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干法选煤之父陈清如煤炭清洁利用丞需重视源头净化

2022-04-21 来源:深圳农业机械网

干法选煤之父陈清如:煤炭清洁利用丞需重视源头净化

---访中国工程院院士陈清如

陈清如简介:中国矿物加工工程学科领域的奠基者和开拓者之一,“干法选煤之父”。1995年当选为中国工程院院士。2010年被授予第16届国际选煤大会国际组委会首次设立的“终身成就奖”。陈清如先后主持完成了纵向、横向科研项目50多项,指导研究设计了我国第一台筛下空气室跳汰机,在国际上首次将近似筛分理论成功地用于解决潮湿细粒煤的干法筛分问题,创立“空气重介稳态流化”的选矿理论,并主导建设了世界上第一座高效空气重介质流化床干法选煤示范厂。

选煤不仅仅关乎煤炭的清洁高效利用,也关乎节能减排、环境治理,与我们每个人息息相关。近期,国务院在《大气污染防治行动计划》中,要求到2017年我国原煤入选率达到70%以上。

那么,选煤到底能起到哪些作用?我国原煤分选现状如何?什么样的选煤技术才更为适合我国缺水的客观现实?选煤工艺及设备还需要哪些方面的创新?《中国电力报》记者10月11日就此专访了被誉为“干法选煤之父”的中国工程院院士陈清如。

必须加大低质煤的控制力度

图为中煤平朔安家岭选煤厂主厂房。

记者:原煤洗选对于我国减少煤炭污染具有哪些积极作用?

陈清如:首先,我要更正一个专业词汇“原煤洗选”,这个词源出于英文RawCoalWashing。后来选煤设备和工艺改进了,欧美都改称为CoalPreparation,所以当前更准确的表述应该是“选煤”。

煤炭由于成煤植物本身含有一定的矿物质,成煤过程中又有很多矿物质由于地质作用从外界进入成煤沼泽,进而混入煤层中,此外在采煤过程中还会混入的顶、底板及夹矸层的矸石。这就造成原煤中含有多种杂质,如灰分、硫分、水分、磷分等。煤中的这些杂质对煤炭利用都是非常不利的。

低质煤用于锅炉燃烧,不仅经济性差,而且造成燃烧辅助系统和对流受热面的严重磨损以及维修费用的增加,所以要把煤中杂质去除。因此,在采煤机械化程度越来越高的条件下,原煤质量越来越差,必须经过分选加工,才能满足不同行业的需求,获得更好的工艺指标和经济效益,减少环境污染。

我国是世界最大的煤炭开采国和消费国,提高原煤入选率,可以充分发挥煤炭分选的源头净化作用,减少煤炭利用造成的环境污染,提高煤炭综合利用价值。

记者:就动力煤而言,目前发电厂在设计锅炉时有一定的冗余度,而且可以采用掺配混烧的方式以节约成本,发电厂也利用先进的脱硫脱硝等技术以达到环保要求。就此而言,是否意味着不是所有的动力煤都需要分选?

陈清如:目前发电厂在设计锅炉时根据煤种、灰分、灰融点等参数,有一定的冗余度,一般是以中煤燃烧,灰分20%左右。低灰分的可采原煤(Aad约15%)可以不分选,像神木煤田、新疆准东煤田开采初期就是这种情况。

综合考虑煤炭运输、磨煤、脱硫、除灰以及锅炉维护等成本,使用优质动力煤具有相对优势,特别是对于目前发展的大型超临界、超超临界机组。用户燃用低质煤是因为价格低,但造成其他方面的成本增加,特别是脱硫等环境方面的成本。当然这和国家政策导向和对低质煤燃烧的控制力度有关。因此,国家政策导向很重要,必须加大低质煤的控制力度。

煤炭分选可部分缓解运力

记者:原煤分选的必要性在多大程度上与铁路运力相关?与目前相比,入选率达到70%以上的话,可以节约多少运力成本?

陈清如:原煤分选对铁路运力是有很大影响的。铁路煤炭运量占全国煤炭运输量的70%以上,煤炭运输量占铁路货运总量的40%左右。目前我国的商品动力煤平均灰分约22%,单就电煤而言可能还要高。如果电煤灰分降低10%,也就是我们可以节约10%的铁路运力,或者说节约10%的运输成本。以2012年为例,当年全国煤炭铁路运输量约22亿吨,也就相当于至少节约2.2亿吨运力。

所以,煤炭分选能在一定程度上可缓解铁路运力问题。虽然煤质提高之后价格升高,但更适合长距离运输,符合我国西煤东运、北煤南运的格局。同时,高灰分的矸石被运输到用户后,不仅在燃烧过程中降低燃烧效率,还要进行烟气、灰渣等污染的后继处理。

另外,铁路运输是一个方面,也可以考虑输电,一般输电比输煤成本上省、无环境污染。中国工程院的研究建议输煤输电并举,从经济性方面考虑,1800千米以内铁路输煤好,1800千米以上输电好。

应大力发展干法分选技术

记者:目前我国在选煤方面主要采取哪些办法?

