如何推进我国煤炭清洁高效利用技术的发展

本刊记者

3 月22 日, 国务院副总理韩正主持召开了煤炭清洁高效利用工作专题座谈会, 提出要坚持从国情实际出发推进煤炭清洁高效利用, 并强调要加强统筹谋划, 聚集重点领域, 整合各方面资源, 形成推进煤炭清洁高效利用的合力。为进一步领会韩正副总理的讲话精神, 探讨当前及今后一个时期煤炭产业发展的新方向, 本刊邀请业内资深专家就专题座谈会相关内容进行了解读, 形成此篇文章, 以飨读者。

(一)针对会议召开的及时性, 在促进碳达峰碳中和目标实现的作用, 煤炭清洁高效利用的重点行业和关键核心技术等问题, 中国煤炭加工利用协会理事长张绍强给出了如下解读。

张绍强

中国煤炭加工利用协会理事长, 教授级高工

世界选煤大会中方委员

中国煤炭工业协会选煤分会会长

煤炭工业技术委员会煤炭深加工与环保专委会副主任

1 座谈会召开的及时性与迫切性

煤炭一直是我国的基础能源, 虽然其消费占比从改革开放之初的近80%逐渐下降, 但至今仍然占能源消费总量的56%以上, 虽然党和国家高层曾多次专门召开有关煤炭的研讨会, 但是从国务院层面召开关于“煤炭清洁高效利用” 的专题工作座谈会, 在我的印象中还是首次。

2022 年全国两会刚刚胜利闭幕, 即召开一次这样高级别的专题会议, 足见党和国家主要领导同志对我国煤炭清洁高效利用工作的严重关切。召开这次会议的时机不一定要过度解读, 但是召开这次会议的迫切性却需要认真思考、深刻理解。2021 年夏季开始, 全国煤炭突然供需失衡、煤价暴涨, 能源市场剧烈波动, 能源保供压力急聚增大。2021 年12 月8 到10 日, 中央经济工作会议召开, 明确了: “要确保能源供应, 大企业特别是国有企业要带头保供稳价”, 有关部门采取煤炭紧急增产保供措施, 煤价暴涨趋势得到了逐步平抑, 市场逐步回归理性。个中原因很复杂, 但其实我国的煤炭产量在这期间并没有减少, 而且还略有增长, 却出现了这样的货缺价高局面, 这与近几年“谈煤色变”、“一刀切” 去煤化的激进舆论和地方激进政策有关, 严重影响了煤炭工业的稳定发展。过度贬损煤炭、过度唱衰煤炭、过度妖魔化煤炭、过度夸大碳排放危害, 缺乏先立后破的常识, 总想毕其功于一役不是实事求是的精神。

尤其是这次俄乌战争, 暴露出欧洲完全依赖能源进口的极端脆弱性, 高调鼓吹依赖风电、光伏清洁能源政治正确的伪善性, 以及美西方为了政治利益不顾老百姓死活、无视民生毫无底线的制裁、封锁, 歇斯底里的程度, 也给与我们现实的警示: 能源的饭碗必须端在自己手里。

这次会议也是给全社会一个明确的信号, 是贯彻落实党中央科学有序推动能源绿色低碳转型战略决策, 是贯彻落实2021 年中央经济工作会议精神的政策延续。要进一步统一思想认识和行动, 统筹发展与安全, 深刻认识新形势下保障国家能源安全的极端重要性, 坚持从国情实际出发推进煤炭清洁高效利用, 切实发挥煤炭的兜底保障作用, 确保国家能源电力安全保供。

2 充分发挥煤炭清洁高效利用的作用, 促进碳达峰碳中和目标的实现

碳中和是一个长远的目标和愿景, 是全人类的共同责任。气候变化、温室效应是一个漫长的历史过程, 我们不宜过度的去设计几百年、几千年, 甚至几万年、几十万年以后可能出现的气候危害, 当前和近中期的生存和发展是第一要务。我们国家设定40 年左右的碳中和过渡期, 虽然时间也紧迫, 在这期间全国人民每天的日子都要过, 都需要能源消费, 不可能停嘴空等。而我国的资源禀赋局限, 只有煤炭能提供基本能源保障, 具备兜底的能力和潜力, 同时我们也要客观认识到煤炭直接、过量消费带来的弊端, 所以充分发挥煤炭清洁高效利用的作用就是最立竿见影、扬长避短的现实抓手。

