干法選煤之父：煤炭清潔利用亟需重視源頭凈化

陳清如簡(jiǎn)介：中國(guó)礦物加工工程學(xué)科領(lǐng)域的奠基者和開拓者之一，“干法選煤之父”。1995年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。2010年被授予第16屆國(guó)際選煤大會(huì)國(guó)際組委會(huì)首次設(shè)立的“終身成就獎(jiǎng)”。陳清如先后主持完成了縱向、橫向科研項(xiàng)目50多項(xiàng)，指導(dǎo)研究設(shè)計(jì)了我國(guó)第一臺(tái)篩下空氣室跳汰機(jī)，在國(guó)際上首次將近似篩分理論成功地用于解決潮濕細(xì)粒煤的干法篩分問題，創(chuàng)立“空氣重介穩(wěn)態(tài)流化”的選礦理論，并主導(dǎo)建設(shè)了世界上第一座高效空氣重介質(zhì)流化床干法選煤示范廠。

選煤不僅僅關(guān)乎煤炭的清潔高效利用，也關(guān)乎節(jié)能減排、環(huán)境治理，與我們每個(gè)人息息相關(guān)。近期，國(guó)務(wù)院在《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中，要求到2017年我國(guó)原煤入選率達(dá)到70%以上。

那么，選煤到底能起到哪些作用？我國(guó)原煤分選現(xiàn)狀如何？什么樣的選煤技術(shù)才更為適合我國(guó)缺水的客觀現(xiàn)實(shí)？選煤工藝及設(shè)備還需要哪些方面的創(chuàng)新？《中國(guó)電力報(bào)》記者10月11日就此專訪了被譽(yù)為“干法選煤之父”的中國(guó)工程院院士陳清如。

必須加大低質(zhì)煤的控制力度

記者：原煤洗選對(duì)于我國(guó)減少煤炭污染具有哪些積極作用？

陳清如：首先，我要更正一個(gè)專業(yè)詞匯“原煤洗選”，這個(gè)詞源出于英文RawCoalWashing。后來選煤設(shè)備和工藝改進(jìn)了，歐美都改稱為CoalPreparation，所以當(dāng)前更準(zhǔn)確的表述應(yīng)該是“選煤”。

煤炭由于成煤植物本身含有一定的礦物質(zhì)，成煤過程中又有很多礦物質(zhì)由于地質(zhì)作用從外界進(jìn)入成煤沼澤，進(jìn)而混入煤層中，此外在采煤過程中還會(huì)混入的頂、底板及夾矸層的矸石。這就造成原煤中含有多種雜質(zhì)，如灰分、硫分、水分、磷分等。煤中的這些雜質(zhì)對(duì)煤炭利用都是非常不利的。

低質(zhì)煤用于鍋爐燃燒，不僅經(jīng)濟(jì)性差，而且造成燃燒輔助系統(tǒng)和對(duì)流受熱面的嚴(yán)重磨損以及維修費(fèi)用的增加，所以要把煤中雜質(zhì)去除。因此，在采煤機(jī)械化程度越來越高的條件下，原煤質(zhì)量越來越差，必須經(jīng)過分選加工，才能滿足不同行業(yè)的需求，獲得更好的工藝指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染。

我國(guó)是世界最大的煤炭開采國(guó)和消費(fèi)國(guó)，提高原煤入選率，可以充分發(fā)揮煤炭分選的源頭凈化作用，減少煤炭利用造成的環(huán)境污染，提高煤炭綜合利用價(jià)值。

記者：就動(dòng)力煤而言，目前發(fā)電廠在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)有一定的冗余度，而且可以采用摻配混燒的方式以節(jié)約成本，發(fā)電廠也利用先進(jìn)的脫硫脫硝等技術(shù)以達(dá)到環(huán)保要求。就此而言，是否意味著不是所有的動(dòng)力煤都需要分選？

陳清如：目前發(fā)電廠在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)根據(jù)煤種、灰分、灰融點(diǎn)等參數(shù)，有一定的冗余度，一般是以中煤燃燒，灰分20%左右。低灰分的可采原煤（Aad約15%）可以不分選，像神木煤田、新疆準(zhǔn)東煤田開采初期就是這種情況。

