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：中國礦物加工工程學(xué)科領(lǐng)域的奠基者和開(kāi)拓者之一，“干法選煤之父”。1995年當選為中國工程院院士。2010年被授予第16屆國際選煤大會(huì )國際組委會(huì )首次設立的“終身成就獎”。陳清如先后主持完成了縱向、橫向科研項目50多項，指導研究設計了我國第一臺篩下空氣室跳汰機，在國際上首次將近似篩分理論成功地用于解決潮濕細粒煤的干法篩分問(wèn)題，創(chuàng )立“空氣重介穩態(tài)流化”的選礦理論，并主導建設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(chǎng)。

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

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

必須加大低質(zhì)煤的控制力度

記者：原煤洗選對于我國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(zhuān)業(yè)詞匯“原煤洗選”，這個(gè)詞源出于英文RawCoalWashing。后來(lái)選煤設備和工藝改進(jìn)了，歐美都改稱(chēng)為CoalPreparation，所以當前更準確的表述應該是“選煤”。

煤炭由于成煤植物本身含有一定的礦物質(zhì)，成煤過(guò)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(guò)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)濟性差，而且造成燃燒輔助系統和對流受熱面的嚴重磨損以及維修費用的增加，所以要把煤中雜質(zhì)去除。因此，在采煤機械化程度越來(lái)越高的條件下，原煤質(zhì)量越來(lái)越差，必須經(jīng)過(guò)分選加工，才能滿(mǎn)足不同行業(yè)的需求，獲得更好的工藝指標和經(jīng)濟效益，減少環(huán)境污染。

我國是世界最大的煤炭開(kāi)采國和消費國，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(chǎng)在設計鍋爐時(shí)有一定的冗余度，而且可以采用摻配混燒的方式以節約成本，發(fā)電廠(chǎng)也利用先進(jìn)的脫硫脫硝等技術(shù)以達到環(huán)保要求。就此而言，是否意味著(zhù)不是所有的動(dòng)力煤都需要分選？

陳清如：目前發(fā)電廠(chǎng)在設計鍋爐時(shí)根據煤種、灰分、灰融點(diǎn)等參數，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、新疆準東煤田開(kāi)采初期就是這種情況。

綜合考慮煤炭運輸、磨煤、脫硫、除灰以及鍋爐維護等成本，使用優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤具有相對優(yōu)勢，特別是對于目前發(fā)展的大型超臨界、超超臨界機組。用戶(hù)燃用低質(zhì)煤是因為價(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。當然這和國家政策導向和對低質(zhì)煤燃燒的控制力度有關(guān)。因此，國家政策導向很重要，必須加大低質(zhì)煤的控制力度。

煤炭分選可部分緩解運力

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

陳清如：原煤分選對鐵路運力是有很大影響的。鐵路煤炭運量占全國煤炭運輸量的70%以上，煤炭運輸量占鐵路貨運總量的40%左右。目前我國的商品動(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%，也就是我們可以節約10%的鐵路運力，或者說(shuō)節約10%的運輸成本。以2012年為例，當年全國煤炭鐵路運輸量約22億噸，也就相當于至少節約2.2億噸運力。

所以，煤炭分選能在一定程度上可緩解鐵路運力問(wèn)題。雖然煤質(zhì)提高之后價(jià)格升高，但更適合長(cháng)距離運輸，符合我國西煤東運、北煤南運的格局。同時(shí)，高灰分的矸石被運輸到用戶(hù)后，不僅在燃燒過(guò)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(wú)環(huán)境污染。中國工程院的研究建議輸煤輸電并舉，從經(jīng)濟性方面考慮，1800千米以?xún)辱F路輸煤好，1800千米以上輸電好。

應大力發(fā)展干法分選技術(shù)

記者：目前我國在選煤方面主要采取哪些辦法？

陳清如：我國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濕性差異比較大的物質(zhì)，可以用浮游選煤去除。 我過(guò)去從事濕法選煤的研究——跳汰水流運動(dòng)，在我國研制出篩下空氣室跳汰機和三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器設備和系統。

