1 山西能源工業發展概況

    1949年建國初期山西煤炭產量每年不足1000萬t，經過幾個五年計劃無論從規模、產量都有了較大的發展．迄今，年產1000萬t以上的原國有大型煤礦7個，省營大型煤礦3個，縣營及鄉鎮煤礦共計630多個礦區及數以千計的礦井，其中統配和地方產煤約各占一半，最高年產總量3.5億t，2000年原煤產量占全國總產量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。每年產量的60％以上外運，支援東部經濟發達地區．

    山西的電力在20世紀末總裝機容量已達到1330萬kW，累計發電量約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的經濟發展。據預測，山西煤炭產量2005年將達3．5億t，2010年達4．0億t。發電裝機容量2005年將達1500萬kw，2010年將達18OO萬kw。

    山西是能源重化工基地，以煤、電、重化工產業構成，但事實上目前仍然是以能源工業中的煤、電產業為主。

    2 煤炭工業對環境的污染

    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。廢水不經處理排放，污染了地表水，使省內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，大氣煙塵嚴重超標。

    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已有1300km2，地表塌陷區520km2，且每年以25km2的速度遞增。采煤漏水十分嚴重，據初步統計，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。礦區農作物減產250kg／km2，總計減產1.11億kg／a，經濟損失9400萬元／a。

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

    據推算，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土地土質下降。

    3 山西省內煤炭資源的潔凈利用

    按近幾年全省生產原煤2．5億t計，其中約40％即約1億t左右在省內使用．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

    全省焦炭年產量已達到5 400萬t，接近全國的1／2，其中土焦占86％以上，機焦還不到14％，土焦爐及改良焦爐總數達5 200座，而各類機械化焦爐僅14O多座。而土焦和改良焦對大氣及周圍環境的污染都十分嚴重，遠大于煤炭開采運輸等過程中對環境的污染，是山西省最大的污染源。為了潔凈利用煉焦煤資源，改善大氣質量，堅持消滅土焦生產，限制并逐步淘汰改良焦，代之以集中生產的干法熄焦的現代化大型焦爐，分別在古交、柳林等優質煉焦煤產地建立一系列大型焦化廠。根據入爐煤的灰分、硫分和結焦性等指標的不同而分別生產一、二、三級冶金焦及鑄造焦，供省內外不同類型的鋼鐵冶金企業、化工及鑄造等行業使用。其化產焦油可提取多種有機化工產品，煤氣除可供當地工業使用外，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電用煤．據統計，到1999年底止，全省發電裝機容量達1180多萬kw，發電量640多億kwh，年耗煤3000多萬t。其次是水泥用煤，1999年全省水泥生產能力已達1500萬t/a，產量1400多萬t，其中立窯占70％以上，按每噸水泥實際耗煤230kg（標煤160kg）計算，則全年耗煤300多萬t。為了改善全省大氣質量，不僅供水泥用需要潔凈煤，而生產水泥的企業同樣也要采用低污染的新工藝和新設備。如立窯燒水泥時放出大量粉塵會嚴重污染周圍大氣，因而應盡快建立窯外分解的新工藝生產線，或用新型的干法（優質旋轉窯）生產線來替代立窯和落后的旋轉窯生產線，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，影響大氣質量。如臨汾等一些地區煤中的硫分常達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，有利于改善當地大氣環境質量。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進行洗選，它既可排矸，又可脫硫，其工藝流程簡單，基建投資少，運行費用低，分選效果好，便于維護，耗水量少，只需0.026m2～0.080m2水／t煤，經濟效果明顯，十分適合于山西等缺水地區推廣使用。使用洗煤對電廠同樣也有較好的經濟效益以及極好的環境效益。動力用煤也可使用干法洗選。目前正在推廣的方法有“復合式風選機干法選煤”，該風選機由分選床、振動器、空氣器、機架和吊掛等主要裝置組合而成，當入料粒度為0mm～80mm時，在分選機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、運行費用低，拆裝方便，兩級除塵，符合環保要求，適用于各種煤的排矸及脫除結核狀硫鐵礦。其單機處理能力有的已達100t／h～120t／h，該法更適合于山西等缺水地區使用。

    3．2．2 動力煤煙氣脫硫

    對某些以有機硫為主的高硫煤作為發電用煤時，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，雖經洗選降灰，但破分仍達2．78％左右，該電廠就使用日本三菱公司引進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90％以上的石膏作為工業品銷售。此外，也可采用干法煙氣脫硫技術，其優點是投資小，沒有對設備產生腐蝕等優點。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 采用循環流化床鍋爐燃燒

    對使用高硫煤電廠，最好采用循環流化床鍋爐發電。

    燃燒時燃料送入，二次風從燃燒室中部送入。循環流化床運行風速一般為5m/s-10m/s，使爐內產生強烈的擾動，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，由循環物料回送裝置送回燃燒室，完成循環。分離器引出的高溫煙氣經尾部受熱而冷卻后，經除塵器除塵后排入大氣。

    循環流化床的主要優點是

    （1）燃料適應性廣，燃料制備和給料系統簡單，可燃用高硫等低質燃料.