通过煤炭的清洁高效利用和清洁转化, 虽然还有一定的碳排放, 还有一定的污染物产生, 但一是在可承受的范围内; 二是能够为无碳(低碳)能源逐步发展的进程提供坚实的支撑和掩护; 三是能根据新能源等无碳(低碳)能源的发展能力,实时进行“让行”; 四是为资源丰富但经济欠发达的老少边穷和民族地区依赖资源经济发展提供过渡和缓冲。稳住能源保供的基本盘, 把能源的饭碗紧紧端在自己手里, 才有能力不断发展无碳(低碳)新能源, 最终成长起来。

现阶段, 对标碳达峰、碳中和的目标要求,要优先解决以下几个方面的问题:

(1)要全面实施煤炭开采过程中的绿色低碳生产, 提高能源使用效率, 减少“三废” 排放和生态环境损害。

(2)要全面实施“大精煤” 战略, 强化商品煤品质, 减少煤炭运输和消费过程中的空转浪费和碳排放强度。通过原煤洗选这种低成本、低能源消费的简单物理加工手段, 提高商品煤品质。

(3)要提高煤炭消费转化的集中度和高效率,减少散煤直接燃烧和中小型、中低端煤化工转化, 实施中小型终端能源消费电气化。

(4)在确保能源稳定供给的同时, 创造条件加快无碳(低碳)新能源的发展, 直到最终担纲全社会的能源供应, 彻底减少碳排放总量。

(5)全面开展CCS/ CCUS 技术攻关和示范应用,探索真正实现绝对减碳的CCS/ CCUS 发展路径。

3 煤炭清洁高效利用的重点行业和关键环节

煤炭清洁高效利用的重点行业是传统的燃煤发电、炼焦和钢铁冶金、建筑材料以及煤化工转化, 四大行业煤炭消费占比接近80%。中小型供热供暖锅炉和民用散煤占比虽小, 但能效低、污染物排放强度大, 过度分散治理困难。

当前, 实现煤炭清洁高效利用的关键环节我认为有以下几点: 首先是原煤洗选, 这是源头防控的关键节点; 其次是炼焦环节的余热和化产高值化利用; 三是中小型工业锅炉的升级换代和超低排放; 四是逐步淘汰散煤使用; 五是发电、高炉、建材和煤化工领域的CCS/ CCUS 规模化发展。

4 煤炭清洁高效利用的关键核心技术

实现煤炭清洁高效利用全产业链环节很多,涉及方方面面, 所以关键技术门类也很多, 除开采的关键技术外, 单就利用侧需要重点关注的核心技术主要有以下几个方面:

(1)燃煤发电的清洁化和绿色化。研发700℃级高效大容量燃煤机组可以进一步提高发电效率, 烟气超低排放和超洁净排放还有潜力可挖。

(2)发展纯氧燃煤发电技术, 既可以大量减少烟气排放量, 减少NOx 生成, 减少热损失, 提高能效, 又可以大幅度减少碳捕捉(CCS)成本, 建立纯氧燃煤发电—CCS/ CCUS 一体绿色降碳新产业模式。

(3)大力发展煤化工, 除现有煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇四大类产品路线外,要进一步依靠科技创新, 实现高端化、多元化、低碳化, 与“绿电”、“绿氢” 耦合发展, 生产煤基特种燃料、可降解塑料、煤基功能性材料以及煤制乙醇、煤制淀粉、蛋白质、醋酐等代粮类产品, 助力能源安全和粮食安全。

(4)大力发展低阶煤热解分质利用技术。随着我国煤炭生产主战场快速西移, 低阶长焰煤产量越来越大, 低阶煤热解是更高效、更便捷的煤化工新技术, 最大的优势是不耗水、投资较小、项目规模灵活, 同样可以获得大量的油气产品和化学品。

(5)大力发展中小型高效、低污染工业锅炉和超低排放。我国注重发展实体经济, 燃煤(燃气)工业锅炉供热是不可或缺的, 高效供热锅炉与超低排放结合的供热模式比较现实。

