碳中和愿景下潘三选煤厂的发展方向研究

周宏强，宗 召，毕传祥，刘黔川，杜颖峰

(淮南矿业集团潘三选煤厂，安徽 淮南 232096)

1 概 述

2015年达成的《巴黎协定》设定了到21世纪末将全球平均气温相比前工业化时期升幅控制在2 ℃以内，并力争控制在1.5 ℃以下的全球目标。2020年，习近平总书记在第75届联合国大会上宣布，中国将增加自主减排贡献，努力争取CO2排放量于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和[1]。中国作为世界上最大的发展中国家，同样也是世界最大的碳排放国，占世界能源碳排放总量比重的28.8%，“双碳目标”的提出对全球1.5 ℃温升的实现起着至关重要的作用。

国际能源署(IEA)统计的我国2006—2019年分能源品种的CO2排放情况如图1所示，可以看出，2019年由化石能源消费产生的碳排放总量为100亿t左右。其中，由煤炭消费产生的CO2排放量约为75%，其次为石油和天然气，分别占比14%和7%。由此可见，为实现“30·60”目标，煤炭作为高碳能源其消费比例势必会不断下降，但受我国“富煤、贫油、少气”资源禀赋的制约，短期内被完全取代也不现实。据国家统计局数据显示，2019年我国煤炭消费量占能源消费总量的57.7%，预计未来15～20 a内煤炭的产量不会大幅下降[2]，但将逐步步入高质量发展期，煤炭行业的竞争也会越来越激烈。

图1 中国2006—2019年分能源品种的CO2排放量

因此，未来矿企要转变传统煤炭产业粗放的发展形势，大力发展煤炭洗选加工，根据终端市场需求、煤矿资源条件和煤质特征等，开展定制化服务，向精细化方向发展；更新煤炭洗选工艺、技术与装备，提高煤炭产品质量和资源利用效率，向节能高效、绿色低碳方向发展。对于工艺技术落后、高能耗、高排放的企业，在未来的竞争中必定会被淘汰出局。

2 潘三选煤厂简介

潘三选煤厂(以下简称“潘三厂”)隶属于淮南矿业集团，是投产于20世纪90年代初的矿井型动力煤选煤厂，原设计能力3.0 Mt/a，工艺流程为：大于18 mm筛上采用重介质斜轮分选，末煤直接上仓销售，煤泥水浓缩后压滤回收[3]。后进行过一次高定位技改，新增块煤浅槽和末煤重介质旋流器系统，改造后洗选能力达到5.0 Mt/a。工艺流程为：毛煤经过一级筛分，大于80 mm块煤进入手选作业排矸，再经破碎掺入原煤；小于80 mm原煤进入13 mm弛张筛分级，80～13 mm进入重介浅槽分选，洗后精煤破碎至50 mm以下进入产品仓；小于13 mm筛下末煤进入末煤旋流器分选或直接进入产品仓；粗煤泥通过弧形筛+高频筛回收后掺入产品，细煤泥通过浓缩机+压滤机回收，煤泥直接落地。

3 “双碳目标”导向下潘三厂的发展路径

3.1 煤泥综合利用

煤泥作为煤炭洗选加工的副产品，具有灰分高、水分大、热值低等特点，随着原煤入洗比例的提高，特别是末煤入洗量的加大，煤泥的产量也不断提高[4]。目前对该部分低质煤多采取落地销售的方式，这样一方面是产品价格低廉，在一定程度上造成资源浪费；另一方面会产生污水、煤尘等，污染了矿区及沿线生态环境，随着国家对环境环保的重视，企业环保压力也越来越大。在“30·60”目标导向下，煤泥的处理问题会变得更为困难，因此研究煤泥减量化、实现其综合利用是选煤厂今后发展的重点方向之一。

2020年上半年潘三厂进行了煤泥回掺混煤系统的生产性实践，该工艺现已在淮南矿业集团张北选煤厂成功应用，年处理煤泥20万t，创造直接经济效益上千万元。

3.1.1 可行性分析

根据潘三厂2020年选煤生产统计情况，全年煤泥量约为原煤的1.41%，煤泥量相对较小，水分约为23.9%，煤泥灰分约为53.60%。压滤煤泥入料小筛分试验数据见表1。

表1 潘三厂压滤煤泥入料小筛分试验数据

由表1可以看出，小于0.045 mm极细粒级煤泥含量较少，因此煤泥脱水相对容易[5]，滤饼水分小于24%，水分相对较低，具备掺入洗混煤的初步条件。

3.1.2 原压滤系统改造

在206块精煤带式输送机正上方，809煤泥转载刮板的箱体底部开一个1200mm×800mm的长方形孔洞，打穿楼板，并安装带割煤板的溜槽，将809刮板和206带式输送机链接，实现压滤煤泥向洗混煤的回掺。煤泥掺混设备流程如图2所示。

图2 煤泥掺混设备流程

3.1.3 工艺流程

原压滤车间805、806 2台HMZG370/1500-U型高效压滤机生产的煤泥滤饼经807、808煤泥收集刮板进入809煤泥转载刮板，809-1抽板打开，通过新安装的带割煤板的溜槽破碎后落入206块精煤带式输送机，由于煤泥卸饼的不连续性，在701上仓带式输送机上可以实现块精煤、末煤、煤泥的较均匀混掺，最终进入5号产品仓，作为洗混动力煤销售。

3.1.4 效益分析

2020年潘三厂全年入选原料煤330.94 万t，煤泥产量4.67 万t，产率1.41%，灰分53.60%，水分23.9%，发热量10.53 MJ/kg；洗混煤262.76 万t，产率79.40%，其中16.5%作为动力煤售卖，共计43.36万t，水分4.65%，灰分52.03%，发热量13.81 MJ/kg。