綜合考慮煤炭運(yùn)輸、磨煤、脫硫、除灰以及鍋爐維護(hù)等成本，使用優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于目前發(fā)展的大型超臨界、超超臨界機(jī)組。用戶燃用低質(zhì)煤是因?yàn)閮r(jià)格低，但造成其他方面的成本增加，特別是脫硫等環(huán)境方面的成本。當(dāng)然這和國(guó)家政策導(dǎo)向和對(duì)低質(zhì)煤燃燒的控制力度有關(guān)。因此，國(guó)家政策導(dǎo)向很重要，必須加大低質(zhì)煤的控制力度。

煤炭分選可部分緩解運(yùn)力

記者：原煤分選的必要性在多大程度上與鐵路運(yùn)力相關(guān)？與目前相比，入選率達(dá)到70%以上的話，可以節(jié)約多少運(yùn)力成本？

陳清如：原煤分選對(duì)鐵路運(yùn)力是有很大影響的。鐵路煤炭運(yùn)量占全國(guó)煤炭運(yùn)輸量的70%以上，煤炭運(yùn)輸量占鐵路貨運(yùn)總量的40%左右。目前我國(guó)的商品動(dòng)力煤平均灰分約22%，單就電煤而言可能還要高。如果電煤灰分降低10%，也就是我們可以節(jié)約10%的鐵路運(yùn)力，或者說節(jié)約10%的運(yùn)輸成本。以2012年為例，當(dāng)年全國(guó)煤炭鐵路運(yùn)輸量約22億噸，也就相當(dāng)于至少節(jié)約2.2億噸運(yùn)力。

所以，煤炭分選能在一定程度上可緩解鐵路運(yùn)力問題。雖然煤質(zhì)提高之后價(jià)格升高，但更適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸，符合我國(guó)西煤東運(yùn)、北煤南運(yùn)的格局。同時(shí)，高灰分的矸石被運(yùn)輸?shù)接脩艉?，不僅在燃燒過程中降低燃燒效率，還要進(jìn)行煙氣、灰渣等污染的后繼處理。

另外，鐵路運(yùn)輸是一個(gè)方面，也可以考慮輸電，一般輸電比輸煤成本上省、無環(huán)境污染。中國(guó)工程院的研究建議輸煤輸電并舉，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，1800千米以內(nèi)鐵路輸煤好，1800千米以上輸電好。

應(yīng)大力發(fā)展干法分選技術(shù)

記者：目前我國(guó)在選煤方面主要采取哪些辦法？

陳清如：我國(guó)選塊煤一般是用跳汰分選、重介質(zhì)分選；選煤粉一般是用浮游分選。

選煤可以脫除原煤中的大部分灰分、黃鐵礦硫分和水分等有害雜質(zhì)。黃鐵礦是密度比較大的物質(zhì)，容易被濕法跳汰和重介質(zhì)分選，含黃鐵礦的煤泥也是較凈煤潤(rùn)濕性差異比較大的物質(zhì)，可以用浮游選煤去除。 我過去從事濕法選煤的研究——跳汰水流運(yùn)動(dòng)，在我國(guó)研制出篩下空氣室跳汰機(jī)和三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器設(shè)備和系統(tǒng)。

我國(guó)是缺水國(guó)家，西北部和中部等產(chǎn)煤區(qū)更是缺水干旱，所以自上世紀(jì)八十年代初我開始進(jìn)行空氣重介質(zhì)流化床干法選煤的研究，并主導(dǎo)建設(shè)了世界上第一座干法選煤工業(yè)示范廠，實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，得到了加、美、俄、澳、德、日等國(guó)同行專家的高度評(píng)價(jià)，該項(xiàng)技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。此外，還有干法煤粉摩擦靜電分選技術(shù)，該技術(shù)可以與煤粉爐的制粉系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)微粉煤燃前在線深度脫硫降灰，是有效緩解我國(guó)煤煙型大氣污染的理想途徑。

記者：褐煤的煤化程度最低，其分選有何特點(diǎn)？

陳清如：根據(jù)國(guó)際地質(zhì)學(xué)家預(yù)測(cè)，褐煤占全球煤炭總儲(chǔ)量的40%左右，是世界上重要的化石能源之一。我國(guó)已探明的褐煤儲(chǔ)量約1300億噸，占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的13%左右。

