徐 丹 魏 臻

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083)

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)下，能源消費(fèi)強(qiáng)度下降，煤炭在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重下降，但煤炭高效轉(zhuǎn)化、高端利用的需求進(jìn)一步增加。未來的煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須改變長期以來粗放單一的生產(chǎn)形式，克服經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染的矛盾，提高煤炭企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。從冶金、電力、建材和化工4個(gè)主要煤炭輸出端來看，煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整勢(shì)在必行，變輸煤為輸電，煤炭就地轉(zhuǎn)化率將大幅提升。電力產(chǎn)業(yè)作為煤炭企業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)主要關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)將得到重視，煤電聯(lián)營的產(chǎn)業(yè)模式將得到進(jìn)一步推廣。

山西省是我國煤炭產(chǎn)銷大省，探明保有煤炭資源儲(chǔ)量為2674.3億t，約占全國的1/4。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2015年底全省共有煤礦1078座，產(chǎn)能14.6億t/a。通過化解過剩產(chǎn)能退出部分煤礦，截至2017年6月全省合法生產(chǎn)煤礦為595座，產(chǎn)能9.4億t/a。煤礦數(shù)量眾多、規(guī)模差別大、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一是山西省煤炭工業(yè)的主要特點(diǎn)。

對(duì)于山西省煤炭企業(yè)而言，“黃金十年”時(shí)期完成的資本積累使得企業(yè)有能力完成多元化的產(chǎn)業(yè)聯(lián)合。在現(xiàn)階段政策行情下，僅對(duì)煤炭資源進(jìn)行單一開采和銷售已不能滿足企業(yè)未來的發(fā)展，如何對(duì)資源進(jìn)行綜合利用，實(shí)現(xiàn)多元化產(chǎn)業(yè)聯(lián)營、延伸加寬企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，使煤炭資源在家門口就能就地轉(zhuǎn)化成高附加值的產(chǎn)品，將資源“吃干榨凈”，提高企業(yè)科技含量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵。

1 煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)

煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)是循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論在煤炭工業(yè)中的衍生理論，以生態(tài)、系統(tǒng)和可持續(xù)發(fā)展理論為基礎(chǔ)，其特點(diǎn)包括資源高效利用、節(jié)能減排、廢物循環(huán)再利用和下游產(chǎn)物無害化處理。在施行循環(huán)理論的工業(yè)園區(qū)中，通過各產(chǎn)業(yè)間相互緊密聯(lián)系配合，以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)閉路循環(huán)和能量多級(jí)利用，并且加強(qiáng)傳統(tǒng)廢棄物的循環(huán)再利用，從而升級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高產(chǎn)品附加值、獲得群體效益，同時(shí)減少環(huán)境影響。

在煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)中，煤礦作為最大的物質(zhì)流和能量流產(chǎn)生的部門，是整個(gè)產(chǎn)業(yè)群落的基礎(chǔ)，并驅(qū)動(dòng)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè)。因此，煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)的完善過程就是圍繞煤礦主體而進(jìn)行的下游產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和整合建設(shè)。

常見的3種主要煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)模式包括：

(1)以煤電一體化為基礎(chǔ)，整合下游高耗能產(chǎn)業(yè)，如建材、冶金和電解鋁等；

(2)以煤直接轉(zhuǎn)化為核心的煤焦化、煤氣化、煤液化的煤化工產(chǎn)業(yè)；

(3)煤炭及其伴生礦物資源的綜合利用。

煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)構(gòu)成不僅要考慮其自身資源稟賦，更要將市場(chǎng)環(huán)境、投資回報(bào)、產(chǎn)品銷路進(jìn)行綜合可行性分析。結(jié)合山西省南部和北部煤炭資源差異，以同煤集團(tuán)和潞安集團(tuán)兩大集團(tuán)規(guī)劃建設(shè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)為例，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)構(gòu)成及技術(shù)應(yīng)用說明。

1.1 同煤集團(tuán)塔山循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)

同煤集團(tuán)塔山循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)位于山西省北部，是國家批準(zhǔn)的首個(gè)煤炭產(chǎn)業(yè)遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則而建立的綜合性項(xiàng)目。自2003年動(dòng)工建設(shè)至今，塔山循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)以塔山煤礦為主，完成了煤—電產(chǎn)業(yè)主鏈的建設(shè)，并通過結(jié)合建材和化工等項(xiàng)目，形成了多產(chǎn)業(yè)共建的綜合煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)。

