“双碳” 背景下煤炭洗选行业发展趋势探索——基于煤炭生产企业视角

柳建华

(国能榆林能源有限责任公司 洗选中心, 陕西 榆林 719000)

1 概 述

全球工业化进程的加速给人类社会带来了丰富的物质文明成果, 人们在享受社会发展带来红利的同时, 也逐步认识到了以化石能源为主的“高碳能源模式” 下的工业快速发展所带来的全球性环境安全挑战。 化石能源的燃烧释放出大量二氧化碳和其他有害气体, 它的广泛使用导致了全球变暖、 空气污染、 极端天气日益增多, 酸雨、 厄尔尼诺现象、 海平面升高等灾害性变化正在加剧, 这些变化给人类赖以生存的空间和环境带来了巨大的挑战, 威胁着人们的身体健康和生命财产安全, 导致人类赖以生存的自然环境呈现出了不可持续的发展态势。 正因如此, 世界各国深刻认识到绿色低碳发展的重要性和必要性。 为积极推动世界范围内的绿色低碳发展, 2020 年9月, 习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论会议上率先做出中国承诺 , 二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值, 努力争取2060 年前实现碳中和。 2021 年, 国务院印发《2030 年前碳达峰行动方案》。 至此, 绿色低碳发展方向下的中国智慧和中国方案得以广泛彰显, 得到了国际社会的积极评价。 随后, 以“碳达峰”、 “碳中和” 为目标的“双碳” 战略成为我国煤炭事业发展的重要“指挥棒”, 各项工作围绕“降碳” 来制定发展规划、 研究发展举措成为常态。

当前, 世界各国都在研究化石能源的清洁替代能源、 可再生能源以及节能减排, 但事实上,今后一段时期内, 以煤为主的能源结构短期内难以根本改变, 煤炭仍然在我国能源供给体系中发挥着基础和兜底保障性作用, 仍然是主体性能源。 有关资料表明, “煤炭消费占比已由改革开放初期的80%以上下降到2020 年的56.8%, 预测‘十四五’ 末期在我国能源消费结构的占比为50%左右, 2030 年碳达峰时占比为45%左右”。因此, 煤炭的清洁利用仍然是“降碳” 的重要攻坚领域和主要发展方向。 “在我国, 原煤含矸量一般为20%～30%, 有的还更高。” 煤炭洗选是将煤和矸石分离的过程, 也是煤炭富集, 提升品质的过程。 原煤经过选煤厂洗选加工, 很大程度上可以将煤中伴生的矸石除去, 有效降低煤炭的灰分和硫分, 降低煤炭的无效运输, 降低燃煤对大气的污染, 满足炼钢等特殊行业对煤炭品质的需求。 “目前我国85%以上的煤炭消费已经基本实现清洁利用和超低排放, 原煤入选率达74.1%”。 从预计的到2030 年碳达峰时的煤炭占比45%、 2020 年原煤入选率74.1%这两组数据可以得知, 原煤入选是煤炭清洁利用的主要方式和源头技术。 这也就再次明确了选煤厂在煤炭加工利用过程中的重要地位和作用。

过去很长一个时期内, 我国的原煤入选率都远低于欧美等发达国家。 近年来, 在绿色低碳发展理念指引下, 我国原煤入选率显著提升, 各方面效益得到全面彰显。 客观地讲, 在追求提升原煤入选率的道路上, 我国煤炭生产企业已经有了长足的进步。 但是, 在“双碳” 战略下, 作为煤炭生产企业, 不得不思考“降碳” 的空间和发展方向, 特别是承担重要作用的煤炭洗选行业。 作为一种尝试, 围绕煤炭洗选产业链条和延伸链条, 来进行全方位的“降碳” 考量, 将成为煤炭生产企业应对生存与发展的“战略性” 决定因素, 涉及煤炭生产企业的战略布局和发展方向。

2 煤炭洗选业发展现状

我国1978 年原煤入选率仅为16.70%, 2020年原煤入选率为74.10%。 原煤入选率的快速提升伴随着煤炭洗选加工业的快速发展, 许多关键性技术、 突破性成果得到了广泛应用。 纵观当前煤炭洗选业的发展现状, 主要呈现出如下趋势。