(6)煤焦化在短期内不可能取代, 实现煤焦化绿色化和高效化意义重大, 干熄焦技术、化产高值化利用技术、焦化废水零排放和VOCs 治理技术都很需要。

(7)加大力度发展CCS/ CCUS 相关技术。由于我国资源禀赋局限, CCS/ CCUS 技术的研发对西方发达国家可能只是爱好, 但对以煤为主的我国却是使命。目前已经出现不少CCUS 的好苗头, 比如液态阳光、CO2 制淀粉、CO2 制蛋白质、CO2 模拟光合作用制取油料和化学品等, 只要我们重视, 相信还会研发出更多、更高效的CCUS 技术。

(8)我国国土辽阔、人口众多, 区域发展不平衡。民生用能不可能“一刀切去煤化”, 要继续研发煤基清洁化燃料和高效炉灶, 为偏远地区污染防控提供更有效、更接地气的条件。

(二)针对我国选煤行业的发展现状、面临的问题以及在煤炭清洁高效利用中的重要作用, 周少雷、郑均笛和赵树彦三位专家给出了如下解读。

周少雷

大地工程开发(集团)有限公司总裁

煤炭行业工程勘察设计大师

中国煤炭加工利用协会副理事长

韩正副总理对选煤行业在实现碳达峰碳中和目标以及煤炭清洁高效利用中的重要作用给与了充分肯定, 作为选煤工作者我们倍感鼓舞。

1 我国选煤工业发展水平和现状

我国选煤行业经过近20 年的快速发展, 满足了国民经济发展的需要, 选煤总产量为世界第一, 选煤技术处于国际领先水平。主要表现在:

1. 1 选煤产量和生产能力位居世界第一

2021 年全国原煤产量为41. 3 亿t, 原煤入选量为29. 6 亿t。据不完全统计, 全国现有规模以上在运行的选煤厂2400 多座, 年处理能力超千万吨级的特大型选煤厂达80 多座。

1. 2 分选工艺技术领先

我国煤炭种类众多, 不同变质程度的无烟煤、贫瘦煤、气肥焦煤、长焰煤、褐煤等煤炭在全国按区域广泛分布, 产品用途、煤炭性能、煤炭可选性等体现很大的差异。目前, 我国选煤技术工艺齐全, 满足了不同煤源煤种煤质的分选需要, 重介分选技术、跳汰分选技术、煤泥浮选技术等主流分选工艺的工程设计、设备制造、生产管理日趋完备和领先, 分选精度和分选效率满足了市场需求; 复合干法风力选煤技术、射线识别智能分选技术满足了差异化煤质和市场的不同需求, 特别在缺水地区突出了其应用优势。

1. 3 普遍实现煤泥水零排放

我国重视选煤厂煤泥水处理技术, 不同类别的板框式压滤机、加压和真空过滤机、沉降及离心式脱水机在选煤厂得到广泛的应用, 固液分离设备门类众多, 脱水设备的滤液固体物含量低,选煤厂普遍实现煤泥水零排放。

1. 4 选煤厂生产稳定性得到大幅提升

随着主要洗选设备的可靠性不断加强和逐步国产化、大型化, 以及高性能耐磨材料的应用和使用成本的不断降低, 特别是企业管理水平的持续提高, 设备事故率降低, 检维修时间减少, 选煤厂生产稳定性连续性得到大幅提升, 选煤厂设计规范年工作时间从4 200 h 增加到5 280 h, 选煤厂实际生产时间已达6 000 h。

1. 5 普遍采用自动化和信息化管理技术

绝大部分选煤厂建立了生产集中控制系统和数据中心, 安装了基础的监测监控设备和仪器,不同程度实施了重介密度控制系统、跳汰自动控制系统、浮选药剂自动控制系统以及辅助环节自动控制系统的建设和运行, 基本上可以实现生产系统无人值守和无人操作以及线下巡检管理; 在调度管理、煤质管理、机电管理、物资管理等企业管理环节实现了信息化管理。