其中，塔山特大型礦井是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的龍頭，煤炭產(chǎn)能達(dá)到15 Mt/a，為經(jīng)濟(jì)鏈下游產(chǎn)業(yè)提供了源源不斷的物質(zhì)原料和能源基礎(chǔ)。以塔山煤礦為核心，園區(qū)結(jié)合兩種傳統(tǒng)模式，建立了煤—電、煤—化工兩條基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈，整合并優(yōu)化了包括煤礦、選煤廠、電廠、矸石磚、高嶺土、甲醇、水泥和污水處理等多個(gè)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，形成了相關(guān)行業(yè)共生、資源共享的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，達(dá)到了生態(tài)環(huán)境最小影響、煤炭資源綜合開發(fā)利用的目的。塔山循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 塔山循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

塔山循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)的建成標(biāo)志著煤炭企業(yè)從傳統(tǒng)單一開采向圍繞煤炭資源進(jìn)行綠色化、園區(qū)化、規(guī)模化的綜合利用和產(chǎn)業(yè)升級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為山西省煤炭資源的綠色有序開發(fā)利用和就地轉(zhuǎn)化提高工業(yè)產(chǎn)值做出了良好的示范作用。

1.2 潞安集團(tuán)多元化循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)群落

潞安礦區(qū)位于山西省東南部上黨盆地、沁水煤田中東部，是國家重要的煤炭生產(chǎn)基地，其石炭二疊系地層賦存有大量?jī)?yōu)質(zhì)瘦煤和貧瘦煤，屬低硫、低磷、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤和煉焦配煤，用途十分廣泛。

資源稟賦決定了潞安集團(tuán)以煤為基、產(chǎn)業(yè)多元、聯(lián)合發(fā)展的特點(diǎn)，并以此為思路建立了屯留、高河、潞城和東古4個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)。結(jié)合各資源區(qū)不同的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行共同資源利用整合，形成多元化的產(chǎn)業(yè)群落，使得集團(tuán)產(chǎn)業(yè)鏈拉長加粗，從單一產(chǎn)業(yè)到以煤為基的多元化經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)并舉。潞安集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)群落見表1。

潞安集團(tuán)堅(jiān)持立足煤、延伸煤、超越煤的發(fā)展戰(zhàn)略，依托豐富的煤炭資源，從單一粗放的生產(chǎn)模式中走出來，建立了集群化的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)群落。重視技術(shù)人才的引進(jìn)及自身科研創(chuàng)新發(fā)展，豐富了集團(tuán)產(chǎn)品種類，提高了產(chǎn)品科技含量和附加值，是煤炭企業(yè)落實(shí)科學(xué)發(fā)展、走新型工業(yè)化道路的典范。

表1 潞安集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)群落

2 煤基循環(huán)產(chǎn)業(yè)中的低熱值煤發(fā)電技術(shù)

傳統(tǒng)煤炭開采模式中，原煤直接從礦井中開采并運(yùn)送至地面，經(jīng)過脫硫脫硝等洗選工藝成為商品煤進(jìn)行外銷。而對(duì)于原煤洗選產(chǎn)生的大量煤矸石、煤泥和洗中煤等廢棄產(chǎn)物的處理方式是就地堆存矸石山，不僅存在滑坡、自燃等不安全因素，也對(duì)大氣、水體、土壤等自然環(huán)境造成了污染。如何變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源充分利用，解決污染占地問題，是煤炭綠色開采的核心問題。近年來，隨著煤炭洗選工藝和火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，利用低熱值煤資源發(fā)電成為可能。

在發(fā)電技術(shù)層面，超超臨界火電機(jī)組在新建低熱值燃煤電廠中得到普及。相比超臨界機(jī)組熱效率提高了1.2%～4%，凈熱耗率下降3%～4%，這意味著大幅節(jié)約了發(fā)電燃料，提高了鍋爐熱效率。同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐的流態(tài)化燃燒技術(shù)相比傳統(tǒng)鼓泡流化床運(yùn)行風(fēng)速高，燃燒和脫硫過程得到強(qiáng)化，提高了燃料適應(yīng)性和燃燒效率，使得傳統(tǒng)難燃固體燃料(如煤矸石、煤泥、石煤等)能夠滿足發(fā)電要求。三類鍋爐主要參數(shù)見表2。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國家重點(diǎn)建設(shè)和開發(fā)的13個(gè)大型煤炭基地原煤入洗能力為15億t，隨著技術(shù)的成熟發(fā)展，產(chǎn)生的5.36億t低熱值煤資源有機(jī)會(huì)得到高效利用。以山西省為例，2016年政府投資300億元在全省進(jìn)行技術(shù)推廣，陸續(xù)批準(zhǔn)了共計(jì)24個(gè)低熱值煤發(fā)電項(xiàng)目，覆蓋了各大煤炭主產(chǎn)區(qū)，并建設(shè)投產(chǎn)了以同煤塔山、晉煤趙莊、潞安高河、陽煤左權(quán)、晉能王家?guī)X等為代表的一批低熱值煤發(fā)電廠。低熱值煤發(fā)電在山西省，特別是原煤熱值不高、矸石含量高的礦區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮，亦可作為矸石等固體廢物的有效處理手段進(jìn)行推廣。

