中國西部煤炭能源的優(yōu)化利用

中國西部煤炭能源的優(yōu)化利用駱振福(中國礦業(yè)大學(xué).徐州221008)摘要煤炭是我國的主要能源，其中4/5分布在西部。針對這一國情，本文提出了西部煤埃必須潔凈利用，采用適合西部干早缺水特點(diǎn)的高效干法選煤方法，實(shí)現動(dòng)力煤優(yōu)質(zhì)化工程，西電東送，解決西部煤炭資源的經(jīng)濟高效合理利用，實(shí)現社會(huì )和經(jīng)濟效益的最大化。關(guān)鍵詞西部開(kāi)發(fā)煤炭干法選煤西電東送OPTIMUM UTILIZATION OF COAL RESOURCESIN WESTERN REGION OF CHINALuo Zhenfu(China University of Mining Technology 221008)Abstract: The coal bhas been and will be in a long tem in the future the main source of power in China.More than 4/5 of the coal is deposited in the western region of China. Acording to the natural condirion ofwestern.region of lack on water, the run - of - mine coal therefrom should be dressed in the way of dry cleaningand converted into electric power which can be transmitted to the easterm region. This is the best way ofachieving a combination of upmost economic profit with uprmost social profit in the uilization of western coalresource.Keywords: Development of western region, Coal resource. Dry cleaning of run- of-mine coal, Electricpower transmission from western region to eastern region我國化石能源中，95%為煤炭，煤炭的4/5以科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度，目前能大規模開(kāi)發(fā)利用的能上分布在西部，這一-基本國情決定了以煤炭為主的源仍是化石燃料，再生能源及其它新型能源還只能能源消費結構是很難改變的。西部大開(kāi)發(fā)是-一個(gè)長(cháng)作為常規能源的補充。遠的發(fā)展戰略，與之相適應的是要有-個(gè)科學(xué)的中.長(cháng)期的西部能源和礦產(chǎn)資源規劃，以滿(mǎn)足東西部經(jīng)表1未來(lái)50年中國能源的組成預測(%)濟發(fā)展對它們的需求。在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中必須做.能源名稱(chēng)2000年2010年2030 年050年到:在社會(huì )效益上要保護環(huán)境和可持續發(fā)展，在經(jīng).煤73.6768.2254.0548.6濟效益上應按市場(chǎng)需求變化調整，兩者缺- -不可。石油15.7214.9113.775.01我國能源結構的變化趨勢天然氣2.684.156.10目前，在世界-次能源結構中，化石燃料(煤水能7.309.2419.4炭、石油和天然氣)占90%以上，其中最豐富的.