潞安矿区洁净煤技术发展现状及前景

潞安矿区洁净煤技术发展现状及前景洁净煤技术是80年代初期美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·刘易斯(DrewLewis，美国)和威廉姆·戴维斯(WilliamDavis，加拿大)提出的。洁净煤技术的含义是：旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。由于中国煤炭开采和利用的特点，中国洁净煤技术涵盖了从煤炭开采到利用全过程，中国洁净煤技术的主要内容：（1）煤炭加工：洗选、型煤、水煤浆，（2）煤炭高效洁净燃烧：流化床燃烧技术、高效低污染的粉煤燃烧、燃煤联合循环发电，（3）煤炭转化：煤炭气化、煤炭液化、燃料电池，（4）污染控制与废弃物治理：烟气净化、煤层气开发利用、煤矸石和粉煤灰综合利用。洁净煤技术是使煤作为一种能源应达到最大限度潜能的利用，而释放的污染控制在最低水平，达到煤的高效、洁净利用的技术，其涉及面广泛，它贯穿于整个煤炭生产、加工、利用全过程，已成为世界各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。发展洁净煤技术已经成为我国的一项基本国策。山西是全国第一产煤大省，产量占全国的1／4以上，其中60％外运，40％省内消耗。最高年产总量3.5亿t。山西又是燃煤大省，每年排放烟尘145万t、SO2150万t，大气烟尘严重超标。山西煤矸石总计存放9亿t，电厂粉煤灰1亿t，占地13350km2，煤排石加上电厂粉煤灰的排放速度分别以3000万t/a和450万t/a递增。山西每年排出矿井废水约4亿m3，废水不经处理排放，污染了地表水，使省内具有饮水功能的河流不足15％。因此，研究开发和推广应有洁净煤技术，对提高煤炭热能利用率、减少废气及粉尘和飘尘的排放，改善人民的健康水平具有十分重要的现实意义．1、潞安矿区煤炭资源概况潞安矿区位于沁水煤田东部边缘中段，总面积1171平方公里，地质储量120.8亿吨；煤炭储量丰富、品质优良。现有矿井及在建矿井共占有煤田面积405.67平方千米，拥有地质储量20.9亿吨，可采储量15.5亿吨；规划开发矿井占有煤田面积536.3平方千米，地质储量43.3亿吨，可采储量30亿吨。煤炭种类主要有瘦煤、贫瘦煤、贫煤、焦煤和无烟煤。主要商品煤品种有洗精煤、混煤、洗混煤、混块、洗混块和喷粉煤，具有低灰、特低硫、低磷、高发热量、可磨性好和热稳定性好等特点，广泛适用于动力、冶金、化工、水泥、陶瓷、玻璃等生产。2、洁净煤技术发展现状潞安矿业集团公司是开发潞安矿区的主体，是一个以煤为主，煤-电-路-港-化-建综合经营、多业发展的大企业，潞安以发展洁净煤、提高煤炭清洁利用水平为已任，大力发展和开发应用煤炭洗选、煤炭气化、煤炭液化、煤基合成油、煤炭清洁发电等技术，努力建设竞争力强大的“中国潞安”能化大集团。2．1煤炭洗选加工潞安原五对生产矿井都有洗煤厂，入洗能力1090万吨，见表1表1选煤厂洗选表接替矿井有五座，分别为屯留煤矿、司马煤矿、高河煤矿、李村煤矿、古城煤矿，其中屯留煤矿洗煤厂建设规模600万吨/年，采用块煤动筛排矸，末煤重介旋流分选、粗煤泥螺旋分选，煤泥快干压滤工艺，于2010年5月12日正式投产。司马煤矿选煤厂建设规模150万吨/年，高河煤矿选煤厂建设规模600万吨/年。控股矿井：郭庄煤业公司选煤厂建设规模60万吨/年，2003年竣工投产。选煤厂技改：2007年，五阳煤矿模块型选煤厂投产，建设规模240万吨/年，采用重介-浮选模块工艺。2009年，王庄矿选煤厂进行技术改造，建成600万吨/年模块化选煤厂，采用块煤浅槽+末煤两产品重介旋流器主再选+粗煤泥TSS分选+细煤泥分选浮选工艺，即可洗化工用煤，又可洗高炉喷吹煤，还可生产优质动力煤，是集团公司块煤、混煤和喷吹煤生产的战略制高点。到“十一五”潞安集团的洗选煤能力将达到3000万吨。