陈清如:我国选块煤一般是用跳汰分选、重介质分选;选煤粉一般是用浮游分选。

选煤可以脱除原煤中的大部分灰分、黄铁矿硫分和水分等有害杂质。黄铁矿是密度比较大的物质,容易被湿法跳汰和重介质分选,含黄铁矿的煤泥也是较净煤润湿性差异比较大的物质,可以用浮游选煤去除。 我过去从事湿法选煤的研究——跳汰水流运动,在我国研制出筛下空气室跳汰机和三产品重介质旋流器设备和系统。

我国是缺水国家,西北部和中部等产煤区更是缺水干旱,所以自上世纪八十年代初我开始进行空气重介质流化床干法选煤的研究,并主导建设了世界上第一座干法选煤工业示范厂,实现了这一技术的工业化应用,得到了加、美、俄、澳、德、日等国同行专家的高度评价,该项技术处于国际领先水平。此外,还有干法煤粉摩擦静电分选技术,该技术可以与煤粉炉的制粉系统集成,实现微粉煤燃前在线深度脱硫降灰,是有效缓解我国煤烟型大气污染的理想途径。

记者:褐煤的煤化程度最低,其分选有何特点?

陈清如:根据国际地质学家预测,褐煤占全球煤炭总储量的40%左右,是世界上重要的化石能源之一。我国已探明的褐煤储量约1300亿吨,占全国煤炭总储量的13%左右。

褐煤具有高水分、高灰分、低热值和易泥化等特性,导致其分选加工困难。采用传统湿法选煤技术难以进行分选,造成煤泥水系统难以运转,煤泥量大,脱水困难。目前褐煤利用主要采用干燥脱水技术,通过干燥脱去部分水分,提高发热量。应该结合我国褐煤实际情况,加强创新。褐煤含灰分高,内水高。将外水去掉,技术上是容易做到的,干法分选是最主要技术。对发热量讲,减少煤炭1%的灰分,相当于减少1%的水分。目前世界各国褐煤提质就是干燥,这个方法我认为不妥,这是以能源换能源。

2017年可以达到预期目标

记者:对比近几年的情况来看,我国原煤入选率是否有较大幅度的提高?与世界上其他国家相比情况如何?

陈清如:我国目前的原煤入选率达到了56%。2010年我国原煤入选率为50.9%,2011年为53%,应该说这几年在稳步提高。目前,我国炼焦煤已经全部入选,但是动力煤入选比例还很低,不到40%,因为动力煤入选后销售价格高。国外煤炭入选率为60~100%,美国煤田大多数的原煤灰分低,约10%,可选性为易选,入选率约60%。

记者:从我国原煤入选现状来看,原煤入选率要实现从《能源发展“十二五”规划》到《大气污染防治行动计划》提出的目标的跨越,意味着我国原煤入选率要大幅提高。你认为可以达到预期目标吗?哪些方面会有难度?

陈清如:我国能源形势决定的煤炭主体结构很难出现大的改变,那么我们工作的重点也就是实现煤炭清洁高效利用。当然这样就意味着我国原煤入选率方面要大幅提高,我认为可以达到预期目标,当然实行起来会有一定难度。

2012年,全国选煤入选能力21.5亿吨,入选量20.5亿吨,入选率56%。据预测到2017年我国煤炭消费量在43亿吨左右,按照最低标准值70%计算,入选的煤炭总量为30.1亿吨。这也就意味着2017年煤炭入选能力要比去年增加近10亿吨。当然也就意味着要扩大选煤厂的建设力度。

从选煤工艺技术装备上来讲并不存在多大的难度,当然还需要继续加强干法或节水型选煤设备的研发力度以适应我国西北部和中部煤炭资源的开发,对大型动力煤干法分选设备和模块化工艺加强研究与开发。从增加入选能力来讲有一定难度,扩大选煤厂建设,这就需要投资和政策支持。

选煤工艺及设备还需要创新

记者:选煤之后的矸石等废弃物及废水如何处理?如何防止二次污染?

陈清如:我国煤炭行业对煤炭分选后的矸石等废弃物及废水有多种处理办法,如制造建筑材料(矸石砖等)、铺路、井下充填,对于发热量较高的矸石可以建设矸石电厂就地发电,废弃物就地处理。

目前选煤厂在工艺技术上可以做到煤泥水闭路循环,也就是循环利用,不向外排放。废水处理工艺技术也比较成熟。当然对于污染排放国家必须加强监管。

记者:国家加大原煤入选率的比例,对煤炭分选设备行业将产生哪些有利的影响?分选设备的市场规模是否将迅速扩大?

陈清如:当然,这是毫无疑问的,但更值得注意的是对选煤工艺和设备提出了创新的要求。比如,如何创建高效的干法选煤技术,这对我国西北部和中部煤炭资源开发是非常重要的。同时,如何对湿法选煤的煤泥水进行更高效的、低成本的处理等问题也必须解决。

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