中国西部煤炭能源的优化利用

中国西部煤炭能源的优化利用骆振福(中国矿业大学.徐州221008)摘要煤炭是我国的主要能源，其中4/5分布在西部。针对这一国情，本文提出了西部煤埃必须洁净利用，采用适合西部干早缺水特点的高效干法选煤方法，实现动力煤优质化工程，西电东送，解决西部煤炭资源的经济高效合理利用，实现社会和经济效益的最大化。关键词西部开发煤炭干法选煤西电东送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我国化石能源中，95%为煤炭，煤炭的4/5以科学技术的发展程度，目前能大规模开发利用的能上分布在西部，这一-基本国情决定了以煤炭为主的源仍是化石燃料，再生能源及其它新型能源还只能能源消费结构是很难改变的。西部大开发是-一个长作为常规能源的补充。远的发展战略，与之相适应的是要有-个科学的中.长期的西部能源和矿产资源规划，以满足东西部经表1未来50年中国能源的组成预测(%)济发展对它们的需求。在开发利用过程中必须做.能源名称2000年2010年2030 年050年到:在社会效益上要保护环境和可持续发展，在经.煤73.6768.2254.0548.6济效益上应按市场需求变化调整，两者缺- -不可。石油15.7214.9113.775.01我国能源结构的变化趋势天然气2.684.156.10目前，在世界-次能源结构中，化石燃料(煤水能7.309.2419.4炭、石油和天然气)占90%以上，其中最丰富的.核能0.463.3113.4716.0是煤炭，而我国的煤炭生产与消费均居首位，占一新能塬0.100.172.756.0次能源消费总量的75%以上。由于能源的转变是中国煤化工有储量来看，近1万亿1,一个相当漫长的过程，在能源市场上，-种新能源MYHCNMH(所占份额要由1%上升到50%，大约需上百年的时uutn 儿不7估算，仍可使用近千年;间。如太阳能虽然已在世界范围内取得成效，但要.而石油和天然气的储量是有限的，仅能使用30~作为大规模工业化的能源还为时过早。按当前能源40年。所以，尽管随着我国能源结构的调整，煤36中国矿业2001年第10卷第1期.炭的比重会逐渐下降，但因其资源的丰富和价格的流，变资源优势为经济优势，带动西部经济的增相对稳定，仍将是动力生产的首选燃料，在近50长。“西电东送”是实现我国能源产业及产品结构年内其主导地位不会改变(预测见表1)。调整的重要战略。2我国西 部煤炭的赋存情况[2]3.2西煤发电东送我国西部地区煤炭资源十分丰富，如地处晋.我们认为“西电”应包含水电和煤电两个方陕、蒙三省(区)交界处的准格尔煤田，探明储量面，最终将形成西南以水电为主，西北以煤电为主为256亿t,其中宜露天开采的储量约为66亿t。神的东送大格局。府东胜煤田，探明储量为354.22亿t。准格尔煤田水电作为一种清洁无污染的再生能源应该得到含煤地层属华北碳系，煤质为中灰、低硫、特低磷发展，西部特别是西南水电资源丰富，还有黄河上的长焰煤，神府东胜煤田系中生代鄂尔多斯大煤田游，有着发展水电的良好条件。但必须统筹规划，的一部分，属特低灰、特低硫.特低磷的长焰煤和因为对调节性能好的大型水电来说，建设期长，投不粘煤。而新疆就有上万亿吨优质煤等待开发。神资大，还涉及水电建设移民问题，不过由于目前电华煤田，煤质优良，但开采过程中混有不少顶底板力供需矛盾缓和，给水电留下发展空间。岩石及夹矸。该地区缺水，且其内水非常高，其煤西部地区电力结构不合理。-是电源结构过分质特点是易氧化、泥化、灰融点低。但是我国西部.依赖水电，现有水电调节性能较差，少有多年调节地区，也有不少高硫煤资源，其硫分在2% ~4%，电站，丰水期大量弃水调峰，枯水期缺乏发电量。个别矿甚至高达6%~7%，今后随着深部煤层的开西部地区装机容量中水电占45.6%，其中四川电发，煤炭硫分还有上升趋势。内蒙区海勃湾和乌达网达到60%，云南占65%，青海占82%，西藏占.矿务局煤炭硫分多在2%-4%，陕西铜川，韩城，80%。二是小火电机组较多。1998 年西部地区5蒲白等局硫分多在2% ~4%，山西轩岗、潞安、晋万kW及以下机组约占总装机数的72%，装机容域、汾西、阳泉、大同及东山等局矿硫分多为2%量占37.9%，高于全国平均水平(3]。~4%。山西省目前开采的占石碳纪太原组煤炭资源对东部地区未来电力需求的增量补充，因受环已临近枯竭，二叠纪开采的比例逐年增大。