1 山西能源工业发展概况

    1949年建国初期山西煤炭产量每年不足1000万t，经过几个五年计划无论从规模、产量都有了较大的发展．迄今，年产1000万t以上的原国有大型煤矿7个，省营大型煤矿3个，县营及乡镇煤矿共计630多个矿区及数以千计的矿井，其中统配和地方产煤约各占一半，最高年产总量3.5亿t，2000年原煤产量占全国总产量9．9亿t的1／4以上、煤炭保有资源量亦占全国的1／4以上。每年产量的60％以上外运，支援东部经济发达地区．

    山西的电力在20世纪末总装机容量已达到1330万kW，累计发电量约1万亿kwh，其中向外输电约占23.4％以上，作为清洁能源有力地支援了东部地区的经济发展。据预测，山西煤炭产量2005年将达3．5亿t，2010年达4．0亿t。发电装机容量2005年将达1500万kw，2010年将达18OO万kw。

    山西是能源重化工基地，以煤、电、重化工产业构成，但事实上目前仍然是以能源工业中的煤、电产业为主。

    2 煤炭工业对环境的污染

    山西每年排出矿井废水约4亿m3，使山西的水资源更加紧缺。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％。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13 350km2，煤排石加上电厂粉煤灰的排放速度分别以3 000万t/a和450万t/a递增。

    由于采煤，仅原国有重点煤矿的采空区已有1300km2，地表塌陷区520km2，且每年以25km2的速度递增。采煤漏水十分严重，据初步统计，全省已有18个县、240个村、23万人口吃水困难，2万km2水浇地变成干旱地。矿区农作物减产250kg／km2，总计减产1.11亿kg／a，经济损失9400万元／a。

    改革开放以来，能源基地的工业交通占地12．6万km2，使100万km2土地的土质下降。

    据推算，2000年采煤影响水资源量6亿m3，占土地资源量 12．67万km2，使 146．67万km2土地土质下降。

    3 山西省内煤炭资源的洁净利用

    按近几年全省生产原煤2．5亿t计，其中约40％即约1亿t左右在省内使用．如按20％作为炼焦使用外，其余80％即8 000万t左右作为动力、化肥和气化等使用。

    3．l 大力提倡洁净炼焦

    全省焦炭年产量已达到5 400万t，接近全国的1／2，其中土焦占86％以上，机焦还不到14％，土焦炉及改良焦炉总数达5 200座，而各类机械化焦炉仅14O多座。而土焦和改良焦对大气及周围环境的污染都十分严重，远大于煤炭开采运输等过程中对环境的污染，是山西省最大的污染源。为了洁净利用炼焦煤资源，改善大气质量，坚持消灭土焦生产，限制并逐步淘汰改良焦，代之以集中生产的干法熄焦的现代化大型焦炉，分别在古交、柳林等优质炼焦煤产地建立一系列大型焦化厂。根据入炉煤的灰分、硫分和结焦性等指标的不同而分别生产一、二、三级冶金焦及铸造焦，供省内外不同类型的钢铁冶金企业、化工及铸造等行业使用。其化产焦油可提取多种有机化工产品，煤气除可供当地工业使用外，也可供作城市煤气。

    3.2 动力煤的洁净利用

    山西省动力用煤中最多的还是发电用煤．据统计，到1999年底止，全省发电装机容量达1180多万kw，发电量640多亿kwh，年耗煤3000多万t。其次是水泥用煤，1999年全省水泥生产能力已达1500万t/a，产量1400多万t，其中立窑占70％以上，按每吨水泥实际耗煤230kg（标煤160kg）计算，则全年耗煤300多万t。为了改善全省大气质量，不仅供水泥用需要洁净煤，而生产水泥的企业同样也要采用低污染的新工艺和新设备。如立窑烧水泥时放出大量粉尘会严重污染周围大气，因而应尽快建立窑外分解的新工艺生产线，或用新型的干法（优质旋转窑）生产线来替代立窑和落后的旋转窑生产线，最大限度地减少粉尘排放量。