核能0.463.3113.4716.0是煤炭，而我國的煤炭生產(chǎn)與消費均居首位，占一新能塬0.100.172.756.0次能源消費總量的75%以上。由于能源的轉變是中國煤化工有儲量來(lái)看，近1萬(wàn)億1,一個(gè)相當漫長(cháng)的過(guò)程，在能源市場(chǎng)上，-種新能源MYHCNMH(所占份額要由1%上升到50%，大約需上百年的時(shí)uutn 兒不7估算，仍可使用近千年;間。如太陽(yáng)能雖然已在世界范圍內取得成效，但要.而石油和天然氣的儲量是有限的，僅能使用30~作為大規模工業(yè)化的能源還為時(shí)過(guò)早。按當前能源40年。所以，盡管隨著(zhù)我國能源結構的調整，煤36中國礦業(yè)2001年第10卷第1期.炭的比重會(huì )逐漸下降，但因其資源的豐富和價(jià)格的流，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢，帶動(dòng)西部經(jīng)濟的增相對穩定，仍將是動(dòng)力生產(chǎn)的首選燃料，在近50長(cháng)?！拔麟姈|送”是實(shí)現我國能源產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品結構年內其主導地位不會(huì )改變(預測見(jiàn)表1)。調整的重要戰略。2我國西 部煤炭的賦存情況[2]3.2西煤發(fā)電東送我國西部地區煤炭資源十分豐富，如地處晉.我們認為“西電”應包含水電和煤電兩個(gè)方陜、蒙三省(區)交界處的準格爾煤田，探明儲量面，最終將形成西南以水電為主，西北以煤電為主為256億t,其中宜露天開(kāi)采的儲量約為66億t。神的東送大格局。府東勝煤田，探明儲量為354.22億t。準格爾煤田水電作為一種清潔無(wú)污染的再生能源應該得到含煤地層屬華北碳系，煤質(zhì)為中灰、低硫、特低磷發(fā)展，西部特別是西南水電資源豐富，還有黃河上的長(cháng)焰煤，神府東勝煤田系中生代鄂爾多斯大煤田游，有著(zhù)發(fā)展水電的良好條件。但必須統籌規劃，的一部分，屬特低灰、特低硫.特低磷的長(cháng)焰煤和因為對調節性能好的大型水電來(lái)說(shuō)，建設期長(cháng)，投不粘煤。而新疆就有上萬(wàn)億噸優(yōu)質(zhì)煤等待開(kāi)發(fā)。神資大，還涉及水電建設移民問(wèn)題，不過(guò)由于目前電華煤田，煤質(zhì)優(yōu)良，但開(kāi)采過(guò)程中混有不少頂底板力供需矛盾緩和，給水電留下發(fā)展空間。巖石及夾矸。該地區缺水，且其內水非常高，其煤西部地區電力結構不合理。-是電源結構過(guò)分質(zhì)特點(diǎn)是易氧化、泥化、灰融點(diǎn)低。但是我國西部.依賴(lài)水電，現有水電調節性能較差，少有多年調節地區，也有不少高硫煤資源，其硫分在2% ~4%，電站，豐水期大量棄水調峰，枯水期缺乏發(fā)電量。個(gè)別礦甚至高達6%~7%，今后隨著(zhù)深部煤層的開(kāi)西部地區裝機容量中水電占45.6%，其中四川電發(fā)，煤炭硫分還有上升趨勢。內蒙區海勃灣和烏達網(wǎng)達到60%，云南占65%，青海占82%，西藏占.礦務(wù)局煤炭硫分多在2%-4%，陜西銅川，韓城，80%。二是小火電機組較多。1998 年西部地區5蒲白等局硫分多在2% ~4%，山西軒崗、潞安、晉萬(wàn)kW及以下機組約占總裝機數的72%，裝機容域、汾西、陽(yáng)泉、大同及東山等局礦硫分多為2%量占37.9%，高于全國平均水平(3]。~4%。山西省目前開(kāi)采的占石碳紀太原組煤炭資源對東部地區未來(lái)電力需求的增量補充，因受環(huán)已臨近枯竭，二疊紀開(kāi)采的比例逐年增大。由于二境保護的制約，再進(jìn)行大量的火電站建設是不允許疊紀煤炭的硫分、灰分均高于石碳紀，致使煤炭質(zhì)的，為配合“西氣東輸”工程，可適當發(fā)展燃氣電量總水平是逐年下降趨勢。