柳建華

(國(guó)能榆林能源有限責(zé)任公司 洗選中心, 陜西 榆林 719000)

1 概 述

全球工業(yè)化進(jìn)程的加速給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了豐富的物質(zhì)文明成果, 人們?cè)谙硎苌鐣?huì)發(fā)展帶來(lái)紅利的同時(shí), 也逐步認(rèn)識(shí)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(lái)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(dǎo)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(zāi)害性變化正在加劇, 這些變化給人類(lèi)賴(lài)以生存的空間和環(huán)境帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn), 威脅著人們的身體健康和生命財(cái)產(chǎn)安全, 導(dǎo)致人類(lèi)賴(lài)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(shì)。 正因如此, 世界各國(guó)深刻認(rèn)識(shí)到綠色低碳發(fā)展的重要性和必要性。 為積極推動(dòng)世界范圍內(nèi)的綠色低碳發(fā)展, 2020 年9月, 習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論會(huì)議上率先做出中國(guó)承諾 , 二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值, 努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。 2021 年, 國(guó)務(wù)院印發(fā)《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》。 至此, 綠色低碳發(fā)展方向下的中國(guó)智慧和中國(guó)方案得以廣泛彰顯, 得到了國(guó)際社會(huì)的積極評(píng)價(jià)。 隨后, 以“碳達(dá)峰”、 “碳中和” 為目標(biāo)的“雙碳” 戰(zhàn)略成為我國(guó)煤炭事業(yè)發(fā)展的重要“指揮棒”, 各項(xiàng)工作圍繞“降碳” 來(lái)制定發(fā)展規(guī)劃、 研究發(fā)展舉措成為常態(tài)。

當(dāng)前, 世界各國(guó)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(shí)上,今后一段時(shí)期內(nèi), 以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)難以根本改變, 煤炭仍然在我國(guó)能源供給體系中發(fā)揮著基礎(chǔ)和兜底保障性作用, 仍然是主體性能源。 有關(guān)資料表明, “煤炭消費(fèi)占比已由改革開(kāi)放初期的80%以上下降到2020 年的56.8%, 預(yù)測(cè)‘十四五’ 末期在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的占比為50%左右, 2030 年碳達(dá)峰時(shí)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(jiān)領(lǐng)域和主要發(fā)展方向。 “在我國(guó), 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(guò)程, 也是煤炭富集, 提升品質(zhì)的過(guò)程。 原煤經(jīng)過(guò)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(wú)效運(yùn)輸, 降低燃煤對(duì)大氣的污染, 滿(mǎn)足煉鋼等特殊行業(yè)對(duì)煤炭品質(zhì)的需求。 “目前我國(guó)85%以上的煤炭消費(fèi)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)清潔利用和超低排放, 原煤入選率達(dá)74.1%”。 從預(yù)計(jì)的到2030 年碳達(dá)峰時(shí)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(shù)。 這也就再次明確了選煤廠在煤炭加工利用過(guò)程中的重要地位和作用。

過(guò)去很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi), 我國(guó)的原煤入選率都遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。 近年來(lái), 在綠色低碳發(fā)展理念指引下, 我國(guó)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(guó)煤炭生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)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(dān)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(lái)進(jìn)行全方位的“降碳” 考量, 將成為煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)對(duì)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(guó)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(guān)鍵性技術(shù)、 突破性成果得到了廣泛應(yīng)用。 縱觀當(dāng)前煤炭洗選業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀, 主要呈現(xiàn)出如下趨勢(shì)。