表2 鍋爐參數(shù)一覽

低熱值煤發(fā)電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高碳產(chǎn)業(yè)低碳綠色發(fā)展的重要途徑，不僅解決了煤礦生產(chǎn)中最大的固體廢棄物處理問題，更實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤炭資源的充分利用。同時(shí)，發(fā)電電能不僅能反饋煤礦，更能為下游高耗能產(chǎn)業(yè)建設(shè)提供能源保障，在煤炭與其伴生資源利用方面奠定良好基礎(chǔ)，使得產(chǎn)業(yè)鏈得以延伸、產(chǎn)品附加值提高，并形成了降污染、調(diào)結(jié)構(gòu)、一體化的煤炭發(fā)展新模式。

煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)煤電一體化的建設(shè)是循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈最核心的一環(huán)，在大型煤炭企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)及優(yōu)化布局中起重要作用，而且，同一主體企業(yè)的煤電聯(lián)營更加具有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)和高效的內(nèi)部協(xié)調(diào)機(jī)制。下面以晉能王家?guī)X循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)為例進(jìn)行說明。

3 王家?guī)X循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)“1+3”建設(shè)模式

3.1 背景介紹

王家?guī)X循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園區(qū)位于山西省保德縣境內(nèi)，河?xùn)|煤田北段。區(qū)內(nèi)依托豐富的煤炭和鋁土礦資源，規(guī)劃建設(shè)基于大型現(xiàn)代化礦井，集發(fā)電、氧化鋁、煤化工、建材等產(chǎn)業(yè)為一體的煤炭綜合利用示范基地。園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈核心包括2座現(xiàn)代化千萬噸級(jí)礦井、低熱值煤電廠、鋁土礦及氧化鋁產(chǎn)業(yè)、建材廠，形成“1+3”發(fā)展模式的煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)體系，王家?guī)X循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)見圖2。

2009年開工建設(shè)至今，已建成并投產(chǎn)第一座5 Mt/a的王家?guī)X礦及配套選煤廠，在建2×660 MW超超臨界低熱值煤發(fā)電廠。

3.2 產(chǎn)業(yè)鏈核心——煤礦

在煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)中，煤礦是最核心的物質(zhì)輸出和能源生產(chǎn)中心，作為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈物質(zhì)流和能源流的源頭，其建設(shè)生產(chǎn)屬性直接決定了園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈下游項(xiàng)目的類型配置和建設(shè)規(guī)模。

園區(qū)分別規(guī)劃建設(shè)2個(gè)千萬噸級(jí)礦井——王家?guī)X礦和白家溝礦，建成后園區(qū)原煤總產(chǎn)能將達(dá)到2000萬t/a。其中，王家?guī)X礦及配套選煤廠已正式投產(chǎn)，一期產(chǎn)能5 Mt/a。

圖2 王家?guī)X循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

礦井布置一個(gè)高產(chǎn)高效工作面，采用長壁放頂煤工藝開采4號(hào)煤層，平均采厚7.75 m，采放比1∶1.2。主要采煤設(shè)備全部國產(chǎn)化，主要開采設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 主要開采設(shè)備技術(shù)參數(shù)

王家?guī)X礦配套選煤廠一期工程滿足原煤全部入選需求，洗選精煤通過專用運(yùn)煤線外運(yùn)銷售，剩余低熱值煤如洗中煤、煤泥及矸石等，由產(chǎn)業(yè)鏈下游各項(xiàng)目進(jìn)行消化利用。

3.3 能源中轉(zhuǎn)站——低熱值煤發(fā)電廠

晉能保德2×660 MW超超臨界發(fā)電工程是王家?guī)X循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)能源中轉(zhuǎn)樞紐，利用園區(qū)內(nèi)2個(gè)千萬噸級(jí)煤礦產(chǎn)生的低熱值煤資源及周邊煤礦煤源補(bǔ)充進(jìn)行發(fā)電，電能除能供給園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈中電解鋁等高耗能項(xiàng)目，還可以直接反哺煤礦生產(chǎn)生活用電，形成能源利用環(huán)線。發(fā)電產(chǎn)生的煤灰、爐渣和石膏等廢棄物可由產(chǎn)業(yè)鏈下游建材廠作為原料生產(chǎn)建材。