    3.2.1 提倡动力煤洗选

    目前，山西省内动力煤大部分用混煤、末煤或原煤（小窑煤）燃烧，这样由于不少煤的灰分和硫分较高而使排出大气中的飘尘和二氧化硫浓度较高，影响大气质量。如临汾等一些地区煤中的硫分常达2％-3％以上，如以过洗选不仅可以降低硫分，而且还可减少灰分和矸石，使煤的热值吕幅度提高，从而减少了二氧化硫和粉尘的排放量，有利于改善当地大气环境质量。全省虽已建有大大小小的洗选厂近200座，但除平朔、燕子山、四台沟等特大型和大型动力煤洗煤厂外，其余大部分为炼焦煤洗煤厂，生产动力煤的中小型煤矿则很少建有洗煤厂，因此还就不断增建中小型动力煤洗煤厂。而动力煤洗选方法比较简单，如湿法洗选可用动筛跳汰机进行洗选，它既可排矸，又可脱硫，其工艺流程简单，基建投资少，运行费用低，分选效果好，便于维护，耗水量少，只需0.026m2～0.080m2水／t煤，经济效果明显，十分适合于山西等缺水地区推广使用。使用洗煤对电厂同样也有较好的经济效益以及极好的环境效益。动力用煤也可使用干法洗选。目前正在推广的方法有“复合式风选机干法选煤”，该风选机由分选床、振动器、空气器、机架和吊挂等主要装置组合而成，当入料粒度为0mm～80mm时，在分选机中对大块矸石能得到较为有效的分离。该法的特点是工艺简单、动力消耗省、投资少、运行费用低，拆装方便，两级除尘，符合环保要求，适用于各种煤的排矸及脱除结核状硫铁矿。其单机处理能力有的已达100t／h～120t／h，该法更适合于山西等缺水地区使用。

    3．2．2 动力煤烟气脱硫

    对某些以有机硫为主的高硫煤作为发电用煤时，如采用洗选的方法则只会使用煤的硫分越洗越高，对这种燃煤电厂，最好的办法是采用烟气脱硫，如重庆哈磁电厂燃用松藻的高硫煤，虽经洗选降灰，但破分仍达2．78％左右，该电厂就使用日本三菱公司引进的湿法石灰石一石膏法烟气脱硫装置，可使90％以上的SO2脱除，还能生成纯度达90％以上的石膏作为工业品销售。此外，也可采用干法烟气脱硫技术，其优点是投资小，没有对设备产生腐蚀等优点。如四川白马电厂就曾采用烟气石灰浆喷雾干燥脱硫工艺。

    3．2．3 采用循环流化床锅炉燃烧

    对使用高硫煤电厂，最好采用循环流化床锅炉发电。

    燃烧时燃料送入，二次风从燃烧室中部送入。循环流化床运行风速一般为5m/s-10m/s，使炉内产生强烈的扰动，并将物料带离燃烧室 。炉温宜控制在850-900摄氏度以利于石灰石充分固硫。气流从燃烧室携带出来的高温物料以分离器分离后，由循环物料回送装置送回燃烧室，完成循环。分离器引出的高温烟气经尾部受热而冷却后，经除尘器除尘后排入大气。

    循环流化床的主要优点是

    （1）燃料适应性广，燃料制备和给料系统简单，可燃用高硫等低质燃料.

    （2）燃烧效率高。循环流化床内气固两相的热容量大，炉膛内纵横向的温度场十分均匀，燃烧和传热过程沿炉膛高度基本上可在恒温（大约850℃～900℃）下进行，延长燃料的燃烧时间。并且物料通过分离器多次循环返回炉内，大大地延长了颗粒的停留和反应时间，从而保证了循环锅炉的燃烧效率达到 98％～99.5％。

    （3）燃烧强度高，即单位床面积的出力大，且床面容易大型化。运行时气流速度较高，气固间发生强烈的热量和质量交换，使床层的截面热负荷达6MW／M2。

    （4）SO2和NOx排放低。当Ca/S为1.5～2．0时，脱硫率可达90％以上，采用低温和分级燃烧技术可使NOx<100PPm―200PPm。

    此项技术特别适用于大型电站锅炉使用，如国外配合装机容量为500MW～600MW的循环流化床电站锅炉已投入运行。

    3.2.4 发展水煤浆

    水煤浆是由约70％的煤和30％的水，再加人一定的添加剂（分散剂和稳定剂）配制成的流体燃料.使用水煤浆燃烧是动力煤的洁净利用技术之一，但它的应用范围有一定的局限性，即某些燃油锅炉和窑炉为了节约能源，降低成本，经过改造以后，可以使用水煤浆替代重油进行燃烧，一般用2.1t～2．2t水煤浆即可代替1t重油。制备水煤浆的优点是投资少，成本低，燃烧效率高，对环境污染小，有显著的环保效益和节能效益。大同煤因灰、硫较低，所以它较适合于作水煤浆用，但由于其成浆后的稳定性较差，故宜在炉前成浆最为经济和有效。总之，山西省内电厂及其它工业的燃油锅炉和窑炉均可根据实际情况而制定切实可行的发展计划，切不可盲目发展而造成损失．