針對西部煤炭資源的特站用于調峰。根據西部煤炭資源的儲量及其在我國點(diǎn)，充分利用好優(yōu)質(zhì)煤炭資源，同時(shí)對部分高硫煤能源中所占比重，山西、陜西、蒙西(簡(jiǎn)稱(chēng)“三進(jìn)行深度脫硫降灰，是發(fā)展的必由之路。西")，及新疆和貴州的煤資源豐高甚至成了地區經(jīng)3西煤發(fā)電東送濟的支柱，應由原來(lái)單純輸煤轉為輸煤輸電并舉，3.1 西部能源的發(fā)展方向是“西電東送”直至東部火電廠(chǎng)服役期滿(mǎn)退出后，在西部大力發(fā)展從我國能源布局看，東部的能源資源將會(huì )日趨坑口電站,完全實(shí)現西煤發(fā)電東送?？萁?，西部地區的能源資源不但儲量豐富而且種類(lèi)西電東送要求有一個(gè)強大的互聯(lián)電網(wǎng)。根據電多樣，所以，對今后西部能源開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，不僅應采力部門(mén)的規劃,到2015年左右,我國電網(wǎng)從地理上將用多種形式開(kāi)發(fā)利用，而且大家還形成這樣的共.基本形成北、中、南三個(gè)跨區互聯(lián),以取得巨大的送電識:“西電東送"。-方面，對西部人稀地廣之域，效益和聯(lián)網(wǎng)效益。西電東送只有達到規模經(jīng)濟,水火住戶(hù)零散，建電網(wǎng)不合算，不可能因個(gè)別用戶(hù)而將調節互補,才能使西部的資源優(yōu)勢轉為經(jīng)濟優(yōu)勢。電網(wǎng)延伸上百公里，但卻有比較豐富的風(fēng)能和太陽(yáng)3.3 西煤發(fā)電東送的效益能資源，西藏還有豐富的地熱資源，象內蒙古、新“三西”是我國的主要能源基地，煤炭?jì)α渴纸?、青藏高原?這些地方可適當發(fā)展潔凈的風(fēng)電豐富，以往單純輸煤，但由于運輸能力不足，煤炭和太陽(yáng)能綜合利用，以解決分散住戶(hù)的用電問(wèn)題。外運受到制約，如果西煤發(fā)電東送，不僅可以緩解另一方面，西南水電資源充足，西北化石能源儲量鐵路運輸緊張的狀況，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，而且很大，尤其是煤炭資源非常豐富。這些能源資源不具有但土的開(kāi)培地川小西陽(yáng)城電廠(chǎng)至江蘇淮陰.僅能滿(mǎn)足本地區的需要，而且還有大量的高余能中國煤化工設1840km, 靜態(tài)投資源，為“西電東送”提供了可能。將西部富余能源MHCNMHG再進(jìn)行投資。若以國送到經(jīng)濟發(fā)達的東部地區,符合我國的能源發(fā)展戰標京九鐵路估算，每公里投資1千萬(wàn)元，1840km 應略，西部也能借助能源資源的開(kāi)發(fā)加強與東部的交投資184億元，而煤炭運輸的費用需另計算。中國西部煤炭能潭的優(yōu)化利用3從1989年到1999年，蒙西累計送京津唐的電特點(diǎn)的高效于法選煤技術(shù)，如空氣重介質(zhì)流化床選量達390億kwh。最大輸電負荷達到93.8萬(wàn)kw，煤理論及方法， 已十分迫切。最大年送電量67億kwh.近兩年山西送電京津唐的在空氣重介質(zhì)流化床干法選煤研究方面，俄羅負荷達到150萬(wàn)kw左右，年送電量100億kw時(shí)。斯、美國、加拿大、日本等都在作研究，但都沒(méi)有山西王曲電廠(chǎng)送電山東正在進(jìn)行前期工作，最近榆.實(shí)現工業(yè)化。中國礦業(yè)大學(xué)自1984年開(kāi)展該項研次發(fā)電東送上海的可行性方案也通過(guò)專(zhuān)家論證。究，先后經(jīng)歷模型試驗，中試，工業(yè)性試驗，實(shí)現.