    （2）燃燒效率高。循環流化床內氣固兩相的熱容量大，爐膛內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℃）下進行，延長燃料的燃燒時間。并且物料通過分離器多次循環返回爐內，大大地延長了顆粒的停留和反應時間，從而保證了循環鍋爐的燃燒效率達到 98％～99.5％。

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

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

    此項技術特別適用于大型電站鍋爐使用，如國外配合裝機容量為500MW～600MW的循環流化床電站鍋爐已投入運行。

    3.2.4 發展水煤漿

    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之一，但它的應用范圍有一定的局限性，即某些燃油鍋爐和窯爐為了節約能源，降低成本，經過改造以后，可以使用水煤漿替代重油進行燃燒，一般用2.1t～2．2t水煤漿即可代替1t重油。制備水煤漿的優點是投資少，成本低，燃燒效率高，對環境污染小，有顯著的環保效益和節能效益。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定性較差，故宜在爐前成漿最為經濟和有效。總之，山西省內電廠及其它工業的燃油鍋爐和窯爐均可根據實際情況而制定切實可行的發展計劃，切不可盲目發展而造成損失．

    3．2．5 型煤替代散煤燃燒

    隨著采煤機械化程度的不斷提高，礦井的塊煤產率也日益減少，致使一些需燒塊煤的工業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，嚴重影響環境質量和浪費資源，改用型煤后可提高熱效率，從而能大量節約煤炭。據統計，然用型煤的工業鍋爐平均節煤25％，民用型煤節煤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，對于山西省內一些大型無煙煤礦區，如晉城和陽泉等礦區粉煤多，應盡量制成化肥型煤和民用型煤，既可使資源得到充分利用，又有利于環保、如大同市曾建有年產5萬t的鍋爐型煤示范廠，但未得到運行。晉城市所屬各縣、區雖也先后建起30多座型煤廠，但其中90％以上處于停產狀態．因而山西省內應出臺相應政策 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，由于單種煤的性質不可能完全滿足各種不同工業鍋爐和窯爐的需要，而動力配煤則可對不同煤種做到互相取長補短。如潞安煤雖是低灰、低硫、高發熔融性的優質動力煤，但由于它的揮發分較低而不能滿足某些發電煤粉鍋爐的需要。同樣，大同煤也是優質動力用煤，但其缺點是灰容融性較低，硫分也稍高，如能把這2種優質動力煤根據需要而按不同比例生產動力配煤，則可使其質量更優于這2種單媒，從而可充分滿足不同工業鍋爐和窯爐的需要。據統計，使用動力配煤可使煤炭充分燃燒，平均節煤率達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，因此，從長遠考慮，需大力發展煤煉油工業，即采用煤的液化方法生產人造石油。目前，生產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的氣煤、長焰煤和褐煤較為理想，目前，煤科總院北京煤化學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，以平朔礦區的氣煤作為直接加氫液化的條件最為有利，因為該礦區有多達數十億噸的保有儲量，安太堡和安家嶺2大露天礦的生產能力均為1500萬t／a，并都建有配套的洗煤廠。同時，該礦區的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的轉化率。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。

    大同侏羅紀煤的造氣特性明顯優于神府煤，目前，國內不少省、市、區的氣化廠都采用大同塊煤制氣，均有較好的經濟效益。山西省內的鋼鐵企業和機械工業等需要的燃料氣也可用大同煤進行氣化。大同煤的優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 結語

    （1）山西是全國第一產煤大省，產量占全國的1／4以上，其中60％外運，40％省內消耗。因而如何搞好省內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實意義．

    （2）對省內煉焦工業要消滅土焦，逐步限制和淘汰改良焦，大力推廣、發展干法熄焦的現代化大型焦爐是一件刻不容緩的大事。

    （3）山西省的發電、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）還可根據不同情況而分別發展型煤、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各種有效的潔凈利用燃料，為改善全省的大氣質量、減少污染而不斷努力。(選自《潔凈煤技術》2001.3期 高志武 賈建忠)