增的煤炭产能均在内蒙古、山西、陕西和新疆四省，其他省份均呈现不同程度的萎缩态势，四省产能由过去的51%，一举跃升至2020年的79%；三是煤炭种类由过去的大致平均分布，变成了低阶煤独大。在大规模开发的背景下，保障商品煤质量，保障煤炭行业健康稳定运行既是挑战也是机遇。

表1 煤炭消费占一次能源消费情况

1.2 “双碳”目标的提出对煤炭行业影响巨大

“双碳”目标的提出是我国主动承担应对全球气候变化责任的大国担当，是我国加快生态文明建设和实施高质量发展的重要抓手。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论环节宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，随后又在多个国际会议上强调中国“碳达峰”和“碳中和”的目标和决心。2021年3月15日，中央经济委员会第九次会议，习主席再次强调：拿出抓铁有痕的劲头，实现“3060”工程。根据国际能源署数据，2019年，世界碳排放总量为330亿t，中国碳排放量达到98亿t，根据各统计口径，预计到2030年，中国碳排放将达到150亿t的峰值。我国要在2060年实现碳中和，在2030到2060年的30年里就要面临平均每年减排5亿t CO2的压力。

降低CO2排放量目前有以下几个途径：一方面是吸收捕集，如发展森林、植被碳汇，发展碳循环利用(CCUS)以减少向大气环境排放；另一方面就是调整能源消费品种结构，提高非碳和低碳能源消费比例，减少高碳能源的消费。面对5亿t CO2年减排量，采用CCUS直接吸收捕集投资过大，森林、植被碳汇需要的时间较长，在吸收捕集技术没有决定性突破的情况下，可行措施只能是一方面利用低碳化石能源替代高碳化石能源，另一方面利用风光核等新能源逐步替代化石能源。

根据IPCC排放清单，原煤的碳排放系数为0.747 6 t C/tce，同等能源消费下，原煤的碳排放是原油的1.28倍，是天然气的1.67倍，粗略估算下我国2020年仅煤炭消费就产生了75亿t CO2，占我国碳排放总量的70%以上，煤炭的高碳属性与低碳发展的矛盾较为尖锐，煤炭消费面临着被减量和替代的严峻挑战。

1.3 近期煤炭仍将是我国主要的一次能源，但要做好向基础能源和保障能源过渡的准备

尽管面临着能源形势深刻变化和“双碳”目标的巨大压力，但煤炭行业发展并不会戛然而止，煤炭消费占一次能源消费近5 a下降了5.4%，平均年下降1.1%，但实际下降幅度是在减缓的，原因有三个方面：一是人民生活质量提高必然带来对能源的需求，新能源的快速发展还不足以完全补充需求的增长；二是新能源(风、光、核)建设时长和投资成本较高，即使不计成本的投建，也要面对自然条件的约束，在能源转换效率没有大幅提高的情况下，总规模是有极限的；三是目前风、光等可再生能源发电由于其波动性仍然需要配套调峰电站，在储能技术没有决定性突破前，新能源发电占比有上限。

从世界发达国家的发展情况来看，作为当今世界最大的经济体和发达国家的美国，一次能源消费化石能源占85%，还是高度依赖传统的化石能源，只是由于其油气资源优势，用煤在5亿t左右，相对较少。急速推动可再生能源发电的欧洲联盟，实际上大部分是水利发电，其他可再生能源仅占一次能源消费8%。德国是世界可再生能源发电占比最大的发达国家，其占比在40%以上，超过了煤炭的份额，但是不包括水电在内的可再生能源仅占比15%，化石能源消费合计占比超过75%，每年仍然消费2亿t以上煤炭，化石能源高度依赖的局面并没有实质性的改变。

从上述情况看，化石能源还将在一段时间内占据世界和我国的能源消费主体，再基于世界形势和我国“贫油、少气、富煤”的化石能源赋存现状，从保障能源安全性和经济性来说，煤炭是中国唯一的选择，煤炭近期还是我国主要的一次能源，但是减量替代依然是大的趋势，据预测，2025年煤炭消费占一次能源消费将低于50%，2030年低于45%，煤炭行业要做好向基础能源和保障能源作用转变过渡的准备。