2.1 选煤厂智能化趋势明显

随着人工智能、 大数据、 区块链和5G 技术的成熟和推广普及, 选煤厂智能化及其升级改造热度持续升温, 成为众多煤炭生产企业升级改造的重点方向之一。 在此过程中, 上湾选煤厂、 张家峁选煤厂、 斜沟选煤厂等一批智能化改造升级示范厂走在了全国的前列。 选煤厂的智能化很大程度上提高了决策的科学性, 保证了生产运营和产品质量的稳定性, 降低了人力成本和维修费用, 降低了能源消耗, 对于选煤厂的科学管理和现代化运营起到了巨大的推动作用。 在生产管理过程中, 手持终端成为集设备操控、 生产运营、状态监控等技术操作为一体的典型性设备。 所有的机械设备数据最终都通过仪器仪表、 传感器、视频采集等方式传输给智能平台, 并适时通过智能平台的数据处理直观地反馈给调度平台、 手持终端等, 同时, 智能平台、 手持终端、 调度平台的操作也将通过智能平台实现具体的设备操作等功能。 整个人机交互过程较好地实现了选煤厂的智能化运营。

2.2 选煤厂处理能力提升趋势明显

随着原煤入选比例的升高, 煤炭生产企业对选煤厂的生产能力需求一路激增。 1980 年建厂的范各庄选煤厂, 设计能力为原煤年处理量4.00 Mt, 小时处理量960 t, 是当时我国处理能力最大的炼焦煤选煤厂。 发展至目前, 我国规模以上选煤厂已有2 300 多座, 超过10.00 Mt/a 的特大型选煤厂有80 座, 许多新投产的选煤厂处理量都超20.00 Mt/a, 其中生产动力煤的布尔台选煤厂实际处理能量已达35.00 Mt/a。

2.3 选煤设备大型化趋势明显

选煤厂处理量的增加完全是依靠大型的选煤设备, 选煤设备大型化成为了发展的主流趋势。目前, 我国洗选设备三产品重介质旋流器最大直径已达1.5 m, 跳汰机筛室最大面积可达48 m2,浮选机单槽最大容积达45 m3, 加压过滤机最大面积达140 m2, 复合干法分选机小时处理量可达500 t/h, TBS 分选机直径可达3.6 m, 全自动板式压滤机过滤面积已超过1 050 m2, 等等。 选煤设备大型化的同时, 也直接推动或是满足了大处量选煤厂的建设需求。

2.4 选煤设备材料升级趋势明显

随着新材料的不断突破和迭代升级, 洗煤设备的可靠性、 稳定性得到了极大的改善和提升,设备的维修维护成本大幅下降。 耐磨管的耐磨层采用增韧高铝陶瓷片, 陶瓷片采用压制成型高温烧结工艺, 氧化铝含量＞92%(95%/97%), 密度≥3.6 g/cm3, 耐磨层厚度≥20 mm。 通过粘贴方式与金属基体结合, 其内壁整洁, 顺滑, 无高低不平现象, 耐磨陶瓷胶料涂抹均匀, 具有良好的耐磨、 耐蚀性, 抗机械冲击与热冲击。 如三产品重介质旋流器内衬瓷砖多采用95 瓷, 具有耐磨、耐腐蚀、 致密性好等特点, 可延长旋流器的使用寿命。 如滚轴筛的菱形及圆形滚轴采用中锰钢抗磨铸钢精密铸造, 箱体采用双层结构, 内层为16锰防磨钢板, 外层用优质钢板, 提高防磨防漏性能, 整机采用无摩擦阻力的“迷宫式” 密封结构防尘防漏。 筛片采用ZGMn13-1 钢经过热处理,坚固耐磨, 磨损后可直接更换。 如浅槽的底部衬板可以用一种新的碳合金, 比原先的更耐磨, 使用寿命长一倍左右; 进料集管可以采用AR400,使用寿命也会大大增加。

2.5 选煤方法多级化趋势明显

目前, 我国选煤厂选煤方法以湿法选煤为主。 随着选煤理论与应用技术的突破, 干法选煤在我国许多地区逐渐获得了认可。 对于缺水地区、 高寒地区, 干法选煤更加具有其独特的工艺优势。 此外, 干法选煤尤其适用于易泥化煤和褐煤等煤种的分选。 目前, 我国的煤炭干法分选技术已经成熟, 与湿法分选并行发展, 已在多座选煤厂得到成功应用。

