1 山西能源工業(yè)發(fā)展概況

    1949年建國初期山西煤炭產(chǎn)量每年不足1000萬t，經(jīng)過幾個五年計劃無論從規(guī)模、產(chǎn)量都有了較大的發(fā)展．迄今，年產(chǎn)1000萬t以上的原國有大型煤礦7個，省營大型煤礦3個，縣營及鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦共計630多個礦區(qū)及數(shù)以千計的礦井，其中統(tǒng)配和地方產(chǎn)煤約各占一半，最高年產(chǎn)總量3.5億t，2000年原煤產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量9．9億t的1／4以上、煤炭保有資源量亦占全國的1／4以上。每年產(chǎn)量的60％以上外運(yùn)，支援東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)．

    山西的電力在20世紀(jì)末總裝機(jī)容量已達(dá)到1330萬kW，累計發(fā)電量約1萬億kwh，其中向外輸電約占23.4％以上，作為清潔能源有力地支援了東部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。據(jù)預(yù)測，山西煤炭產(chǎn)量2005年將達(dá)3．5億t，2010年達(dá)4．0億t。發(fā)電裝機(jī)容量2005年將達(dá)1500萬kw，2010年將達(dá)18OO萬kw。

    山西是能源重化工基地，以煤、電、重化工產(chǎn)業(yè)構(gòu)成，但事實上目前仍然是以能源工業(yè)中的煤、電產(chǎn)業(yè)為主。

    2 煤炭工業(yè)對環(huán)境的污染

    山西每年排出礦井廢水約4億m3，使山西的水資源更加緊缺。廢水不經(jīng)處理排放，污染了地表水，使省內(nèi)具有飲水功能的河流不足15％。山西又是燃煤大省，每年排放煙塵145萬t、SO2150萬t，大氣煙塵嚴(yán)重超標(biāo)。

    山西煤矸石總計存放9億t，電廠粉煤灰1億t，占地13 350km2，煤排石加上電廠粉煤灰的排放速度分別以3 000萬t/a和450萬t/a遞增。

    由于采煤，僅原國有重點煤礦的采空區(qū)已有1300km2，地表塌陷區(qū)520km2，且每年以25km2的速度遞增。采煤漏水十分嚴(yán)重，據(jù)初步統(tǒng)計，全省已有18個縣、240個村、23萬人口吃水困難，2萬km2水澆地變成干旱地。礦區(qū)農(nóng)作物減產(chǎn)250kg／km2，總計減產(chǎn)1.11億kg／a，經(jīng)濟(jì)損失9400萬元／a。

    改革開放以來，能源基地的工業(yè)交通占地12．6萬km2，使100萬km2土地的土質(zhì)下降。

    據(jù)推算，2000年采煤影響水資源量6億m3，占土地資源量 12．67萬km2，使 146．67萬km2土地土質(zhì)下降。

    3 山西省內(nèi)煤炭資源的潔凈利用

    按近幾年全省生產(chǎn)原煤2．5億t計，其中約40％即約1億t左右在省內(nèi)使用．如按20％作為煉焦使用外，其余80％即8 000萬t左右作為動力、化肥和氣化等使用。

    3．l 大力提倡潔凈煉焦

    全省焦炭年產(chǎn)量已達(dá)到5 400萬t，接近全國的1／2，其中土焦占86％以上，機(jī)焦還不到14％，土焦?fàn)t及改良焦?fàn)t總數(shù)達(dá)5 200座，而各類機(jī)械化焦?fàn)t僅14O多座。而土焦和改良焦對大氣及周圍環(huán)境的污染都十分嚴(yán)重，遠(yuǎn)大于煤炭開采運(yùn)輸?shù)冗^程中對環(huán)境的污染，是山西省最大的污染源。為了潔凈利用煉焦煤資源，改善大氣質(zhì)量，堅持消滅土焦生產(chǎn)，限制并逐步淘汰改良焦，代之以集中生產(chǎn)的干法熄焦的現(xiàn)代化大型焦?fàn)t，分別在古交、柳林等優(yōu)質(zhì)煉焦煤產(chǎn)地建立一系列大型焦化廠。根據(jù)入爐煤的灰分、硫分和結(jié)焦性等指標(biāo)的不同而分別生產(chǎn)一、二、三級冶金焦及鑄造焦，供省內(nèi)外不同類型的鋼鐵冶金企業(yè)、化工及鑄造等行業(yè)使用。其化產(chǎn)焦油可提取多種有機(jī)化工產(chǎn)品，煤氣除可供當(dāng)?shù)毓I(yè)使用外，也可供作城市煤氣。