褐煤具有高水分、高灰分、低熱值和易泥化等特性，導(dǎo)致其分選加工困難。采用傳統(tǒng)濕法選煤技術(shù)難以進(jìn)行分選，造成煤泥水系統(tǒng)難以運(yùn)轉(zhuǎn)，煤泥量大，脫水困難。目前褐煤利用主要采用干燥脫水技術(shù)，通過干燥脫去部分水分，提高發(fā)熱量。應(yīng)該結(jié)合我國(guó)褐煤實(shí)際情況，加強(qiáng)創(chuàng)新。褐煤含灰分高，內(nèi)水高。將外水去掉，技術(shù)上是容易做到的，干法分選是最主要技術(shù)。對(duì)發(fā)熱量講，減少煤炭1%的灰分，相當(dāng)于減少1%的水分。目前世界各國(guó)褐煤提質(zhì)就是干燥，這個(gè)方法我認(rèn)為不妥，這是以能源換能源。

2017年可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)

記者：對(duì)比近幾年的情況來看，我國(guó)原煤入選率是否有較大幅度的提高？與世界上其他國(guó)家相比情況如何？

陳清如：我國(guó)目前的原煤入選率達(dá)到了56%。2010年我國(guó)原煤入選率為50.9%，2011年為53%，應(yīng)該說這幾年在穩(wěn)步提高。目前，我國(guó)煉焦煤已經(jīng)全部入選，但是動(dòng)力煤入選比例還很低，不到40%，因?yàn)閯?dòng)力煤入選后銷售價(jià)格高。國(guó)外煤炭入選率為60～100%，美國(guó)煤田大多數(shù)的原煤灰分低，約10%，可選性為易選，入選率約60%。

記者：從我國(guó)原煤入選現(xiàn)狀來看，原煤入選率要實(shí)現(xiàn)從《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》到《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出的目標(biāo)的跨越，意味著我國(guó)原煤入選率要大幅提高。你認(rèn)為可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)嗎？哪些方面會(huì)有難度？

陳清如：我國(guó)能源形勢(shì)決定的煤炭主體結(jié)構(gòu)很難出現(xiàn)大的改變，那么我們工作的重點(diǎn)也就是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用。當(dāng)然這樣就意味著我國(guó)原煤入選率方面要大幅提高，我認(rèn)為可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，當(dāng)然實(shí)行起來會(huì)有一定難度。

2012年，全國(guó)選煤入選能力21.5億噸，入選量20.5億噸，入選率56%。據(jù)預(yù)測(cè)到2017年我國(guó)煤炭消費(fèi)量在43億噸左右，按照最低標(biāo)準(zhǔn)值70%計(jì)算，入選的煤炭總量為30.1億噸。這也就意味著2017年煤炭入選能力要比去年增加近10億噸。當(dāng)然也就意味著要擴(kuò)大選煤廠的建設(shè)力度。

從選煤工藝技術(shù)裝備上來講并不存在多大的難度，當(dāng)然還需要繼續(xù)加強(qiáng)干法或節(jié)水型選煤設(shè)備的研發(fā)力度以適應(yīng)我國(guó)西北部和中部煤炭資源的開發(fā)，對(duì)大型動(dòng)力煤干法分選設(shè)備和模塊化工藝加強(qiáng)研究與開發(fā)。從增加入選能力來講有一定難度，擴(kuò)大選煤廠建設(shè)，這就需要投資和政策支持。

選煤工藝及設(shè)備還需要?jiǎng)?chuàng)新

記者：選煤之后的矸石等廢棄物及廢水如何處理？如何防止二次污染？

陳清如：我國(guó)煤炭行業(yè)對(duì)煤炭分選后的矸石等廢棄物及廢水有多種處理辦法，如制造建筑材料（矸石磚等）、鋪路、井下充填，對(duì)于發(fā)熱量較高的矸石可以建設(shè)矸石電廠就地發(fā)電，廢棄物就地處理。

目前選煤廠在工藝技術(shù)上可以做到煤泥水閉路循環(huán)，也就是循環(huán)利用，不向外排放。廢水處理工藝技術(shù)也比較成熟。當(dāng)然對(duì)于污染排放國(guó)家必須加強(qiáng)監(jiān)管。

記者：國(guó)家加大原煤入選率的比例，對(duì)煤炭分選設(shè)備行業(yè)將產(chǎn)生哪些有利的影響？分選設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模是否將迅速擴(kuò)大？

陳清如：當(dāng)然，這是毫無疑問的，但更值得注意的是對(duì)選煤工藝和設(shè)備提出了創(chuàng)新的要求。比如，如何創(chuàng)建高效的干法選煤技術(shù)，這對(duì)我國(guó)西北部和中部煤炭資源開發(fā)是非常重要的。同時(shí)，如何對(duì)濕法選煤的煤泥水進(jìn)行更高效的、低成本的處理等問題也必須解決。

（陳清如院士的秘書王海鋒博士對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)）