1.4 煤炭洗选加工可为实现“双碳”目标做出重大贡献

参考目前发达国家情况，即使2060年实现碳中和目标后，煤炭消费依然存在，但作为化石能源的生产者，煤炭行业不能单纯等待，同样需要积极开展低碳和减碳工作，为行业争取更大的生存空间。一方面是推进新型煤化工建设，煤炭由燃料转变为原料，碳排放将急剧减少；另一方面是通过煤炭洗选加工，提高煤炭质量，提高全社会能源效率，降低能源消费，减少碳排放。

推动煤炭洗选加工的效应是多方面的，一是节约运力，2020年铁路发运煤炭23.6亿t，其中电煤17.2亿t，平均运距超过800 km，这其中至少有1/4是没有经过洗选的原煤，按照洗选排矸18%估算，若全部洗选后，可节约近亿吨运量，此外如果目前商品煤平均灰分降低5%，又可节约1.2亿t运量，此外还有10亿t以上煤炭通过公路运输，如果商品煤平均灰分可以降低，能源消费降低效果巨大；二是极大提高发电效率，2020年我国电力行业用煤23亿t，如果平均灰分降低5%，可以提高锅炉效率5%以上，换算节约用煤1.2亿t，减少碳排放数量可观。

2 我国煤炭洗选加工情况

2.1 原煤入选能力、入选量和入选率大幅提高

据不完全统计，截至 2020年，我国原煤入选能力达到33亿t，比2016年的26亿t增长7亿t，年均入选能力增长1.4亿t，增长26.9%，年均入选平均增长5.38%。按洗选煤种分，2020年炼焦煤选煤厂入选能力同2016年稍有缩减，约占总入洗能力的30%；动力煤选煤厂入选能力23亿t，比2010年的16亿t增长7亿t，占总能力的70%。

2016年我国煤炭产量34.1亿t，原煤入选量23.5亿t，入选率达到68.9%，2017年我国煤炭产量35.2亿t，原煤入选量24.7亿t，原煤入选率70.2%，历史性的突破了70%。2020年，我国煤炭产量39亿t，原煤入选量29.1亿t，原煤入选率74.7%，比2016年提高了5.8%。近年来我国煤炭洗选发展情况见表2。

表2 原煤入选情况

2.2 选煤厂数量增加，单厂规模大幅度提高

据不完全统计，截至2020年在运行规模以上选煤厂已有2 400多座，比2016年的2 000多座，增加近400座。新建了一大批具有世界先进水平选煤技术和装备的大型和超大型选煤厂。近年来新建的炼焦煤选煤厂入选能力均为120万t/a以上，新建动力煤选煤厂入选能力均在300万t/a以上，单厂平均入选能力达到140万t/a。2020年入选原煤能力超过千万吨的特大型选煤厂有82座，比2016年的75座增加7座，入选能力超过13亿t，比2016年的11亿t增加2亿t，约占全部选煤能力的40%。

2.3 动力煤洗选快速发展

2016年，我国动力煤入选量约13.6亿t，入选率超过56%，2020年我国动力煤入选量约19亿t，比2016年提高5.4亿t，入选率达到65%，比2016年提高9个百分点。

2.4 煤炭洗选技术水平提高

“十三五”期间，煤炭洗选技术快速发展，千万吨级湿法全重介选煤技术、大型复合干法和块煤干法分选技术、细粒级煤炭资源的高效分选技术、大型井下选煤排矸技术和新一代独创的空气重介干法选煤技术得到成功推广应用。自主研发的XJM系列浮选机、喷射式浮选机和微泡浮选技术已广泛应用，设备大型化问题基本解决。干法选煤装备应用取得重大发展，在全世界居于领先地位，块煤射线分选机利用X(γ)射线识别煤与矸石，主要应用于选煤厂预排矸环节；自主开发的复合式干法分选技术及其装备获得2018年国家科技学术进步奖二等奖，除预排矸环节外，还替代了一部分湿法动力煤选煤。干法选煤工艺优势在于不需要水、不产生煤泥，对于西北等干旱缺水地区的低阶煤非常适用，目前已有近2.5亿t煤炭分选能力。我国目前选煤领域的主要技术装备均已实现国产化，主要分选设备正在大批量向新兴煤炭生产国家出口。

3 “十三五”期间我国煤炭质量状况

“十三五”以来，煤炭行业面临四期并存的形势，进入了调整阶段，一方面为退出落后产能，东中部地区累计退出煤矿5 464座，退出产能9.4亿t/a，在运行产能削减至41亿t；另一方面产业集中度进一步提高，大型煤炭企业置换产能建设了一批的大型、特大型矿井，这一时期煤质和商品煤质量有了新的变化。