2 发展中存在的问题

我国是一个产煤大国同时也是一个用煤大国, 产煤区域主要在西部经济欠发达地区, 2021年晋陕蒙新四省区煤炭产量33 亿t, 占全国产量的80%, 而用煤大户和用能重心主要在东部人口密集、土地紧缺地区, 这种客观现实注定了选煤工业在节能减排、减少物流中转、稳定煤质、为用户提供合格产品、提高企业经济效益、带动地方经济的发展以及环境保护等方面的重要作用。

2. 1 原煤入选比例偏低

随着政府和社会对选煤工业的重视, 近年来煤炭入选率稳步上升, 但始终未突破75%, 其中动力煤为65%。2021 年原煤入选率降至71. 7%,下降3 个百分点, 如表1 所示。我国的煤质特点是原煤含矸率高、灰分高、发热量低, 全国普遍原煤含矸率达15%, 东部、中部大部地区毛煤灰分超过40%, 西部主要煤种为变质程度较低的长焰煤和褐煤。

建议:

(1)政府积极出台推动煤炭清洁利用技术攻关、强化绿色低碳前沿研发的政策, 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, 推动煤炭清洁利用和绿色低碳转型, 发挥好煤炭在保障国家能源安全中的兜底保障作用。持续开展燃煤发电超低排放与节能技术政策, 降低燃煤发电单耗, 加大力度淘汰高耗煤的落后供热锅炉。

(2)修订电厂、锅炉、窑炉、水泥、化肥等主要用煤行业的用煤标准, 实现按商品煤计量,按煤炭热值计价, 建立符合中国煤质特点的科学合理的品质级差价格体系, 优质优价。

(3)发挥宏观调控和运价机制作用, 优先安排高热值煤炭运输, 按煤炭品种、规格分装分运, 限制未经洗选的原煤远距离运输。

(4)开展定制化生产服务, 根据用户需求,建立用户大数据系统, 根据用户要求数量、质量、结构和时间, 实现生产侧与需求侧相协调,推动煤炭开发利用精细化服务。

2. 2 煤矸石和煤泥利用遇到瓶颈

选煤厂的煤矸石和煤泥目前缺乏大规模工业化应用场景, 已成为制约煤炭洁净化利用的瓶颈, 据相关资料, 我国煤矿固废总堆积量已经超过45 亿t, 在每年7 亿t 的排放量中, 未利用的约3 亿t。在煤矸石资源综合利用的主要方式中,发电和建材产品均以煤矸石作为燃料进行燃烧利用, 在碳排放总量和碳排放强度的约束下, 这两种利用方式面临较大的压力, 受能耗双控、环保政策加码等因素影响, 一大批中小型煤矸石综合利用电厂关闭退出运行, 而利用煤矸石生产建材产品, 面临技术和经济诸多障碍, 单位成本造价高, 技术附加价值低, 随着煤炭产业布局的调整, 消费市场距离远远超出经济运输半径, 产品逐渐萎缩。声势很大的另一消纳渠道井下充填总体规模依然不高, 存在安全、成本、技术等方面的诸多问题有待突破。因此煤矸石及煤泥的固废处理问题日趋突出。

建议:

(1)选择高效选煤方法, 优化煤炭分选工艺,提倡选排纯矸以减少矸石排放量, 降低洗矸含炭量。对进一步分选效果明显的中煤和煤泥, 实施中煤二次分选和煤泥再浮选生产工艺。

(2)动力煤选煤厂特别是泥化严重的动力煤选煤厂, 优先选择脱粉工艺, 减少煤泥入水数量。在产品满足市场的条件下, 优先使用干法选煤工艺, 再使用湿法工艺对重产物进行二次分选, 最大限度减少矸石和煤泥数量。

(3)采选充一体化的核心关键是井下充填的安全和成本问题, 目前紧迫的工作是要优化和创新矸石井下充填工艺, 降低矸石井下充填成本, 扩大矸石井下充填规模, 尽可能的争取充填采煤的产品所得税和煤炭资源税政策, 提高矸石井下充填的积极性。