    3.2 動力煤的潔凈利用

    山西省動力用煤中最多的還是發(fā)電用煤．據(jù)統(tǒng)計，到1999年底止，全省發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)1180多萬kw，發(fā)電量640多億kwh，年耗煤3000多萬t。其次是水泥用煤，1999年全省水泥生產(chǎn)能力已達(dá)1500萬t/a，產(chǎn)量1400多萬t，其中立窯占70％以上，按每噸水泥實際耗煤230kg（標(biāo)煤160kg）計算，則全年耗煤300多萬t。為了改善全省大氣質(zhì)量，不僅供水泥用需要潔凈煤，而生產(chǎn)水泥的企業(yè)同樣也要采用低污染的新工藝和新設(shè)備。如立窯燒水泥時放出大量粉塵會嚴(yán)重污染周圍大氣，因而應(yīng)盡快建立窯外分解的新工藝生產(chǎn)線，或用新型的干法（優(yōu)質(zhì)旋轉(zhuǎn)窯）生產(chǎn)線來替代立窯和落后的旋轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，最大限度地減少粉塵排放量。

    3.2.1 提倡動力煤洗選

    目前，山西省內(nèi)動力煤大部分用混煤、末煤或原煤（小窯煤）燃燒，這樣由于不少煤的灰分和硫分較高而使排出大氣中的飄塵和二氧化硫濃度較高，影響大氣質(zhì)量。如臨汾等一些地區(qū)煤中的硫分常達(dá)2％-3％以上，如以過洗選不僅可以降低硫分，而且還可減少灰分和矸石，使煤的熱值呂幅度提高，從而減少了二氧化硫和粉塵的排放量，有利于改善當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境質(zhì)量。全省雖已建有大大小小的洗選廠近200座，但除平朔、燕子山、四臺溝等特大型和大型動力煤洗煤廠外，其余大部分為煉焦煤洗煤廠，生產(chǎn)動力煤的中小型煤礦則很少建有洗煤廠，因此還就不斷增建中小型動力煤洗煤廠。而動力煤洗選方法比較簡單，如濕法洗選可用動篩跳汰機(jī)進(jìn)行洗選，它既可排矸，又可脫硫，其工藝流程簡單，基建投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，分選效果好，便于維護(hù)，耗水量少，只需0.026m2～0.080m2水／t煤，經(jīng)濟(jì)效果明顯，十分適合于山西等缺水地區(qū)推廣使用。使用洗煤對電廠同樣也有較好的經(jīng)濟(jì)效益以及極好的環(huán)境效益。動力用煤也可使用干法洗選。目前正在推廣的方法有“復(fù)合式風(fēng)選機(jī)干法選煤”，該風(fēng)選機(jī)由分選床、振動器、空氣器、機(jī)架和吊掛等主要裝置組合而成，當(dāng)入料粒度為0mm～80mm時，在分選機(jī)中對大塊矸石能得到較為有效的分離。該法的特點是工藝簡單、動力消耗省、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，拆裝方便，兩級除塵，符合環(huán)保要求，適用于各種煤的排矸及脫除結(jié)核狀硫鐵礦。其單機(jī)處理能力有的已達(dá)100t／h～120t／h，該法更適合于山西等缺水地區(qū)使用。

    3．2．2 動力煤煙氣脫硫

    對某些以有機(jī)硫為主的高硫煤作為發(fā)電用煤時，如采用洗選的方法則只會使用煤的硫分越洗越高，對這種燃煤電廠，最好的辦法是采用煙氣脫硫，如重慶哈磁電廠燃用松藻的高硫煤，雖經(jīng)洗選降灰，但破分仍達(dá)2．78％左右，該電廠就使用日本三菱公司引進(jìn)的濕法石灰石一石膏法煙氣脫硫裝置，可使90％以上的SO2脫除，還能生成純度達(dá)90％以上的石膏作為工業(yè)品銷售。此外，也可采用干法煙氣脫硫技術(shù)，其優(yōu)點是投資小，沒有對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕等優(yōu)點。如四川白馬電廠就曾采用煙氣石灰漿噴霧干燥脫硫工藝。

    3．2．3 采用循環(huán)流化床鍋爐燃燒

    對使用高硫煤電廠，最好采用循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電。

    燃燒時燃料送入，二次風(fēng)從燃燒室中部送入。循環(huán)流化床運(yùn)行風(fēng)速一般為5m/s-10m/s，使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，并將物料帶離燃燒室 。爐溫宜控制在850-900攝氏度以利于石灰石充分固硫。氣流從燃燒室攜帶出來的高溫物料以分離器分離后，由循環(huán)物料回送裝置送回燃燒室，完成循環(huán)。分離器引出的高溫?zé)煔饨?jīng)尾部受熱而冷卻后，經(jīng)除塵器除塵后排入大氣。

    循環(huán)流化床的主要優(yōu)點是

    （1）燃料適應(yīng)性廣，燃料制備和給料系統(tǒng)簡單，可燃用高硫等低質(zhì)燃料.