由于煤炭是- -種低品位能源，其利用效率目前了50-6mm 粗粒煤分選的工業(yè)化，處理能力為還很低，而且又比較臟，在開(kāi)采、加工、運輸、轉50t/h，目前處于國際領(lǐng)先水平。該技術(shù)是化學(xué)工換和利用過(guò)程中對生態(tài)環(huán)境造成了很大的危害，嚴程與礦物加工工程交叉學(xué)科領(lǐng)域，還需強化基礎及重制約了我國社會(huì )和經(jīng)濟的可持續發(fā)展。因此，煤應用基礎研究，為適應大規模生產(chǎn)的需要，提高效炭作為我國的主要能源，不管作為燃料或原料，其率，降低成本，有待開(kāi)發(fā)大型空氣重介質(zhì)流化床干高效低污染利用已成為必須解決的環(huán)境問(wèn)題。對煤法選煤系統及設備。炭污染來(lái)說(shuō)，發(fā)電有利于集中治理。4.2 煤粉電廠(chǎng)燃前深度脫硫降灰4西部煤炭能源的潔凈利用美國供應發(fā)電廠(chǎng)的煤炭灰分為8%以下，而我要實(shí)現西煤發(fā)電東送，煤炭燃前的分選凈化十國電廠(chǎng)平均用煤灰分28%左右，而且硫含量嚴重分關(guān)鍵，煤炭經(jīng)過(guò)分選，可除去大部分灰分，得到超標，優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤的灰分也高達15%，造成燃燒低灰高熱值煤粉。低灰高熱值煤粉具有高效低污染效率低和污染嚴重。如采用先進(jìn)的選煤方法將煤炭的燃燒特性，具體表現為(4:減少燃料消耗、降低在燃前凈化，即將灰分降至8%以下，硫分降至煙氣中的飛灰濃度，提高鍋爐運行的經(jīng)濟和安全0.5%以下，則燃煤的污染將達到國家環(huán)保要求。性、減少SO2排放量、減少有毒痕量元素的排放、從理論上講，煤磨得越細，礦物質(zhì)解離越充減少燃煤粉磨電耗。針對西部地區水資源+分短缺分，也就越容易實(shí)現深度脫硫降灰。事實(shí)上在煤粉這一情況，宜采用高效干法選煤技術(shù)對煤炭潔凈。電廠(chǎng)鍋爐噴吹用煤都要磨細到小于200目占70% .4.1空氣重介 質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)以上，這就為實(shí)現煤粉電廠(chǎng)燃前深度脫硫降灰提供煤炭作為我國主要能源在今后相當長(cháng)時(shí)期內不了非常有利的條件。但是，若采用濕法分選進(jìn)行脫會(huì )有大的改變，而我國的煤炭入選比例只有25%，硫降灰， 則需要將精煤進(jìn)行脫水和干燥，還需要龐動(dòng)力煤僅為11%，在我國的煤炭消費結構中，動(dòng).大的煤泥水處理系統，其投資和運行費用非常高;力煤占80%以上，這就造成十分嚴重的燃煤引起而若采用微粉煤干法深度脫硫降灰技術(shù)，有機的結的環(huán)境污染(如煙塵，二氧化硫和酸雨)。據統計,合煤粉電廠(chǎng)制粉系統進(jìn)行燃前深度脫硫降灰，則可1997年全國SO2排放量約為2346萬(wàn)t,煙塵排放省略脫水、干燥和龐大的煤泥水處理系統，投資和量為1873萬(wàn)t,酸雨影響面積占國土30%，這其運行費用非常低，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。摩擦電選中燃煤造成的SO2和煙塵排放量分別占90%和技術(shù)就是適合于微粉煤干法深度脫硫降灰的非常有80%，因此必須大力發(fā)展潔凈煤技術(shù)，保護環(huán)境,前途的技術(shù)，分選時(shí)利用氣流輸送微粉煤，經(jīng)過(guò)摩綜合利用煤炭資源，作為潔凈煤技術(shù)源頭的燃前潔擦器時(shí)，煤中有機質(zhì)和無(wú)機質(zhì)與摩擦器碰撞摩擦分凈選煤技術(shù)則應優(yōu)先發(fā)展。