2. 3 智能化建设

我国选煤行业的智能化建设尚处于初步阶段, 国家发改委、国家能源局等八部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》, 中国煤炭加工利用协会组织煤炭行业智能选煤工程研究中心等单位编制了《智能化选煤厂建设通用建设规范》, 部分选煤厂进行了智能化体系建设规划, 少数选煤厂完成了智能化体系阶段性建设工程。正如指导意见所言, 主要存在的问题就是“基础理论研发滞后、技术标准与规范不健全、平台支撑作用不够、技术装备保障不足、高端人才匮乏” 等方面。

建议各选煤厂紧跟各自煤炭集团公司的智能化发展规划, 根据本企业特点, 按照《智能化选煤厂建设通用建设规范》的指导意见对基础自动化、基础平台、智能控制、智能管理、综合分析、智能决策五部分内容进行整体规划, 分阶段分单项逐步实施, 并在实践中不断探索和创新。

2. 4 管理模式和减员提效

在现有选煤厂管理经营模式中, 我国的绝大多数选煤厂隶属于矿井管理这一单一传统的管理模式, 内部机构设置上小而全、大而全现象非常普遍, 维修维护管理、备件备品管理、化验制样管理机构和设施一应俱全, 劳动定员居高不下,有效工作时间不足, 工作效率较低; 维修设备设施和备品备件设施大量占用投资和流动资金。

建议继续推动现代化企业制度的不断发展,煤炭集团内部选煤中心托管运营模式和外部市场第三方托管运营模式所体现出的专业化、集约化、平台化、高效化特点应该得到充分肯定和进一步推广。因此加快体制机制创新, 促进选煤厂运营管理转型升级, 建立选煤厂生产服务型管理运营机制, 使用专业化托管运营、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等新型生产服务管理运营队伍服务于日常运营,是进一步减员增效、提高选煤厂的整体管理水平的重要途径。

郑均笛

煤炭行业工程勘察设计大师

中煤西安设计工程有限责任公司原总经理助理, 教授级高工

我国是世界煤炭生产和消费的第一大国, 为了实现“双碳” 目标的发展战略, 以***主席为核心的中共中央高度重视煤炭清洁高效利用及煤炭洗选加工。3 月22 日, 国务院副总理韩正主持召开了煤炭清洁高效利用工作专题会议, 个人理解, 是为了既要稳定煤炭产业, 又要推进“双碳” 目标落实。煤炭洗选加工作为煤炭清洁高效利用的基础技术, 如何落实会议精神, 为实现“双碳” 目标做贡献, 提出几点看法:

1 井下精准采煤, 最大限度减少出井煤含矸率

我国煤层赋存相对复杂, 煤炭开采出井原煤含矸率高, 每年约有3 亿t 矸石进入选煤厂。由于环保政策要求, 为了解决矸石出路, 许多企业不惜花重金, 实施地面矸石井下充填, 目前比较流行的技术是: 矸石破碎到3 mm 以下,加30%的水, 形成浆体, 柱塞泵打入采空区。矸石从地面向井下充填, 不仅投资高, 而且能源消耗大。有些泥化矸石进入选煤厂, 不仅对生产工艺影响较大, 而且污染产品, 导致多数选煤厂不断的进行煤泥水系统改造。因此, 建议研究井下精准采煤技术, 严格控制采煤过程的割顶、割底; 煤矿产量以商品煤计量, 用以改变煤炭出井产量大、商品煤产量小的现象。这样对煤矿及选煤厂节能降耗、为“双碳” 目标做贡献均有利。

2 强化精细管理, 提升选煤厂节能水平

近年来, 我国选煤产业已经步入快速、良性发展阶段。选煤工艺齐全、设备大型化技术成熟、自动化、智能化水平提高, 管理模式不断创新。但是, 部分选煤厂在精细化管理方面仍然存在短板, 有些企业开放式能源消耗管理, 吨煤电耗等能耗指标居高不下。为此, 建议选煤厂进一步优化工艺及生产管理, 平衡产量与能耗的关系, 把节能降耗作为评价和考核选煤厂管理水平的重要指标。初步估算, 若选煤厂吨煤节约1kW·h 的电, 相应为实现“双碳” 目标, 减少约700 g 的CO2 排放。因此, 加强这方面的需求, 对促使选煤厂管理更上一层楼有一定好处。