选煤厂入洗能力技术投产日期主要产品05年入洗五阳煤矿120跳汰-浮选工艺1986、12九级冶炼精煤170漳村煤矿120跳汰-浮选工艺1996、11喷吹煤和动力煤162王庄煤矿360重介-浮选工艺1996．09混煤和喷次煤92常村煤矿400跳汰-筛选工艺1995．09混煤和喷次煤176石圪节煤矿90跳汰-浮选工艺1985．12九级冶炼精煤1052.2煤炭的高效洁净燃烧潞安建设了余吾电厂和容海电厂，积极采用IGCC发电技术。（1）潞安余吾电厂设计为装机2×135MW的煤矸石发电机组，配2×480t/h超高压、一次中间再热、循环流化床锅炉。2005年3月20日开工建设，2006年10月投产第一台机组，12月投产第二台机组。电厂采用循环流化床锅炉，充分利用煤矸石和劣质煤发电，加入石灰石脱硫，使烟气达标排放。设置全厂废水处理站，废水处理后回用，正常运行无废水排放。（2）潞安容海电厂是燃烧中煤和煤矸石的空冷发电厂，装机容量2×135MW，锅炉采用循环流化床锅炉。采用汽轮机抽汽方式集中供暖。电厂所用补充水全部来自当地后湾水库。2005年底完成了桩基试验，2007年12月完工。综合利用煤矸石、中煤及劣质煤约120万t/a，节约煤炭资源，使周边地区生产的大量煤矸石得到利用，防止煤矸石自燃和占用土地。（3）IGCC联合循环发电是国内外公认的先进煤炭发电和综合利用应用技术，以煤气化为基础的IGCC发电和多联产，可以实现化学能和物理能的综合梯级利用和资源的优化生产，并可减少大气污染和温室气体排放。根据公司的发展战略，煤基合成油项目总体规模将达到520万t/a当量油，前期建设16万/a示范厂，采用鲁奇气化技术，利用煤基合成油驰放气和纯度达到95%以上的煤层气进行IGCC发电，前期发电装机容量为60MW。2．3煤炭转化潞安煤基合成油示范项目是国家“863”计划项目和中科院知识创新工程的重大项目。它是利用中科院山西煤化所研究开发的以“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术”为核心技术，拥有完全自主知识产权，生产高纯度柴油、石脑油和LPG及少量混合醇燃料的高新技术项目。是山西省调整经济结构，由煤炭大省向煤化工大省转变，加快建设新型能源和工业基地的标志性工程。2006年2月22日奠基，2008年12月，潞安煤基合成油示范项目钴基固定床合成装置产出全国第一桶煤基合成油。二期工程完工后，最终达到520万吨油当量规模。煤基合成油工艺由合成气制取、合成气净化、油品合成、油品分馏及配套“三废”处理装置构成，废气、废水、废渣都可以有效处理利用，煤中含有的硫也要采用山西天脊煤化工集团新近开发的超重力PDS法回收硫磺。气头使用山西天脊煤化工集团成熟的“鲁奇”技术，气量在满足煤基合成油示范厂需要的同时，搞煤基合成油多联产，开发MTG（甲醇制汽油）、MTO（甲醇制乙烯、丙烯）、MTP（甲醇制聚丙烯）、MTA（甲醇制芳烃）。潞安煤基合成油示范厂生产的油品是世界上最洁净的液体燃料之一，不经任何加工处理，便可直接加入到现有的汽车中，百公里油耗仅为5升左右，比一般汽车用油节省30%左右，尾气排放超过欧Ⅳ标准。2．4污染物排放和废弃物处理（1）建设煤矸石电厂：利用煤矸石发电，已有两座煤矸石电厂，两座2×135MW的电厂正在兴建，总装机容量620MW。（2）发展新型墙体材料：由潞安矿业集团投资6500万元，2001年７月兴建，2003年8月投产的国内目前规模最大、自动化程度最高的制砖生产线，也是当今世界上较大规模的煤矸石生产线。采用意大利柏岱斯蒂和老斯麦珂公司的成套设备，如高速细碎对辊机，双级真空挤砖机，全自动切、码、运输系统等。整个生产过程全部自动化控制，完全替代了传统制砖业低效率的手工劳作，达到了用人少、工效高的效果，真正实现了制砖不用土、烧砖不耗煤。年产煤矸石砖1.3亿标块，每年消耗煤矸石约30万t，从资源角度看，每年节约煤炭３．５万吨，可减少煤矸石堆场占地37.5亩。（3）利用煤矸石修筑公路、充填塌陷地，实施矸石山造景工程：积极探索矸石山表面复土种植技术，矸石山复垦，引水上山，既解决了矸石自燃问题，又避免了环境污染。