由于二境保护的制约，再进行大量的火电站建设是不允许叠纪煤炭的硫分、灰分均高于石碳纪，致使煤炭质的，为配合“西气东输”工程，可适当发展燃气电量总水平是逐年下降趋势。针对西部煤炭资源的特站用于调峰。根据西部煤炭资源的储量及其在我国点，充分利用好优质煤炭资源，同时对部分高硫煤能源中所占比重，山西、陕西、蒙西(简称“三进行深度脱硫降灰，是发展的必由之路。西")，及新疆和贵州的煤资源丰高甚至成了地区经3西煤发电东送济的支柱，应由原来单纯输煤转为输煤输电并举，3.1 西部能源的发展方向是“西电东送”直至东部火电厂服役期满退出后，在西部大力发展从我国能源布局看，东部的能源资源将会日趋坑口电站,完全实现西煤发电东送。枯竭，西部地区的能源资源不但储量丰富而且种类西电东送要求有一个强大的互联电网。根据电多样，所以，对今后西部能源开发来说，不仅应采力部门的规划,到2015年左右,我国电网从地理上将用多种形式开发利用，而且大家还形成这样的共.基本形成北、中、南三个跨区互联,以取得巨大的送电识:“西电东送"。-方面，对西部人稀地广之域，效益和联网效益。西电东送只有达到规模经济,水火住户零散，建电网不合算，不可能因个别用户而将调节互补,才能使西部的资源优势转为经济优势。电网延伸上百公里，但却有比较丰富的风能和太阳3.3 西煤发电东送的效益能资源，西藏还有丰富的地热资源，象内蒙古、新“三西”是我国的主要能源基地，煤炭储量十分疆、青藏高原等,这些地方可适当发展洁净的风电丰富，以往单纯输煤，但由于运输能力不足，煤炭和太阳能综合利用，以解决分散住户的用电问题。外运受到制约，如果西煤发电东送，不仅可以缓解另一方面，西南水电资源充足，西北化石能源储量铁路运输紧张的状况，产生巨大的经济效益，而且很大，尤其是煤炭资源非常丰富。这些能源资源不具有但土的开培地川小西阳城电厂至江苏淮阴.仅能满足本地区的需要，而且还有大量的高余能中国煤化工设1840km, 静态投资源，为“西电东送”提供了可能。将西部富余能源MHCNMHG再进行投资。若以国送到经济发达的东部地区,符合我国的能源发展战标京九铁路估算，每公里投资1千万元，1840km 应略，西部也能借助能源资源的开发加强与东部的交投资184亿元，而煤炭运输的费用需另计算。中国西部煤炭能潭的优化利用3从1989年到1999年，蒙西累计送京津唐的电特点的高效于法选煤技术，如空气重介质流化床选量达390亿kwh。最大输电负荷达到93.8万kw，煤理论及方法， 已十分迫切。最大年送电量67亿kwh.近两年山西送电京津唐的在空气重介质流化床干法选煤研究方面，俄罗负荷达到150万kw左右，年送电量100亿kw时。斯、美国、加拿大、日本等都在作研究，但都没有山西王曲电厂送电山东正在进行前期工作，最近榆.实现工业化。中国矿业大学自1984年开展该项研次发电东送上海的可行性方案也通过专家论证。究，先后经历模型试验，中试，工业性试验，实现.由于煤炭是- -种低品位能源，其利用效率目前了50-6mm 粗粒煤分选的工业化，处理能力为还很低，而且又比较脏，在开采、加工、运输、转50t/h，目前处于国际领先水平。该技术是化学工换和利用过程中对生态环境造成了很大的危害，严程与矿物加工工程交叉学科领域，还需强化基础及重制约了我国社会和经济的可持续发展。因此，煤应用基础研究，为适应大规模生产的需要，提高效炭作为我国的主要能源，不管作为燃料或原料，其率，降低成本，有待开发大型空气重介质流化床干高效低污染利用已成为必须解决的环境问题。对煤法选煤系统及设备。炭污染来说，发电有利于集中治理。4.2 煤粉电厂燃前深度脱硫降灰4西部煤炭能源的洁净利用美国供应发电厂的煤炭灰分为8%以下，而我要实现西煤发电东送，煤炭燃前的分选净化十国电厂平均用煤灰分28%左右，而且硫含量严重分关键，煤炭经过分选，可除去大部分灰分，得到超标，优质动力煤的灰分也高达15%，造成燃烧低灰高热值煤粉。低灰高热值煤粉具有高效低污染效率低和污染严重。如采用先进的选煤方法将煤炭的燃烧特性，具体表现为(4:减少燃料消耗、降低在燃前净化，即将灰分降至8%以下，硫分降至烟气中的飞灰浓度，提高锅炉运行的经济和安全0.5%以下，则燃煤的污染将达到国家环保要求。性、减少SO2排放量、减少有毒痕量元素的排放、从理论上讲，煤磨得越细，矿物质解离越充减少燃煤粉磨电耗。针对西部地区水资源+分短缺分，也就越容易实现深度脱硫降灰。