2.1 選煤廠智能化趨勢(shì)明顯

隨著人工智能、 大數(shù)據(jù)、 區(qū)塊鏈和5G 技術(shù)的成熟和推廣普及, 選煤廠智能化及其升級(jí)改造熱度持續(xù)升溫, 成為眾多煤炭生產(chǎn)企業(yè)升級(jí)改造的重點(diǎn)方向之一。 在此過(guò)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(jí)示范廠走在了全國(guó)的前列。 選煤廠的智能化很大程度上提高了決策的科學(xué)性, 保證了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性, 降低了人力成本和維修費(fèi)用, 降低了能源消耗, 對(duì)于選煤廠的科學(xué)管理和現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)起到了巨大的推動(dòng)作用。 在生產(chǎn)管理過(guò)程中, 手持終端成為集設(shè)備操控、 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、狀態(tài)監(jiān)控等技術(shù)操作為一體的典型性設(shè)備。 所有的機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)最終都通過(guò)儀器儀表、 傳感器、視頻采集等方式傳輸給智能平臺(tái), 并適時(shí)通過(guò)智能平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理直觀地反饋給調(diào)度平臺(tái)、 手持終端等, 同時(shí), 智能平臺(tái)、 手持終端、 調(diào)度平臺(tái)的操作也將通過(guò)智能平臺(tái)實(shí)現(xiàn)具體的設(shè)備操作等功能。 整個(gè)人機(jī)交互過(guò)程較好地實(shí)現(xiàn)了選煤廠的智能化運(yùn)營(yíng)。

2.2 選煤廠處理能力提升趨勢(shì)明顯

隨著原煤入選比例的升高, 煤炭生產(chǎn)企業(yè)對(duì)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(shè)計(jì)能力為原煤年處理量4.00 Mt, 小時(shí)處理量960 t, 是當(dāng)時(shí)我國(guó)處理能力最大的煉焦煤選煤廠。 發(fā)展至目前, 我國(guó)規(guī)模以上選煤廠已有2 300 多座, 超過(guò)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(dòng)力煤的布爾臺(tái)選煤廠實(shí)際處理能量已達(dá)35.00 Mt/a。

2.3 選煤設(shè)備大型化趨勢(shì)明顯

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

2.4 選煤設(shè)備材料升級(jí)趨勢(shì)明顯

隨著新材料的不斷突破和迭代升級(jí), 洗煤設(shè)備的可靠性、 穩(wěn)定性得到了極大的改善和提升,設(shè)備的維修維護(hù)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?zé)Y(jié)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(guò)粘貼方式與金屬基體結(jié)合, 其內(nèi)壁整潔, 順滑, 無(wú)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(jī)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(diǎn), 可延長(zhǎng)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(jié)構(gòu), 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(jī)采用無(wú)摩擦阻力的“迷宮式” 密封結(jié)構(gòu)防塵防漏。 篩片采用ZGMn13-1 鋼經(jīng)過(guò)熱處理,堅(jiān)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(zhǎng)一倍左右; 進(jìn)料集管可以采用AR400,使用壽命也會(huì)大大增加。

2.5 選煤方法多級(jí)化趨勢(shì)明顯

目前, 我國(guó)選煤廠選煤方法以濕法選煤為主。 隨著選煤理論與應(yīng)用技術(shù)的突破, 干法選煤在我國(guó)許多地區(qū)逐漸獲得了認(rèn)可。 對(duì)于缺水地區(qū)、 高寒地區(qū), 干法選煤更加具有其獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)。 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(guó)的煤炭干法分選技術(shù)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(yīng)用。

3 煤炭洗選業(yè)發(fā)展方向

中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)下發(fā)的《煤炭工業(yè)“十四五” 高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》 明確, 鼓勵(lì)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(yīng)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(shí),還應(yīng)注重建設(shè)智能化選煤廠, 發(fā)展干法分選技術(shù), 推廣矸石利用技術(shù), 發(fā)展微礦分離技術(shù), 推進(jìn)選煤技術(shù)設(shè)備創(chuàng)新。