    （2）燃燒效率高。循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相的熱容量大，爐膛內(nèi)縱橫向的溫度場十分均勻，燃燒和傳熱過程沿爐膛高度基本上可在恒溫（大約850℃～900℃）下進(jìn)行，延長燃料的燃燒時間。并且物料通過分離器多次循環(huán)返回爐內(nèi)，大大地延長了顆粒的停留和反應(yīng)時間，從而保證了循環(huán)鍋爐的燃燒效率達(dá)到 98％～99.5％。

    （3）燃燒強(qiáng)度高，即單位床面積的出力大，且床面容易大型化。運(yùn)行時氣流速度較高，氣固間發(fā)生強(qiáng)烈的熱量和質(zhì)量交換，使床層的截面熱負(fù)荷達(dá)6MW／M2。

    （4）SO2和NOx排放低。當(dāng)Ca/S為1.5～2．0時，脫硫率可達(dá)90％以上，采用低溫和分級燃燒技術(shù)可使NOx<100PPm―200PPm。

    此項技術(shù)特別適用于大型電站鍋爐使用，如國外配合裝機(jī)容量為500MW～600MW的循環(huán)流化床電站鍋爐已投入運(yùn)行。

    3.2.4 發(fā)展水煤漿

    水煤漿是由約70％的煤和30％的水，再加人一定的添加劑（分散劑和穩(wěn)定劑）配制成的流體燃料.使用水煤漿燃燒是動力煤的潔凈利用技術(shù)之一，但它的應(yīng)用范圍有一定的局限性，即某些燃油鍋爐和窯爐為了節(jié)約能源，降低成本，經(jīng)過改造以后，可以使用水煤漿替代重油進(jìn)行燃燒，一般用2.1t～2．2t水煤漿即可代替1t重油。制備水煤漿的優(yōu)點是投資少，成本低，燃燒效率高，對環(huán)境污染小，有顯著的環(huán)保效益和節(jié)能效益。大同煤因灰、硫較低，所以它較適合于作水煤漿用，但由于其成漿后的穩(wěn)定性較差，故宜在爐前成漿最為經(jīng)濟(jì)和有效。總之，山西省內(nèi)電廠及其它工業(yè)的燃油鍋爐和窯爐均可根據(jù)實際情況而制定切實可行的發(fā)展計劃，切不可盲目發(fā)展而造成損失．

    3．2．5 型煤替代散煤燃燒

    隨著采煤機(jī)械化程度的不斷提高，礦井的塊煤產(chǎn)率也日益減少，致使一些需燒塊煤的工業(yè)鍋爐和窯爐不得不燒混煤、末煤等散煤，燒散煤的缺點是污染大，排出到大氣中的粉塵多，嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量和浪費(fèi)資源，改用型煤后可提高熱效率，從而能大量節(jié)約煤炭。據(jù)統(tǒng)計，然用型煤的工業(yè)鍋爐平均節(jié)煤25％，民用型煤節(jié)煤20％，同時減少排放CO70％一80％、煙塵6％和總懸微粒50％。型煤中添加固硫劑，還可使高硫煤減排50％SO2，對于山西省內(nèi)一些大型無煙煤礦區(qū)，如晉城和陽泉等礦區(qū)粉煤多，應(yīng)盡量制成化肥型煤和民用型煤，既可使資源得到充分利用，又有利于環(huán)保、如大同市曾建有年產(chǎn)5萬t的鍋爐型煤示范廠，但未得到運(yùn)行。晉城市所屬各縣、區(qū)雖也先后建起30多座型煤廠，但其中90％以上處于停產(chǎn)狀態(tài)．因而山西省內(nèi)應(yīng)出臺相應(yīng)政策 以大力支持推廣燃燒型煤．