事实上在煤粉这一情况，宜采用高效干法选煤技术对煤炭洁净。电厂锅炉喷吹用煤都要磨细到小于200目占70% .4.1空气重介 质流化床干法选煤技术以上，这就为实现煤粉电厂燃前深度脱硫降灰提供煤炭作为我国主要能源在今后相当长时期内不了非常有利的条件。但是，若采用湿法分选进行脱会有大的改变，而我国的煤炭入选比例只有25%，硫降灰， 则需要将精煤进行脱水和干燥，还需要庞动力煤仅为11%，在我国的煤炭消费结构中，动.大的煤泥水处理系统，其投资和运行费用非常高;力煤占80%以上，这就造成十分严重的燃煤引起而若采用微粉煤干法深度脱硫降灰技术，有机的结的环境污染(如烟尘，二氧化硫和酸雨)。据统计,合煤粉电厂制粉系统进行燃前深度脱硫降灰，则可1997年全国SO2排放量约为2346万t,烟尘排放省略脱水、干燥和庞大的煤泥水处理系统，投资和量为1873万t,酸雨影响面积占国土30%，这其运行费用非常低，其优点是非常明显的。摩擦电选中燃煤造成的SO2和烟尘排放量分别占90%和技术就是适合于微粉煤干法深度脱硫降灰的非常有80%，因此必须大力发展洁净煤技术，保护环境,前途的技术，分选时利用气流输送微粉煤，经过摩综合利用煤炭资源，作为洁净煤技术源头的燃前洁擦器时，煤中有机质和无机质与摩擦器碰撞摩擦分净选煤技术则应优先发展。据统计，每人选1别带上正、负电荷,荷电颗粒群被气流送人高压静亿t原煤，就可脱除绝大部分黄铁矿硫，减少SO2电场，正、负荷电粒子分别向相反方向运动，从而的排放量100~150万t,而且可减少无效铁路运实现有机质与无机质(特别是黄铁矿硫)的深度分.输。离。美国试验研究表明，电压为25000V的静电分在选煤领域，国内外普遍采用湿法分选方法,选机分选<37pm的粉煤，人料灰分为24.5%，磁而我国的煤炭资源有2/3以上分布在西部等缺水地铁矿含量为1.69%时，可取得灰分为1.7%，磁铁区，随着国家西部大开发的实施，煤炭资源的分选矿含量为0.08%，产率为40.8%的超低灰、低硫加工也迎来了新的机遇和挑战，在当今注重环境保桂性网矿业十些的过验研究取得了良好的效护，洁净利用能源的时代，西部地区煤炭洁净利用中国煤化工可得到灰分<2%的精就显得尤为突出，因此煤炭的高效脱硫降灰就十分YHCNMHG必要。传统的选煤理论及方法已无法满足煤炭分选应用摩擦电选技术紧密结合电厂供煤系统的特的洁净，研究适合我国国情，特别是西部地区煤炭点进行燃前深度脱硫降灰，以减少燃煤的大气排放38中国矿业2001年第10卷第1期.污染具有明显优势。目前,煤粉电厂的供粉工艺流程金、省重点等项目的研究，并建立了中试系统，通是:原煤→千燥-→粉磨-→输送+燃烧。而采用适应于过了省级技术鉴定，目前正在进行放大试验研究。微粉煤脱硫降灰的干法摩擦电选技术,进行燃前脱硫随着国家对煤烟型污染的严格控制,研究开发拥降灰,新的供粉工艺流程将为:原煤-→干燥→粉磨→有自主知识产权的摩擦电选技术是十分重要的。特摩擦电选-→输送→燃烧,其根本意义在于摩擦电选技别是将微粉煤干法深度脱硫降灰、最终发电输送相结术不同于常规分选技术,采用气流输送,可干法分选合这种新工艺、新技术新模式,对于实现动力煤优质微粉煤,而在微粉煤级别中大部分矿物质已得到解化工程,提高燃煤效率,实现煤炭洁净燃烧,减少环境离,因此,从理论上讲更容易实现深度脱硫降灰,实际污染,具有重大意义，国内国际迫切需要这些技术,尤试验也已证明这一-点,与常规选煤相比,省略了产品其是适应西部大开发的需要,市场前景很好。脱水、干燥和煤泥水处理系统。而摩擦电选技术所需5结论将原煤干燥、粉磨和气力输送等环节,在电厂原制粉(1) 西部能源开发，应将煤炭转化为电能再输系统中正好已有与此相应环节,这样增加摩擦电选系出，变资源优势为经济优势。统,所需投资及运行费用非常低。(2)西部煤炭资源必须走洁净利用的途径，煤工业发达国家如美国、澳大利亚、加拿大等国炭燃前的高效干法分选既经济又合理。都在进行摩擦电选技术的研究，特别是进行提高处(3)空气重介质流化床干法选煤技术及摩擦电理能力的研究，但将该项技术直接用于电厂燃前脱选技术骨性“者儿特点，为西部煤中国煤化工硫降灰的试验尚未见报道。国内只有中国矿业大学炭资源从事摩擦电选技术研究，在该项技术的近10年研YHCNMHG究过程中，已完成国家自然科学基金、煤炭科学基(收稿日期: 2000年10月23日)矿业可持续发展初探39