3.1 建設(shè)智能化選煤廠

新建選煤廠必須按高水平智能化選煤廠標(biāo)準(zhǔn)建設(shè), 同時(shí)推動(dòng)原有選煤廠的改造升級(jí)。 選煤廠智能化改造升級(jí)應(yīng)從兩個(gè)層面予以考量。 第一,對(duì)于智能化程度較高的選煤廠, 應(yīng)在原有“軟硬件” 基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步研究探索和實(shí)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(zhuān)家知識(shí)庫(kù), 形成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、 數(shù)據(jù)共享、 綜合分析、 協(xié)同控制的智能系統(tǒng), 最終實(shí)現(xiàn)選煤廠高效、 環(huán)保、節(jié)能、 安全、 少人的生產(chǎn)目標(biāo); 對(duì)于一些大型企業(yè), 特別是設(shè)有洗選中心的, 甚至可以研究實(shí)現(xiàn)集控, 即: 一個(gè)智能化平臺(tái)同時(shí)管控?cái)?shù)個(gè)選煤廠。 第二, 對(duì)于那些工藝落后、 設(shè)備陳舊、 生產(chǎn)效率低的選煤廠要根據(jù)其設(shè)計(jì)服務(wù)年限和發(fā)展定位等實(shí)際情況, 合理推動(dòng)其智能化升級(jí)改造。

3.2 發(fā)展干法分選技術(shù)

干法分選技術(shù)有其獨(dú)特的自身優(yōu)勢(shì), 一方面可以完全突破干旱缺水和易泥化煤等條件對(duì)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(jiǎn)單、 占地面積小、 無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)。干法分選這兩方面優(yōu)勢(shì)可以有效地實(shí)現(xiàn)“降碳”目標(biāo), 有著很大的推廣和普及空間。 目前, 干法分選在干法技術(shù)的理論和技術(shù)創(chuàng)新上還有很多方面需要研究和攻堅(jiān), 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(wàn)噸級(jí)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(shù)

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(shí)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(shù), 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(shù), 使其滿(mǎn)足工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn); 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(qiáng), 當(dāng)遇酸性污水時(shí), Al2O3可產(chǎn)生Al3+, 并會(huì)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(jié)磚、 水泥等建筑材料。

3.4 發(fā)展微礦分離技術(shù)

微礦分離技術(shù)是一種新型礦物分離技術(shù), 是多學(xué)科交叉的創(chuàng)新性技術(shù)。 從煤炭生產(chǎn)企業(yè)看,其市場(chǎng)研發(fā)和應(yīng)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(guò)程固體廢棄物的處理, 可以將其作為煤炭洗選過(guò)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(wú)機(jī)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(wú)機(jī)顆粒用作土壤改良和土地復(fù)墾的肥料。 礦物質(zhì)中的碳實(shí)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(jìn)而使對(duì)副產(chǎn)品的使用實(shí)現(xiàn)“碳中和”。

3.5 推進(jìn)選煤技術(shù)設(shè)備創(chuàng)新

瞄準(zhǔn)煤炭洗選理論和技術(shù)發(fā)展前沿, 立足工程實(shí)際, 加強(qiáng)選煤工藝、 設(shè)備和技術(shù)的原創(chuàng)性創(chuàng)新, 推進(jìn)核心技術(shù)攻關(guān), 推動(dòng)工業(yè)軟件、 智能裝備和關(guān)鍵零部件的研發(fā)。 在智能化方面, 重點(diǎn)攻關(guān)智能化采樣檢測(cè)技術(shù)、 濕法全重介選煤設(shè)備智能控制技術(shù)、 選煤廠智能控制系統(tǒng)等; 在設(shè)備方面, 重點(diǎn)攻關(guān)大型破碎機(jī)、 跳汰機(jī)、 旋流器、 浮選機(jī), 過(guò)濾機(jī)、 壓濾機(jī)等。

4 結(jié) 語(yǔ)

“雙碳” 戰(zhàn)略下, 煤炭洗選業(yè)如何實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展成為當(dāng)下煤炭生產(chǎn)企業(yè)必須正視的問(wèn)題。 總的方向就是對(duì)煤炭洗選產(chǎn)業(yè)鏈和延伸產(chǎn)業(yè)鏈的“降碳” 實(shí)踐, 推動(dòng)新技術(shù)、 新工藝、 新設(shè)備、 新材料在煤炭洗選行業(yè)的廣泛應(yīng)用, 進(jìn)而發(fā)揮出煤炭洗選行業(yè)作為煤炭清潔利用主導(dǎo)行業(yè)的示范引領(lǐng)作用, 助力我國(guó)“雙碳” 目標(biāo)的全面實(shí)現(xiàn)。