據統計，每人選1別帶上正、負電荷,荷電顆粒群被氣流送人高壓靜億t原煤，就可脫除絕大部分黃鐵礦硫，減少SO2電場(chǎng)，正、負荷電粒子分別向相反方向運動(dòng)，從而的排放量100~150萬(wàn)t,而且可減少無(wú)效鐵路運實(shí)現有機質(zhì)與無(wú)機質(zhì)(特別是黃鐵礦硫)的深度分.輸。離。美國試驗研究表明，電壓為25000V的靜電分在選煤領(lǐng)域，國內外普遍采用濕法分選方法,選機分選<37pm的粉煤，人料灰分為24.5%，磁而我國的煤炭資源有2/3以上分布在西部等缺水地鐵礦含量為1.69%時(shí)，可取得灰分為1.7%，磁鐵區，隨著(zhù)國家西部大開(kāi)發(fā)的實(shí)施，煤炭資源的分選礦含量為0.08%，產(chǎn)率為40.8%的超低灰、低硫加工也迎來(lái)了新的機遇和挑戰，在當今注重環(huán)境保桂性網(wǎng)礦業(yè)十些的過(guò)驗研究取得了良好的效護，潔凈利用能源的時(shí)代，西部地區煤炭潔凈利用中國煤化工可得到灰分<2%的精就顯得尤為突出，因此煤炭的高效脫硫降灰就十分YHCNMHG必要。傳統的選煤理論及方法已無(wú)法滿(mǎn)足煤炭分選應用摩擦電選技術(shù)緊密結合電廠(chǎng)供煤系統的特的潔凈，研究適合我國國情，特別是西部地區煤炭點(diǎn)進(jìn)行燃前深度脫硫降灰，以減少燃煤的大氣排放38中國礦業(yè)2001年第10卷第1期.污染具有明顯優(yōu)勢。目前,煤粉電廠(chǎng)的供粉工藝流程金、省重點(diǎn)等項目的研究，并建立了中試系統，通是:原煤→千燥-→粉磨-→輸送+燃燒。而采用適應于過(guò)了省級技術(shù)鑒定，目前正在進(jìn)行放大試驗研究。微粉煤脫硫降灰的干法摩擦電選技術(shù),進(jìn)行燃前脫硫隨著(zhù)國家對煤煙型污染的嚴格控制,研究開(kāi)發(fā)擁降灰,新的供粉工藝流程將為:原煤-→干燥→粉磨→有自主知識產(chǎn)權的摩擦電選技術(shù)是十分重要的。特摩擦電選-→輸送→燃燒,其根本意義在于摩擦電選技別是將微粉煤干法深度脫硫降灰、最終發(fā)電輸送相結術(shù)不同于常規分選技術(shù),采用氣流輸送,可干法分選合這種新工藝、新技術(shù)新模式,對于實(shí)現動(dòng)力煤優(yōu)質(zhì)微粉煤,而在微粉煤級別中大部分礦物質(zhì)已得到解化工程,提高燃煤效率,實(shí)現煤炭潔凈燃燒,減少環(huán)境離,因此,從理論上講更容易實(shí)現深度脫硫降灰,實(shí)際污染,具有重大意義，國內國際迫切需要這些技術(shù),尤試驗也已證明這一-點(diǎn),與常規選煤相比,省略了產(chǎn)品其是適應西部大開(kāi)發(fā)的需要,市場(chǎng)前景很好。脫水、干燥和煤泥水處理系統。而摩擦電選技術(shù)所需5結論將原煤干燥、粉磨和氣力輸送等環(huán)節,在電廠(chǎng)原制粉(1) 西部能源開(kāi)發(fā)，應將煤炭轉化為電能再輸系統中正好已有與此相應環(huán)節,這樣增加摩擦電選系出，變資源優(yōu)勢為經(jīng)濟優(yōu)勢。統,所需投資及運行費用非常低。(2)西部煤炭資源必須走潔凈利用的途徑，煤工業(yè)發(fā)達國家如美國、澳大利亞、加拿大等國炭燃前的高效干法分選既經(jīng)濟又合理。都在進(jìn)行摩擦電選技術(shù)的研究，特別是進(jìn)行提高處(3)空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)及摩擦電理能力的研究，但將該項技術(shù)直接用于電廠(chǎng)燃前脫選技術(shù)骨性“者兒特點(diǎn)，為西部煤中國煤化工硫降灰的試驗尚未見(jiàn)報道。國內只有中國礦業(yè)大學(xué)炭資源從事摩擦電選技術(shù)研究，在該項技術(shù)的近10年研YHCNMHG究過(guò)程中，已完成國家自然科學(xué)基金、煤炭科學(xué)基(收稿日期: 2000年10月23日)礦業(yè)可持續發(fā)展初探39