3 加大科技投入, 夯实选煤厂高产高效的基础

近年来, 我国选煤行业国家级最高奖为“煤炭干选关键技术及应用”, 有不少科技成果的“含金量” 低于采煤行业, 有些科研成果推广性不强, 许多专利实用性不足, 虽然选煤设备在大型化方面有了长足的发展。但从选煤综合技术整体分析, 与发达国家有差距。这方面主要表现为: 设备故障率偏高、传感元件精准度不稳、单机设备智能化不足, 选煤配套系统不尽完善等,由于存在这些不足, 导致智能化建设实用性不强或难以完善。因此应从原煤入厂到产品装车, 对我国选煤行业进行系统化“体检”, 理清短板,从设备材质、重介耐磨、监测传感元件精准耐用、各类闸阀动态计量显示实用、输送设备免(少)维修、智能化系统可靠实用运行等方面, 加大科技力量及投入。真正实现现场无人化、系统高效化、维修减量化、环境更美化的国际一流干法、湿法选煤厂。有效克服选煤厂管理者存在的选煤双(多)系统生产更可靠的顾虑, 逐步消除选煤厂“专职维修十余人、备品备件满库存、废品废件一大堆” 的低效管理现象, 真正意义上实现智能化运行。

4 积极探索无碳能源的利用

目前煤矿在限制燃煤采暖锅炉的要求下, 大力进行煤矿余热、乏风余热、地热、太阳能的利用。选煤厂也应结合现有设施, 积极探索压风机、冷却水等余热的利用, 发展太阳能储能照明等无碳能源利用, 为国家实现“双碳” 目标、稳定煤炭在国民经济建设中的压舱石地位、预防“去煤化” 舆论的反弹, 做出选煤人应有的贡献。

赵树彦

唐山国华科技国际工程有限公司董事长

北京国华科技集团CEO 兼CTO, 研究员

1 煤炭洗选加工行业发展现状

改革开放以来, 我国煤炭洗选加工行业发展很快, 原煤入选量和入选率均大幅增长, 选煤技术和装备飞速进步, 已由选煤大国成为选煤强国。主要表现在:

1. 1 原煤入选量和入选率大幅提高

2020 年我国原煤入选量已突破30 亿t, 原煤入选率已达74. 1%, 比2010 年的50. 9%增加了23. 2 个百分点, 对我国煤炭的清洁高效利用做出了巨大贡献。

1. 2 千万吨级以上规模选煤厂数量居世界第一

截至2020 年, 我国已有规模以上在运行的选煤厂2 300 余座, 其中千万吨级选煤厂80 座, 包括12 座炼焦煤选煤厂和68 座动力煤选煤厂。无论是选煤厂总数量, 还是千万吨级以上规模选煤厂数量均居世界第一, 是名副其实的选煤大国。

1. 3 选煤技术飞速进步, 主流技术国际领先改革开放以来, 我国的选煤技术飞速进步,重介、浮选、煤泥水处理等主流选煤技术已超越美国, 达国际领先水平, 实现了选煤大国向选煤强国的转变。

我国的高精度重介质旋流器选煤技术、浮游选煤技术、干法选煤技术、煤泥水浓缩技术已达国际领先水平。拥有世界上单机处理能力最大(1 300 t/ h)、分选粒级最宽(200 ～ 0. 25 mm)、分选精度最高的选煤设备, 以及最简单、高效、节能的选煤系统。我国重介质旋流器的入料粒度上限已突破200 mm, 不脱泥重介质旋流器选煤工艺的介耗已低至0. 4 kg/ t, 浓缩机的单位面积处理量已达10 m3 / (m2·h)。选煤精度的提高有力推动了煤炭的清洁高效利用和碳排放的降低。

我国的选煤装备制造水平与发达国家的差距已明显缩小, 骨干企业的装备质量已接近发达国家。浮选机、振动筛、离心机、压滤机等已出口到美国。

2 煤炭洗选加工领域面临的问题

我国煤炭洗选加工领域虽取得了令世人瞩目的成绩, 但亦存在诸多问题, 尤其在碳达峰、碳中和的大背景下。主要表现在:

2. 1 原煤入选率与发达国家尚有较大差距

发达国家原煤的入选率均超过90%, 美国已接近100%。我国应制定相应的政策、法规, 大力推动煤炭洗选和高效清洁利用。

2. 2 先进选煤技术未得到普遍应用

我国“大型、高效、简化、节能” 的选煤技术水平虽在国际上遥遥领先, 但并未在国内的数千座选煤厂中得到很普遍的应用, 多数选煤厂存在分选精度较低、工艺流程复杂、生产成本特别是能耗高等现象。应营造良好的学术氛围, 允许甚至鼓励质疑, 曝光伪科技, 严格限制低精度选煤方法的应用。

2. 3 选煤厂电耗整体偏高

煤炭洗选是清洁高效利用的关键环节, 煤炭行业要实现低碳化, 除提高分选精度外, 还必须高度重视节能。GB29446-2019 《选煤电力消耗限额》: 1级能耗≤5.0 kW·h/ t; 2 级能耗≤7.0 kW·h/ t; 3级能耗≤8.5 kW·h/ t。而我国仅有约15%的选煤厂电力消耗限额达到一级水平, 约50%达到二级水平, 约75%达到三级水平, 仍有约半数选煤厂的电力消耗达不到二级水平。我国某选煤厂设计公司近5 年设计的选煤厂均达“GB29446-2019” 一级能耗水平, 应着手逐步强制实行该标准。

2. 4 选煤厂自动化水平偏低

虽然我国近年在选煤厂智能化方面投资巨大, 但面子工程居多, 基本上没解决核心问题,造成这些智能化选煤厂的自动化水平尚不如美国的非智能化选煤厂的尴尬局面。应提高选煤厂智能化标准, 严格验收。

2. 5 选煤设备可靠性较差

我国《选煤厂设计规范》规定的选煤厂年工作时间只有5 280 h, 而发达国家均不低于7 000h, 一般国家不低于6 000 h, 即便是工业比较落后的蒙古国也以5 500 h 超过了我国。造成这种尴尬局面的主要原因是我国选煤设备的可靠性较差, 尽管工艺性能已接近甚至超过发达国家。国家应设置选煤设备制造准入门槛, 将无开发能力、作坊式的制造厂拒之门外。

3 新建和扩建选煤厂, 提高煤炭洗选能力

尽管我国部分现有选煤厂洗选能力富余, 有些选煤厂甚至长期闲置, 但提高原煤入选率的主要途径仍然要靠新建和扩建选煤厂, 而非利用现有选煤厂。因为选煤厂经营基本由市场驱动, 受经济效益制约。入选量不足的主要原因是在合适运输范围内缺少原煤甚至煤源, 若自距离较远处调运原煤, 不仅会降低选煤厂经济效益, 而且还会增加能耗和环保压力。

(三)针对碳达峰、碳中和目标下, 煤化工、特别是现代煤化工未来的发展方向、亟待突破的技术以及政策需求等问题, 中国矿业大学(北京)博士生导师, 解强教授给出了如下解读。

解 强

中国矿业大学(北京) 教授, 博士生导师

《洁净煤技术》主编

首先, 在“碳达峰、碳中和” 目标下, 对现代文明的形成起到巨大作用的化石燃料将逐渐淡出历史舞台, 是一个不争的事实。然而, 以煤化工为技术基础的煤炭高效清洁利用, 将在我国能源绿色低碳转型过程中发挥很大作用, 这是谋划煤化工的未来时必须要牢牢把握的一个基本点。

尽管压缩能源消费中的煤炭比例成为世界范围内能源消费的趋势, 但在包括美国在内的一些国家, 近中期内煤炭的地位仍然非常显著。美国能源部近年提出的“ 煤炭FIRST” (Flexible;Innovative; Resilient; Small; Transformative)政策,就是基于“煤炭是一种丰富、用得起、有适应力和可靠的能源, 通过创新, 未来几十年将继续成为美国能源供给的重要组成部分” 的认识。