電廠建設(shè)有2臺(tái)660 MW超超臨界鍋爐，利用直接空冷發(fā)電機(jī)組，鍋爐燃燒方式為循環(huán)流化床鍋爐，配合高效除塵(電袋復(fù)合除塵+濕式電除塵)、實(shí)時(shí)煙氣脫硫(雙塔雙循環(huán)-濕法脫硫)、脫硝(選擇性催化還原脫硝技術(shù)-SCR工藝，尿素-水解制氮)等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)主要污染物的超低排放(氮氧化物45 mg/Nm3、二氧化硫35 mg/Nm3、煙塵5 mg/Nm3)，達(dá)到山西省超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)電工程動(dòng)態(tài)投資概算58.6億元，總體造價(jià)目標(biāo)為49.1億元，實(shí)現(xiàn)造價(jià)3643元/kW。按照標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)210元/t、利用小時(shí)40000 h、發(fā)電煤耗278.45 g/kWh(供電煤耗290.69 g/kWh)、廠用電率4.21%、水耗0.093 m3/(s·GW)等指標(biāo)測(cè)算，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值15億元/a，利稅5.2億元/a，其中利潤3.2億元/a，利稅2億元/a，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和顯著的社會(huì)效益。就循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū)而言，低熱值煤發(fā)電廠的建成投產(chǎn)意味著產(chǎn)業(yè)鏈中煤—電核心環(huán)節(jié)的構(gòu)成，也是企業(yè)煤電一體化實(shí)現(xiàn)的重要標(biāo)志。

3.4 高附加值產(chǎn)業(yè)——鋁業(yè)

園區(qū)范圍內(nèi)預(yù)測(cè)鋁土礦資源量達(dá)到89.6億t，探明D級(jí)儲(chǔ)量1.6億t，具有較大的開采潛力，規(guī)劃建設(shè)的鋁土礦產(chǎn)能為200萬t/a，配套的氧化鋁生產(chǎn)線采用拜爾+燒結(jié)兩步法生產(chǎn)工藝，產(chǎn)能可達(dá)到100萬t/a。同時(shí)利用園區(qū)內(nèi)電力優(yōu)勢(shì)，建設(shè)生產(chǎn)60萬t/a的電解鋁項(xiàng)目，以提高產(chǎn)業(yè)附加值。鋁業(yè)產(chǎn)生的紅泥等廢棄物亦可作為原料輸入下游建材島進(jìn)行建材生產(chǎn)。

3.5 變廢為寶、物流終端——建材廠

循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)上游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢物，如煤礦矸石、電廠粉煤灰、爐渣、石膏及鋁廠赤泥等均可作為原料進(jìn)行水泥和建筑用磚的生產(chǎn)。

水泥方面，園區(qū)內(nèi)石灰?guī)r資源豐富，Al2O3含量為0.15%，CaO含量為54.3%，是燒制石灰和制造水泥的良好原料，配合電廠粉煤灰、石膏、鋁廠赤泥，能夠滿足100萬t/a水泥廠的原料供應(yīng)。建筑用磚方面，利用煤礦矸石、電廠煤灰、爐渣等原料，預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)磚產(chǎn)量可達(dá)2億塊/a。合計(jì)建材廠總投資6億元，實(shí)現(xiàn)收入3.5億元/a，利潤1億元/a。

4 結(jié)語

(1)山西省煤炭企業(yè)在時(shí)代變革中求機(jī)遇、謀發(fā)展，積極改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、環(huán)境影響大等特點(diǎn)，結(jié)合資源特點(diǎn)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和節(jié)能減排方面進(jìn)行了積極的探索，規(guī)劃建成了多座各具特色的以煤炭開采為產(chǎn)業(yè)龍頭的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，在煤炭資源綠色開發(fā)清潔利用方面樹立了“山西模式”。

(2)煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)的根本目的是通過加長加粗產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值的方式進(jìn)行煤炭資源物質(zhì)、能量的綜合利用和就地轉(zhuǎn)化，并在各環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制污染排放，降低環(huán)境影響。結(jié)合現(xiàn)有成熟的煤炭洗選、低熱值煤發(fā)電、煤基化工等技術(shù)在煤礦附近進(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合建設(shè)，變輸煤為輸電、輸油、輸化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)煤炭就地集中轉(zhuǎn)化，產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)資源有效配置，降低企業(yè)成本，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

(3)伴隨國家煤電企業(yè)聯(lián)營重組的趨勢(shì)，煤電一體化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一正在引領(lǐng)傳統(tǒng)煤炭企業(yè)的變革。以晉能集團(tuán)為例，作為集煤、電、運(yùn)、建為一體的綜合能源集團(tuán)，其煤電聯(lián)營一體化項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)不僅可以克服傳統(tǒng)煤電企業(yè)權(quán)屬分置導(dǎo)致的重重矛盾，更能高效進(jìn)行產(chǎn)業(yè)協(xié)同調(diào)配、減少運(yùn)營制約阻礙，有效帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

(4)煤基循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的完善整合往往需要較長時(shí)間的建設(shè)，在此期間應(yīng)當(dāng)積極宣傳落實(shí)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，從基本產(chǎn)業(yè)單元開始，盡早完成主體產(chǎn)業(yè)如煤-電銜接，再逐步拉長增粗產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量循環(huán)體系。

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