3.1 原煤质量区域分界明显

3.1.1 低阶煤成为主要原煤煤种

我国煤炭资源分布，从东往西、从南往北，煤种逐渐年轻化。东南地区煤种主要是较高变质程度的无烟煤、贫瘦煤、气(肥、焦)煤；西部主要是长焰煤和褐煤，蒙东、辽北、吉南和云南小龙潭矿区主要是褐煤。“十三五”期间，煤炭产业整体向西北部移动，一方面陕北、蒙西、宁东、新疆大型煤炭基地快速建设，长焰煤产量激增，这些新开发的资源赋存条件很好，发热量较高；另一方面东南部地区逐步减产退出，蒙东地区的褐煤开发得到控制，这一部分原煤的整体发热量还在下降。

3.1.2 原煤质量区域变化不同，灰分有所降低

东部、中部部分地区煤质普遍下降，原煤灰分上升，毛煤灰分多在40%以上，个别的灰分已经达到50%～60%。西部地区煤质质量较好，除部分矿井外，原煤呈现低灰、低硫、高发热量的情况，双方交织的结果是全国原煤质量和“十二五”末持平，灰分有所降低。

3.1.3 原煤含矸率区域逆向变化，总体呈现下降态势

随着采掘机械化程度的大幅度提高、综采放顶煤技术的全面推广应用，原煤含矸率理论上也会大幅度增加，加上大量薄煤层和边角煤、构造煤也开采出来，所以“十二五”期间我国原煤普遍含矸率15%以上。“十三五”期间，一方面东部、中部矿井产量缩减，含矸率继续增大，另一方面西部地区新开发的大型、特大型矿井均是厚煤层开采，部分地区煤层厚度均在10 m以上，产量剧增，原煤含矸率较低，因此全国原煤含矸率总体呈现下降态势，根据调研，原煤含矸率目前约在12%左右。

3.1.4 原煤平均硫分大幅下降

“十二五”期间，我国原煤硫分呈上升态势，十三五期间发生了大的转变，一方面东部、中部老矿区在运行矿井原煤硫分变化不大，在关停了一批南方高硫矿井以后，原煤平均硫分反而下降了；另一方面新开发的中、西部矿井，原煤硫分普遍较低，基本都在1%以下，无机硫含量高，大部分可以通过洗选排出，不少矿井属于特低硫矿井。两方面原因作用下，我国原煤平均硫分大幅下降。

3.2 商品煤质量的新变化

由于以上因素影响，“十三五”期间我国原煤质量稳定向好，根据市场需求，我国炼焦商品煤质量保持稳定，动力商品煤质量比“十二五”时期有所提高，不过随着市场的需求，动力商品煤发热量呈阶段性变化，趋于稳定。(见表3)

第一阶段是2016—2017年，动力商品煤发热量由2015年的19.31 MJ/kg提高到2017年19.78 MJ/kg。主要原因：一是中、东部地区老矿区矿井关停后，剩余矿井原煤商品煤质量较好；二是西北部地区陕西、新疆、内蒙古的新开发矿井煤炭质量很好，同时都配套有选煤厂，通过煤炭洗选可以保证煤炭发热量稳定并小幅提升；三是商品煤质量管理暂行办法实施后，对长距离运输的商品煤质量和灰分有了强制要求。

第二阶段是2018—2020年，动力商品煤发热量小幅回落，趋于稳定。主要原因是市场需求影响，下游用户多数只是局限于满足商品煤质量管理暂行办法的要求，只有少部分优质的高热值煤炭需求，在缺乏高价市场情况下，企业为了最大效益控制了发热量，因此这一阶段商品煤趋于稳定。

表3 “十三五”期间动力煤发热量情况

4 煤炭洗选加工存在的问题

“十三五”期间煤炭洗选成绩突出，不过依然存在不少问题。煤炭洗选加工产业发展不平衡，与经济社会发展要求不相适应的问题依然存在，当前的煤炭产业与满足国家对煤炭清洁高效利用和“双碳”目标要求还存在较大差距，需要进一步开展工作。