    3．2．6 把燒單煤改為燒動力配煤

    對動力用煤來說，由于單種煤的性質(zhì)不可能完全滿足各種不同工業(yè)鍋爐和窯爐的需要，而動力配煤則可對不同煤種做到互相取長補(bǔ)短。如潞安煤雖是低灰、低硫、高發(fā)熔融性的優(yōu)質(zhì)動力煤，但由于它的揮發(fā)分較低而不能滿足某些發(fā)電煤粉鍋爐的需要。同樣，大同煤也是優(yōu)質(zhì)動力用煤，但其缺點是灰容融性較低，硫分也稍高，如能把這2種優(yōu)質(zhì)動力煤根據(jù)需要而按不同比例生產(chǎn)動力配煤，則可使其質(zhì)量更優(yōu)于這2種單媒，從而可充分滿足不同工業(yè)鍋爐和窯爐的需要。據(jù)統(tǒng)計，使用動力配煤可使煤炭充分燃燒，平均節(jié)煤率達(dá)5％～8％左右，而且還可減少對大氣污染，降低煙塵的林格曼黑度。

    3．2.7 煤的直接加氫液化和間接液化（氣化）

    山西是缺油地區(qū)，因此，從長遠(yuǎn)考慮，需大力發(fā)展煤煉油工業(yè)，即采用煤的液化方法生產(chǎn)人造石油。目前，生產(chǎn)人造石油有直接加氫液化和間接液化2種方法。直接液化一般以低變質(zhì)的氣煤、長焰煤和褐煤較為理想，目前，煤科總院北京煤化學(xué)所是煤的直接液化的主要研制單位。間接液化是把煤先制成合成氣，再利用煤氣中的CO和H2按一定的比例在催化劑的作用下合成人造石油，但其基建投資和生產(chǎn)成本約比直接加氫液化提高1／3左右．如今，中科院山西煤化學(xué)所已對媒的間接液化工作做了大量的研究，并取得了較好的成效。

    由于燒油的工業(yè)鍋爐和窯爐對大氣的污染明顯低于燒煤鍋爐，而從山西省的煤炭資源看，以平朔礦區(qū)的氣煤作為直接加氫液化的條件最為有利，因為該礦區(qū)有多達(dá)數(shù)十億噸的保有儲量，安太堡和安家?guī)X2大露天礦的生產(chǎn)能力均為1500萬t／a，并都建有配套的洗煤廠。同時，該礦區(qū)的3層煤中有2層為高硫煤，而高硫煤更有利于提高煤液化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。因而平朔煤作為直接加氫液化時可對3層煤實施有計劃的配采生產(chǎn)。

    大同侏羅紀(jì)煤的造氣特性明顯優(yōu)于神府煤，目前，國內(nèi)不少省、市、區(qū)的氣化廠都采用大同塊煤制氣，均有較好的經(jīng)濟(jì)效益。山西省內(nèi)的鋼鐵企業(yè)和機(jī)械工業(yè)等需要的燃料氣也可用大同煤進(jìn)行氣化。大同煤的優(yōu)點是幾乎適合于各種氣化工藝，如魯奇加壓氣化、兩段爐氣化以及HTW氣化、U―gas氣化和KRW氣化等工藝也都可以利用大同煤、此外，從技術(shù)上看，大同煤也是間接液化制造人造石油的良好原料煤。

    4 結(jié)語

    （1）山西是全國第一產(chǎn)煤大省，產(chǎn)量占全國的1／4以上，其中60％外運(yùn)，40％省內(nèi)消耗。因而如何搞好省內(nèi)煤炭資源的潔凈利用，對提高煤炭熱能利用率。減少廢氣及粉塵和飄塵的排放，改善全省人民的健康水平具有十分重要的現(xiàn)實意義．

    （2）對省內(nèi)煉焦工業(yè)要消滅土焦，逐步限制和淘汰改良焦，大力推廣、發(fā)展干法熄焦的現(xiàn)代化大型焦?fàn)t是一件刻不容緩的大事。

    （3）山西省的發(fā)電、水泥等動力用煤，必須走潔凈利用的道路，其中成本最低的方法是通過洗選來降低燃煤的灰分和硫分，以最大限度地降低污染物排放。此外，各地（礦區(qū)）還可根據(jù)不同情況而分別發(fā)展型煤、動力配煤、水煤漿、煤氣化以及煤的直接液化或間接液化等方法以生產(chǎn)各種有效的潔凈利用燃料，為改善全省的大氣質(zhì)量、減少污染而不斷努力。(選自《潔凈煤技術(shù)》2001.3期 高志武 賈建忠)