3 煤炭洗选业发展方向

中国煤炭工业协会下发的《煤炭工业“十四五” 高质量发展指导意见》 明确, 鼓励原煤全部入选(洗)。 从“双碳” 战略出发, 原煤100%入选是煤炭洗选行业的努力方向。 煤炭生产企业应统筹考虑煤炭洗选全产业链和延伸产业链的“降碳” 发展战略, 在努力提高原煤入选率的同时,还应注重建设智能化选煤厂, 发展干法分选技术, 推广矸石利用技术, 发展微矿分离技术, 推进选煤技术设备创新。

3.1 建设智能化选煤厂

新建选煤厂必须按高水平智能化选煤厂标准建设, 同时推动原有选煤厂的改造升级。 选煤厂智能化改造升级应从两个层面予以考量。 第一,对于智能化程度较高的选煤厂, 应在原有“软硬件” 基础上, 进一步研究探索和实践真正的智能化生产系统, 即: 依托选煤大数据与专家知识库, 形成实时监测、 数据共享、 综合分析、 协同控制的智能系统, 最终实现选煤厂高效、 环保、节能、 安全、 少人的生产目标; 对于一些大型企业, 特别是设有洗选中心的, 甚至可以研究实现集控, 即: 一个智能化平台同时管控数个选煤厂。 第二, 对于那些工艺落后、 设备陈旧、 生产效率低的选煤厂要根据其设计服务年限和发展定位等实际情况, 合理推动其智能化升级改造。

3.2 发展干法分选技术

干法分选技术有其独特的自身优势, 一方面可以完全突破干旱缺水和易泥化煤等条件对煤炭洗选的限制, 另一方面, 有节省水资源、 建厂投资少、 工艺简单、 占地面积小、 无污染等优势。干法分选这两方面优势可以有效地实现“降碳”目标, 有着很大的推广和普及空间。 目前, 干法分选在干法技术的理论和技术创新上还有很多方面需要研究和攻坚, 需要拓宽煤炭干法分选密度与粒度下限, 提高煤炭分选精度; 需要研制千万吨级干法分选智能化装备, 研究干湿混合流程新工艺。

3.3 推广矸石综合利用技术

煤矸石是选煤厂的典型产物, 是煤炭的主要伴生矿物。 从选煤厂的实际情况出发, 主要有四方面的努力方向。 一是推广矸石回填煤矿采空区技术, 确保矸石的利用率100%; 二是探索提炼矸石中的Al2O3, 经提纯加工获得铝的技术, 使其满足工业化标准; 三是推广煤矸石用于酸性污水的治理, 煤矸石粉碎后, 矸石的颗粒表面积增大, 吸附能力增强, 当遇酸性污水时, Al2O3可产生Al3+, 并会产生沉淀, 起到净化污水的作用; 四是可以用于制作煤矸石烧结砖、 水泥等建筑材料。

3.4 发展微矿分离技术

微矿分离技术是一种新型矿物分离技术, 是多学科交叉的创新性技术。 从煤炭生产企业看,其市场研发和应用的主要方向是劣质煤、 中煤、煤泥、 洗选尾煤、 煤矸石及其他煤炭加工过程固体废弃物的处理, 可以将其作为煤炭洗选过程中产生的中煤、 煤泥、 尾煤和矸石的绿色低碳利用方法。 主要是将上述矿物质中的碳质颗粒和无机颗粒高效分离, 将碳质颗粒用于生产高热值的清洁燃料, 将无机颗粒用作土壤改良和土地复垦的肥料。 矿物质中的碳实现了高效清洁利用, 副产品则发挥土壤肥料的作用, 进而使对副产品的使用实现“碳中和”。

3.5 推进选煤技术设备创新

瞄准煤炭洗选理论和技术发展前沿, 立足工程实际, 加强选煤工艺、 设备和技术的原创性创新, 推进核心技术攻关, 推动工业软件、 智能装备和关键零部件的研发。 在智能化方面, 重点攻关智能化采样检测技术、 湿法全重介选煤设备智能控制技术、 选煤厂智能控制系统等; 在设备方面, 重点攻关大型破碎机、 跳汰机、 旋流器、 浮选机, 过滤机、 压滤机等。

4 结 语

“双碳” 战略下, 煤炭洗选业如何实现绿色低碳发展成为当下煤炭生产企业必须正视的问题。 总的方向就是对煤炭洗选产业链和延伸产业链的“降碳” 实践, 推动新技术、 新工艺、 新设备、 新材料在煤炭洗选行业的广泛应用, 进而发挥出煤炭洗选行业作为煤炭清洁利用主导行业的示范引领作用, 助力我国“双碳” 目标的全面实现。