    3．2．5 型煤替代散煤燃烧

    随着采煤机械化程度的不断提高，矿井的块煤产率也日益减少，致使一些需烧块煤的工业锅炉和窑炉不得不烧混煤、末煤等散煤，烧散煤的缺点是污染大，排出到大气中的粉尘多，严重影响环境质量和浪费资源，改用型煤后可提高热效率，从而能大量节约煤炭。据统计，然用型煤的工业锅炉平均节煤25％，民用型煤节煤20％，同时减少排放CO70％一80％、烟尘6％和总悬微粒50％。型煤中添加固硫剂，还可使高硫煤减排50％SO2，对于山西省内一些大型无烟煤矿区，如晋城和阳泉等矿区粉煤多，应尽量制成化肥型煤和民用型煤，既可使资源得到充分利用，又有利于环保、如大同市曾建有年产5万t的锅炉型煤示范厂，但未得到运行。晋城市所属各县、区虽也先后建起30多座型煤厂，但其中90％以上处于停产状态．因而山西省内应出台相应政策 以大力支持推广燃烧型煤．

    3．2．6 把烧单煤改为烧动力配煤

    对动力用煤来说，由于单种煤的性质不可能完全满足各种不同工业锅炉和窑炉的需要，而动力配煤则可对不同煤种做到互相取长补短。如潞安煤虽是低灰、低硫、高发熔融性的优质动力煤，但由于它的挥发分较低而不能满足某些发电煤粉锅炉的需要。同样，大同煤也是优质动力用煤，但其缺点是灰容融性较低，硫分也稍高，如能把这2种优质动力煤根据需要而按不同比例生产动力配煤，则可使其质量更优于这2种单媒，从而可充分满足不同工业锅炉和窑炉的需要。据统计，使用动力配煤可使煤炭充分燃烧，平均节煤率达5％～8％左右，而且还可减少对大气污染，降低烟尘的林格曼黑度。

    3．2.7 煤的直接加氢液化和间接液化（气化）

    山西是缺油地区，因此，从长远考虑，需大力发展煤炼油工业，即采用煤的液化方法生产人造石油。目前，生产人造石油有直接加氢液化和间接液化2种方法。直接液化一般以低变质的气煤、长焰煤和褐煤较为理想，目前，煤科总院北京煤化学所是煤的直接液化的主要研制单位。间接液化是把煤先制成合成气，再利用煤气中的CO和H2按一定的比例在催化剂的作用下合成人造石油，但其基建投资和生产成本约比直接加氢液化提高1／3左右．如今，中科院山西煤化学所已对媒的间接液化工作做了大量的研究，并取得了较好的成效。

    由于烧油的工业锅炉和窑炉对大气的污染明显低于烧煤锅炉，而从山西省的煤炭资源看，以平朔矿区的气煤作为直接加氢液化的条件最为有利，因为该矿区有多达数十亿吨的保有储量，安太堡和安家岭2大露天矿的生产能力均为1500万t／a，并都建有配套的洗煤厂。同时，该矿区的3层煤中有2层为高硫煤，而高硫煤更有利于提高煤液化反应的转化率。因而平朔煤作为直接加氢液化时可对3层煤实施有计划的配采生产。

    大同侏罗纪煤的造气特性明显优于神府煤，目前，国内不少省、市、区的气化厂都采用大同块煤制气，均有较好的经济效益。山西省内的钢铁企业和机械工业等需要的燃料气也可用大同煤进行气化。大同煤的优点是几乎适合于各种气化工艺，如鲁奇加压气化、两段炉气化以及HTW气化、U―gas气化和KRW气化等工艺也都可以利用大同煤、此外，从技术上看，大同煤也是间接液化制造人造石油的良好原料煤。

    4 结语

    （1）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。因而如何搞好省内煤炭资源的洁净利用，对提高煤炭热能利用率。减少废气及粉尘和飘尘的排放，改善全省人民的健康水平具有十分重要的现实意义．

    （2）对省内炼焦工业要消灭土焦，逐步限制和淘汰改良焦，大力推广、发展干法熄焦的现代化大型焦炉是一件刻不容缓的大事。

    （3）山西省的发电、水泥等动力用煤，必须走洁净利用的道路，其中成本最低的方法是通过洗选来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（矿区）还可根据不同情况而分别发展型煤、动力配煤、水煤浆、煤气化以及煤的直接液化或间接液化等方法以生产各种有效的洁净利用燃料，为改善全省的大气质量、减少污染而不断努力。(选自《洁净煤技术》2001.3期 高志武 贾建忠)