我國是缺水國家，西北部和中部等產(chǎn)煤區更是缺水干旱，所以自上世紀八十年代初我開(kāi)始進(jìn)行空氣重介質(zhì)流化床干法選煤的研究，并主導建設了世界上第一座干法選煤工業(yè)示范廠(chǎng)，實(shí)現了這一技術(shù)的工業(yè)化應用，得到了加、美、俄、澳、德、日等國同行專(zhuān)家的高度評價(jià)，該項技術(shù)處于國際領(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集成，實(shí)現微粉煤燃前在線(xiàn)深度脫硫降灰，是有效緩解我國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：根據國際地質(zhì)學(xué)家預測，褐煤占全球煤炭總儲量的40%左右，是世界上重要的化石能源之一。我國已探明的褐煤儲量約1300億噸，占全國煤炭總儲量的13%左右。

褐煤具有高水分、高灰分、低熱值和易泥化等特性，導致其分選加工困難。采用傳統濕法選煤技術(shù)難以進(jìn)行分選，造成煤泥水系統難以運轉，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(guò)干燥脫去部分水分，提高發(fā)熱量。應該結合我國褐煤實(shí)際情況，加強創(chuàng )新。褐煤含灰分高，內水高。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)。對發(fā)熱量講，減少煤炭1%的灰分，相當于減少1%的水分。目前世界各國褐煤提質(zhì)就是干燥，這個(gè)方法我認為不妥，這是以能源換能源。

2017年可以達到預期目標

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

陳清如：我國目前的原煤入選率達到了56%。2010年我國原煤入選率為50.9%，2011年為53%，應該說(shuō)這幾年在穩步提高。目前，我國煉焦煤已經(jīng)全部入選，但是動(dòng)力煤入選比例還很低，不到40%，因為動(dòng)力煤入選后銷(xiāo)售價(jià)格高。國外煤炭入選率為60～100%，美國煤田大多數的原煤灰分低，約10%，可選性為易選，入選率約60%。

記者：從我國原煤入選現狀來(lái)看，原煤入選率要實(shí)現從《能源發(fā)展“十二五”規劃》到《大氣污染防治行動(dòng)計劃》提出的目標的跨越，意味著(zhù)我國原煤入選率要大幅提高。你認為可以達到預期目標嗎？哪些方面會(huì )有難度？

陳清如：我國能源形勢決定的煤炭主體結構很難出現大的改變，那么我們工作的重點(diǎn)也就是實(shí)現煤炭清潔高效利用。當然這樣就意味著(zhù)我國原煤入選率方面要大幅提高，我認為可以達到預期目標，當然實(shí)行起來(lái)會(huì )有一定難度。

2012年，全國選煤入選能力21.5億噸，入選量20.5億噸，入選率56%。據預測到2017年我國煤炭消費量在43億噸左右，按照最低標準值70%計算，入選的煤炭總量為30.1億噸。這也就意味著(zhù)2017年煤炭入選能力要比去年增加近10億噸。當然也就意味著(zhù)要擴大選煤廠(chǎng)的建設力度。

從選煤工藝技術(shù)裝備上來(lái)講并不存在多大的難度，當然還需要繼續加強干法或節水型選煤設備的研發(fā)力度以適應我國西北部和中部煤炭資源的開(kāi)發(fā)，對大型動(dòng)力煤干法分選設備和模塊化工藝加強研究與開(kāi)發(fā)。從增加入選能力來(lái)講有一定難度，擴大選煤廠(chǎng)建設，這就需要投資和政策支持。

選煤工藝及設備還需要創(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：我國煤炭行業(yè)對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，對于發(fā)熱量較高的矸石可以建設矸石電廠(chǎng)就地發(fā)電，廢棄物就地處理。

目前選煤廠(chǎng)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。當然對于污染排放國家必須加強監管。

記者：國家加大原煤入選率的比例，對煤炭分選設備行業(yè)將產(chǎn)生哪些有利的影響？分選設備的市場(chǎng)規模是否將迅速擴大？

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

（陳清如院士的秘書(shū)王海鋒博士對本文亦有貢獻）