（4）利用煤矸石生产生物菌肥：与北京林业大学合作研究利用煤矸石生产微生物菌剂和生物有机肥的项目已进入中试阶段。（5）利用煤矸石制取絮凝剂：与山西大学合作研究，现进行实验室试验研究，已取得阶段性成果。（6）利用粉煤灰生产烧结陶粒、水泥：正在与美国美泰科公司合作进行粉煤灰生产烧结陶粒项目研究。（7）瓦斯发电：与德国鲁尔集团签约，共同开发利用埋藏在潞安矿区300m以下的煤层气，用于发电和煤制油等。五阳矿将建成4×500KW瓦斯发电站，高河、李村、古城矿建成装机容量为20MW的瓦斯发电站，常村、屯留矿建成40MW的瓦斯发电站。（8）废水综合治理：实施矿井水处理工程、中水复用工程、附属医院废水处理工程。2005年各矿矿井水涌出量880.87万吨，利用量达到811.11万吨/年，矿井水利用率达到92%以上；矿井水外排69.76万吨，矿井水外排达标率100%；选煤厂洗水实现一级闭路循环。（9）大气污染综合治理：对所有大气污染源采取了安装除尘器等治理措施，通过提高污染物的去除效率、推广集中供热和燃用清洁能源来减少大气污染物的排放。3．洁净煤技术的发展前景发展经济和保护环境是当今世界普遍关注的重大问题，中国在致力发展经济的同时十分重视环境保护。保护环境有利于民族复兴和为子孙后代留下良好的生存发展空间，有利于保障人民群众的身体健康，它是提升企业的竞争力、知名度、可持续发展能力的主要途径；是全面建设小康社会的内在要求；是构建和谐社会的重要内容；是建设环境友好社会的有力保障；是创建环境友好型企业的最主要措施。保护环境就是保护生产力，改善环境就是发展生产力，优良环境正是企业新的竞争优势。潞安矿业集团在“十一五”期间，充分利用矿区环境容量、资源禀赋、生态状况、自然和环境承载能力，实现经济、社会、环保协调发展，达到环保与经济增长并重、同步发展。（1）坚持绿色开采，提高资源利用率潞安集团积极与中国矿业大学合作进行“潞安矿区绿色开采技术”课题研究，包括“矿区水资源保护与利用”、“矿区煤矸石处理与利用”和“矿区塌陷治理模式与技术”等子课题，形成了一套具有潞安特色的资源与环境协调开采模式。①煤炭开采设计贯彻绿色理念，推行绿色开采新矿井开拓设计时，根据开采地质条件，选用先进的支护技术和回采工艺。水平大巷尽可能沿煤层布置，从源头上减少矸石排放；加大采区尺寸，减少储量损失；采区设计前进行采区范围内的三维地震勘探，摸清地质情况，杜绝因产生废巷而浪费资源；工作面设计时推广应用小煤柱护巷技术或沿空留巷技术，以提高矿井资源回收率。②主导采煤方法采用绿色回采工艺上世纪九十年代初，集团公司成功开发了具有绿色内涵的综采放顶煤回采工艺技术，使采区回收率稳定在83%以上。③巷道支护采用绿色支护技术“十五”期间，集团公司进行支护技术革命，全部推广应用煤巷全锚支护技术，大大改善了巷道支护效果。目前正在研发沿空留巷等无煤柱开采支护技术，该技术研发成功可提高采区回收率3%以上。④复杂地质条件下的综采放顶煤开采综采放顶煤技术的适用范围在潞安矿区被放大。在五阳矿五一采区成功地进行大坡度综采放顶煤开采技术攻关，形成了一套大坡度开采技术体系，工作面坡度最大可达32度，工作面推进方向最大可达28度。⑤煤水共采潞安矿区的石碳-二叠煤系地层中的含水介质为弱的裂隙含水系统，其中的地下水不具备地面成井供水的能力，在煤矿开采过程中，利用井下采掘系统，将分散的水集中起来，井上下结合净化复用技术，增加了矿区供水水源。⑥煤与瓦斯共采开发低透气、强吸附难抽采煤层瓦斯高效抽采技术，建立上下结合、动静配合的立体抽采体系，进行采前预抽、边采边抽、采空区抽采、裂隙带抽采等综合抽采技术。从瓦斯抽采保证安全生产，再把瓦斯作为一种资源进行综合利用。五阳煤矿成功地进行了低浓度瓦斯发电技术的开发与应用。（2）采用洁净煤技术，发展煤炭洗选加工潞安集团十分注重技术进步和科技创新，并在煤炭的洗选加工、洁净煤技术发展上狠下功夫，取得了很大成效。潞安首创开发了贫煤作高炉喷吹煤的新产品，还开发出优质洁净动力煤新产品，增加了煤炭洗选品种，实现了产品结构的优化和经济效益的大幅升级，并开创了潞安“中国