根据市场价格，煤泥发热量10.53 MJ/kg价格为180 元/t，单独销售煤泥时，全年煤泥销售额为：180元/t×4.67万t=840.6万元；洗混煤发热量13.81 MJ/kg价格为336.6元/t，动力煤全年销售额为：336.6元/t×43.36万t=14595.0万元。总销售额为15 435.6万元。

煤泥掺入洗混煤后，掺混煤发热量降低至13.49 MJ/kg，市场价格为328.85 元/t，掺混煤全年销售额为：328.85元/t×(43.36+4.67万t)=15794.67万元。全年可增加收益359.07 万元。

表2 潘三厂煤泥掺入洗混煤中的影响

煤泥回掺混煤工艺的应用，转变了以往的生产方式，使煤泥不再落地，给煤泥提质、为企业增效；解决了环保问题，实现了矿企的绿色生产，提高了市场竞争力。

3.2 发展智能干选技术

“十三五”期间，整个煤炭行业开始化解过剩产能、淘汰落后产能，截止2020年底，全国累计退出煤矿5 500处左右、退出落后煤炭产能10亿t/a以上，安置转岗职工100 万人左右[6]。有关行业预测，在“双碳目标”驱动下，到2050年，我国煤炭行业就业人数减至 92.9万人，比2015年减幅390.2万人。在此大环境下，潘三厂也不例外，截止2021年7月，累计退休、转岗55人，预计未来10 a人员还将减少1/3左右，面对人力资源短缺问题，潘三厂领导层研究决定淘汰现有落后生产工艺，发展行业前沿的智能干选技术。

3.2.1 100～25 mm智能干选可行性研究

(1)技术背景。基于射线分选的干选技术研究最早开始于20世纪60年代的英国，国内1988年开始研究用于煤炭分选的干选技术，2005年制造了采用γ射线识别的干选装置，并应用于工业现场；2011年开始，国外部分X射线干选机开始在煤炭行业应用，但分选精度较低，矸石带煤量在5%～10%之间；2016年6月，天津美腾公司的300～50 mm TDS干选机在晋煤集团赵庄煤业投入生产，矸石带煤率为0.85%，矸石排出率达98%，宣告首台高精度智能干选机成功实现工业应用[7]；2017年2月100～25 mm智能干选机在晋煤集团坪上煤业成功运行，矸石帯煤率在1%～3%，标志着智能干选机工业应用的分选下限降低至25 mm；目前国内多家选煤厂已成功应用干选技术代替人工选矸、动筛跳汰机、浅槽分选机等，矸中帯煤率控制在1%～3%，分选精度接近浅槽高于动筛、跳汰等设备，技术已相对成熟。

(2)潘三厂煤质资料分析。根据潘三厂2020年4月原煤筛分(表4)和浮沉试验资料(表5)，原煤灰分为59.14%，属于高灰分煤；各粒级灰分随粒度减小程下降趋势，说明矸石较硬而煤较脆[8]；1.5～1.8 kg/L密度级产率占本级的3.16，中间密度物含量低，该原煤易分选；100～25 mm粒级产率为22.23%，灰分77.36%，浮沉试验主导密度级为大于1.8 kg/L，占本级产率的85.43%，说明100～25 mm粒级原煤中矸石含量大且矸石较纯。综上，可以利用TDS“打煤”工艺有效排矸降低原煤灰分。

表3 TDS工业应用情况

表4 潘三厂原煤筛分试验

表5 潘三厂原煤100～25 mm粒级浮沉试验

3.2.2 工艺流程

原煤经80 mm滚轴筛分级，筛上物料破碎至80 mm以下，通过110原煤带式输送机进入选煤厂，经201带式输送机和202刮板机给入3台弛张筛进行25 mm分级，筛下物料可以进末煤重介质旋流器分选或直接通过701胶带进入产品仓，大于25 mm筛上物料经301带式输送机进入智能干选系统排矸，精煤经361破碎机破碎后，通过336刮板、206、701胶带进入产品仓。优化改造后的工艺流程如图3所示。

图3 改造优化后工艺流程

3.3 优化资源利用、发展焦煤市场

目前，煤炭的终端消费主要涉及电力与供热、冶金、化工、建材等行业，其中电力与供热耗煤量占60%左右，冶金焦化等消费煤炭量占18%左右，化工用煤占7%左右[9]。为落实“双碳目标”势必要减少煤炭消费量，实施“减煤替代”，首当其冲就是煤电领域，随着水电、太阳能、风电、核电等清洁能源的发展，电煤消费市场必将会快速被压缩，导致动力煤产品需求量快速下滑。

潘三矿区煤种以气煤和1/3焦煤为主，均属炼焦煤种。通过对气煤进行洗选降灰制取气精煤的试验，发现小于1.4 g/cm3密度级浮物灰分为9.16%，挥发分为40%，粘结指数大于85，胶质层最大厚度15 mm左右，硫分小于0.4%，为高挥发分、强黏结性、低硫的炼焦配煤[10]。因此潘三厂顺应市场需求变化，发挥煤种资源优势，洗选加工焦煤产品。

4 结 语

煤炭洗选加工业担负着煤炭清洁高效利用的重大任务，“十四五”期间，将迎来整个行业的高质量发展期，竞争也会越来越激烈。潘三厂将立足于针对市场需求，充分发挥煤种优势发展焦煤战略；实现煤泥综合利用，提高资源利用效率，降低洗选副产品对环境的负面影响；发展智能干选等行业前沿技术，实现煤炭加工环节的绿色、低碳发展。为我国力争2030年前实现碳排放达峰、2060年前实现碳中和贡献力量。