我国“富煤缺油少气” 的能源资源禀赋, 决定了在相当长的时期里以煤为主的能源结构特征。今年两会期间, ***总书记指示, “富煤贫油少气是我国的国情, 以煤为主的能源结构短期内难以根本改变。实现‘双碳’ 目标, 必须立足国情”。韩正副总理主持召开煤炭清洁高效利用工作专题座谈会时强调, “要坚持从国情实际出发推进煤炭清洁高效利用, 切实发挥煤炭的兜底保障作用; 要深刻认识推进煤炭清洁高效利用是实现碳达峰碳中和目标的重要途径, 统筹做好煤炭清洁高效利用这篇大文章”。

因此, 在推进“双碳” 目标、评判我国煤化工技术时, 一定要考虑我国的资源特征以及在日渐复杂地缘政治环境下的能源安全, “能源的饭碗必须端在自己手里”。

其次, 在谈论煤化工、现代煤化工以及探索、识别前沿科学研究方向之前, 要厘清“煤”、“煤化工” 的概念, 梳理“现代煤化工” 的形成过程。

煤是远古死亡植物残骸没入水中经过生物化学作用后再经地层覆盖并经过地质化学作用所形成的可燃有机生物岩, 它含能量, 也含有用元素或成分。这是煤炭作为原燃料利用的物质基础。换言之, 煤炭既有“能源特征”、也有“原料” 属性。

煤化工是以煤炭为原料, 用化学方法转化为气体、液体和固体产物, 经进一步加工, 生产系列化工产品或燃料的技术。19 世纪中后期开始出现煤化工, 最初是以煤制取基本有机化工原料为目的, 主要有煤焦化及化产回收、煤气化(生产合成氨)、由焦炭生产电石制取乙炔等。

“现代煤化工” 不是一个得到清晰定义的概念, 与“传统” 煤化工并无严格的技术或时间界限; 按技术成熟度或产品属性界定, 与煤化工实践也不尽匹配。如果我们将“现代煤化工” 理解为“在通过拓展原料、提高效率、扩大规模以及增加环境友好程度等方法对煤化工进行完善及过程强化的基础上, 随着SNG、MTO/ MTP、MTG、煤制乙二醇、煤制芳烃等新技术的开发, 以及系统的集成、耦合(例如, 以煤气化为基础的多联产技术)而形成并不断完善的技术体系” 的过程,总体上是正确的。

现代煤化工技术体系的形成过程说明, 只有通过、也只能通过持续创新, 煤化工才能满足逐渐增多且更加严格的约束条件, 在我国化石能源向非化石能源演变的过程中保障煤炭兜底作用的发挥。

其三, 在“双碳” 目标下, 煤化工行业可采取的更为积极的二氧化碳减排措施很多, 如原料及燃料结构调整、节能技术改造、末端捕集、甚至产业结构调整。其中, 节能增效, 煤耦合生物质发电或热解/ 气化、新能源制氢供给煤化工工艺等促进化石能源与新能源融合发展的方式, 以及CCUS 等, 是目前煤化工行业减碳的优选途径。

第四, 值得指出的是, 迄今煤化工领域的减碳、降碳, 包括中国工程院最近发布的面向2035的洁净煤前沿技术里, 大部分项目涉及的都是能源, 对煤炭的原料属性重视不足。实际上, 我国本世纪初开始实施的“煤炭替代石油战略” 中,替代途径中就含有煤制大宗化学品(烯烃、芳烃、烃的含氧衍生物等)。

煤炭作为工业原料使用, 主要的途径是以气化为龙头, 利用煤有机质中所含的碳、氢, 通过重排生产化学品。多联产应用系统整合思想, 通过集成把化工过程和动力系统整合, 多过程耦合、多产物制备, 在完成发电、供热等热工功能的同时生产化工产品, 能最大程度地提高效率、解决环境污染及碳排放难题。然而, 多联产技术要得到广泛实践, 还需突破庞大系统的开工率保障难题。

最后, 在政策层面谈一些个人想法。近来国家出台了一些利于煤化工发展的政策, 如原料用能不纳入能源消费总量控制, 支持煤炭清洁高效利用专项再贷款等财税金融支持政策。希望将这些政策落地、落实好, 此外还应该在研究投入、人才培养方面配套相关政策, 如提高国家重大研发项目中对煤炭清洁高效低碳利用技术研究的支持力度, 通过支持高校煤炭清洁高效利用工程科学的专业建设, 加强、加快煤化工及洁净煤技术创新人才的培养。