4.1 动力煤洗选率还需提高，选煤厂存在不规范、不配套现象

我国动力煤入选率达到65%，还有超过1/3的原煤没有经过洗选，入选的原煤里也有相当一部分因为性质和市场影响，只是按照粒度经过筛选，煤质质量没有改善，需要进一步提高。主要产煤省(内蒙古、山西、陕西和新疆)存在大量的选煤方法落后、环节不配套、产品质量差的中小型选煤厂，需进一步规范管理。

4.2 原煤、商品煤统计数据失真

我国煤炭产量和消费量统计基准存在问题，目前是沿用按照出井实物量统计，数据是以原煤产量为基准。但因为煤种、煤质条件的不同，各企业生产的原煤品质差别非常大，如蒙西地区的原煤发热量仅14.64 MJ/kg(3 500 kcal/kg)，而陕西神木原煤发热量达到23.02 MJ/kg(5 500 kcal/kg)以上，统计时都按照原煤来计量，而不是折标计算，必然导致统计数据失真，也不能为国家制定“双碳”相关政策提供真实数据支撑。

4.3 国产化选煤设备可靠性还不够高

与发达国家相比，我国工业制造水平和材料科学研究程度还需提高，受制造材料局限，国产化的煤炭洗选加工设备在可靠性和运行寿命上还有待提高。

4.4 部分选煤关键技术尚未突破

低阶煤和褐煤丰富是我国典型的煤炭资源特点，受煤本身表面性质影响，难以使用常规分选方法回收利用。目前我国虽然已在相关领域取得一些技术突破，但是受地域、煤质差异影响，技术应用范围有限，多数低阶煤和褐煤仍没有高效的分选技术，导致大量资源浪费，并对周边环境产生污染。

4.5 选煤自动化、智能化程度较低

目前我国大多数选煤厂生产都是由人工控制，尚未实现生产自动化，严重制约了生产效率和质量。人工操作选煤过程必然会存在一定程度的误差，影响选煤全过程的可靠性，造成生产出来的煤炭质量不达标。

4.6 选煤厂员工专业素质待提升

由于选煤厂员工待遇普遍不高，人员流动性较大，新员工对机电设备操作不熟练，使得选煤生产流程不能稳定运行。此外，由于很多员工的专业知识水平有限，不能及时发现选煤过程中存在的问题，制约了选煤质量的进一步提高。

5 “十四五”期间煤炭洗选加工展望

5.1 主要发展目标

到2025年，我国选煤要达到以下目标：全国在运行选煤厂入选能力达到35亿t以上；原煤入选总量超过32亿t，入选比例达到80%以上，动力煤入选比例达到75%以上；全面提高商品煤质量，平均热值控制在20.92 MJ/kg(5 000 kcal/kg)以上。大力推动选煤厂智能化技术升级改造，大型骨干选煤厂基本实现智能化。大力发展动力煤干法分选，推广采用干法+湿法联合流程，对褐煤和其它易泥化煤，淘汰湿法分选，全面采用干法分选排矸工艺。配合落实“双碳”目标，降低选煤厂能源消费，降低碳排放量，到2025年选煤能耗下降5%。

5.2 重点工作

(1)分地施策，逐步推动选煤厂建设和不合规选煤厂的关停，内蒙古、山西、陕西和新疆四省区矿井配套补套同能力选煤厂或有长协合同的中心选煤厂，解决四省区无固定煤源的民营选煤厂叠屋架梁式的重复建设和多小散乱建设局面，其他省区重点关停取缔不合规的选煤厂，淘汰3 a无生产经营活动的僵尸企业。

(2)实行清洁生产，切实落实《清洁生产法》，把选煤厂环保工作提升高度，针对国标要求的选煤能耗、水耗和洗水闭路循环等指标开展工作，不达标的予以淘汰，加强职工劳动保护。

(3)扎实落实废弃物利用工作，实现煤矸石和煤泥等污染物的“减量化”和“无害化”处理，进行全方位、全过程，从井下开采、提升到分选、储装运各环节的管理。

(4)推进选煤厂智能化建设和改造升级，目标是以物联网为支撑，应用大数据系统、人工智能和智能装备，实现任务决策、工艺参数和生产系统的智能管理和控制，大幅降低员工劳动强度，稳定产品质量、降低成本、提高效率。

(5)加强科技攻关，推动选煤技术装备大型化、智能化。一是推进单系统千万吨级选煤厂设备配套研发；二是推动设备智能化，顺利接入选煤厂智能化系统；三是结合材料学科，提高国产设备可靠性。

(6)大力发展干法选煤技术，强化干法选煤技术基础理论研究，提升理论与科技创新水平。鼓励煤炭企业使用高效的干法选煤技术装备进行动力煤洗选和选煤厂选前排矸。提高设备单机能力、分选精度、系统智能化水平、分选下限，实现大型化、提高设备可靠性、提升环境粉尘排放和噪音控制水平。

(7)推广应用绿色高效无毒浮选药剂，目前煤泥浮选常用的捕收剂和起泡剂是工业副产品，闪点低、易燃、安全性低，效率低、用量大、成分复杂、毒性大，不利于工作人员健康和环境保护。急需开发新型、安全、高效、节能、无毒、低成本的煤泥浮选剂，制定相关标准，规范生产企业，维护职工的身体健康。

(8)加大加快在线检测、控制仪器设备研发制造。在线检测、控制设备是智能化工作的基础，是自动化、数字化、智能化选煤厂的眼睛，目前精度高、可靠性好的传感器、控制器几乎全部被国外厂商垄断，需支持国内有条件的设备制造公司、大专院校和煤炭企业积极参与系统内检测、控制设备的研发，形成产学研一条龙，尽快实现国产化。

(9)加快体制机制创新，促进选煤厂运行管理转型升级，逐步建立选煤厂生产服务型管理运行机制，探索建立专业化托管运营、专业化维修外包、备品备件区域保障、第三方节能和环保治理服务等新型生产服务管理运行机制，提高选煤行业整体运行效益和管理水平。

(10)加大选煤专业人才培养和知识更新工程。人才是推动我国选煤技术和生产运营管理发展的基础。要继续加大选煤专业人才培养和工程技术人员知识更新工程力度，加大在职选煤工程技术和生产管理人员知识更新培训，以适应相关技术的快速发展和变革需要。

(11)建设行业和优势企业工程技术研究中心，推进示范工程建设。建议各企业集团、装备公司或单独或联合建设行业级洗选专项工程中心，开展重介、跳汰、浮选、脱水、脱介、干法等选煤核心技术攻关、关键工艺试验研究、重大技术装备样机及其关键部件的研制与检测试验，推广示范项目。

(12)加强国际合作，积极响应“一带一路”战略构想，结合亚投行、上海合作组织等平台，推动选煤行业走出去，特别是面向新兴产煤、用煤国家如中亚五国、印度、越南、印度尼西亚、非洲等，针对其能源需求旺盛，缺乏相关技术和管理经验的特点，开展设备营销，厂矿投资，托管运营等活动。

6 结束语

发展煤炭洗选加工是煤炭行业进行产业结构调整、转变经济增长方式的重要工作，是实现清洁生产、低碳发展的重要手段，是落实“双碳”目标的重要举措。为了推动 “十四五”煤炭和选煤业的健康快速发展，还必须抓好以下几个方面作为保障。

6.1 加强基础理论研究和科技创新

充分认识我国正处于社会主义初级阶段，是世界上最大的发展中国家。目前，我国正处于推进城镇化和工业化的关键期，能源需求仍持续增长，基于能源资源禀赋特点，发挥好煤炭资源在保障国家能源安全中的兜底保障作用。推动煤炭清洁利用技术攻关，强化绿色低碳前沿技术研发，解决煤炭开发、清洁转化、生态环境和安全保障相关基础理论研究和技术突破，从国情实际出发，处理好发展和减排、当前和长远的关系，统筹稳增长和调结构，推动煤炭清洁利用和绿色低碳转型，提升能源安全保障能力，为现代化建设提供坚实支撑。

6.2 完善用煤质量标准，建立有效的市场监管机制

重新修订GB/T 28398-2012《煤炭企业能源消费统计规范》，统一煤炭生产和消费统计数据，适应“双碳”新形势要求，精准计算和反应我国的能效和碳排放总量。依据相关法规要求，及时修订电厂、锅炉、窑炉、水泥、化肥等主要用煤行业的用煤标准，科学制定政策，限制未经洗选的原煤远距离运输。实现按商品煤计量，建议采用国际上能源计量惯例，按煤炭热值计价，建立科学合理的品质级差价格体系。淘汰小规模和低端选煤厂等落后产能，全面提高煤炭洗选加工比例，提升商品煤煤质。