煤中灰分和硫分洗选迁移模拟结果分析

1 提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放煤炭洗选可脱除煤中50%－80％的灰分、30%－40％的全硫（或60%~80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿t动力煤一般可减排60～70万tSO2，去除矸石16Mt。

2 提高煤炭利用效率，节约能源煤炭质量提高，将显著提高煤炭利用效率。一些研究表明：炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁高炉的利用系数可提高3.99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200～360J/g,每度电的标准煤耗增加2～5g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%~8%。

3 优化产品结构，提高产品竞争能力发展煤炭洗选有利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。我国煤炭消费的用户多，对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，若不发展选煤便无法满足市场要求。

4 减少运力浪费

由于我国的产煤区多远离用煤多的经济发达地区，煤炭的运量大，运距长，平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可节省运力9600Mt.km。洗选方式一般有跳汰工艺、重介工艺、风力选煤等

煤中有害元素通过洗选释放到大气圈、水圈和岩石圈，会污染地表水、地下水、大气，也会降低土壤质量，进而危及生态环境平衡及人体健康。有害元素在水-土壤-生态环境系统中迁移富集的能力以及对表生环境的污染程度，受元素本身地球化学特性及表生环境介质性质等因素的控制。由本章前面的分析可知，煤中有害元素在洗选过程中主要向中煤、煤泥（尾煤）、煤矸石及洗后水中迁移富集，因而对这些洗选产物的处置及深加工应该引起高度重视。

1.煤和煤泥中有害元素富集的环境效应

测试数据显示，煤中有害元素通过洗选明显向中煤和煤泥富集，如煤泥中Se，Zn，St，d，Hg，Ba，As的平均富集率超过100%，其他绝大部分有害元素的富集率都超过50%（表6-6）。如果用煤泥作为民用或热电厂燃料，产生的环境危害将远比直接燃烧要大得多。下面，以As为例，简要阐述其对环境的影响。

As是煤中挥发性较强的有毒元素，煤燃烧时大部分砷形成剧毒的砒霜（As2O3）和As2O5化合物侵入大气环境，一部分残留在灰渣和飞灰中。在雨水淋滤过程中，灰渣和飞灰中残留的As部分向水、土壤环境迁移转化。在我国新疆、内蒙古、贵州等地，发生过由于环境中砷含量过高导致“地方性砷中毒”的实例（蒋玲等，1996）。早在1965年到1966年，贵州省织金县就出现过砷中毒75例，安冬等（1992）又一次证实织金县As中毒事件属于煤烟污染型砷和氟联合中毒。在四川省巫山县，也发现煤烟型氟砷联合中毒事件，8～12岁儿童60份头发样和尿样中砷都偏高，超过对照样一倍多（朱岚等，1999）。

研究表明，上述中毒事件燃煤烟尘在室内聚集造成的，当地煤中As的含量并不高，只有（6.20±1.41）×10-6，可室内飘尘的砷含量竟高达2.299mg/m3。因而，对煤泥的处置，应加强管理，杜绝用煤泥作燃料。

2.煤中有害元素向洗后水中迁移的环境效应

前已述及，安太堡煤中Cr，Sr，Pb，V，Mn的洗选溶出率大于50%，可见煤中这些有害元素易释放到水中去。安太堡煤样洗后水中Pb的浓度为0.0513mg/L，超过生活饮用水卫生标准0.05mg/L（GB5749—85）；Mo的浓度为0.0239mg/L，超过美国灌溉水推荐浓度0.01 mg/L。

安太堡、公乌素煤样洗后水中V的浓度分别为0.1573mg/L和0.1175mg/L，均超过地面水有害物质最高允许浓度0.1 mg/L（TJ36—79）。由此表明，煤炭洗选会对水质造成较大的污染，对洗后水如不经处理随意排放，其中的高浓度有害元素必然会对环境和人体健康造成危害。

3.煤矸石中有害元素迁移的环境效应

煤矸石既可随采煤过程排出地面，也可通过洗选被进一步聚集。煤矸石产量占原煤产量的10%～30%，产量极其巨大。我国每年排放矸石约1.5亿～2亿吨，截至1995年底已在地表堆积30亿吨以上，占地约22 万公顷。在已堆积的1500 余座矸石山中，近300座发生过自燃或正在发生自燃。如此之多的煤矸石，不仅占用了大量土地，而且由于淋滤作用和自燃作用产生的有毒物质，使土壤、大气、水体遭受严重污染。

例如，乌达矿区某矿煤矸石山自燃，排出 SO2和 H2S 的最高日平均浓度达10.69mg/m3，使该地区呼吸道疾病发病率明显高于周边地区。再如，铜川矿务局13个矿中有6个矿的矸石堆发生自燃，导致矸石山周围地区SO2和TSP等严重超标，在自燃矸石山周围工作5年以上的职工都患有不同程度的肺气肿病。自燃矸石山附近寸草不生，稍远处树木、作物也受酸害。所以，煤矸石是矿区主要的污染源之一，治理煤矸石山的污染也是煤矿区环境治理的重要任务之一。

煤矸石中有害元素可以通过燃烧向环境中的迁移。一般认为：常温下（25℃）煤矸石中黄铁矿可以发生氧化反应（4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2+3412kJ）；如果供氧不足，则释放出硫磺（4FeS2+3O2→2Fe2O3+8S +917kJ）；如果有水参与，还会产生硫酸（2SO2+O2→SO3+189.2kJ，SO3+H2O→H2SO4+79.5kJ），从而加剧氧化。这些放热反应形成的热量在矸石山内部不易扩散，热量积聚超过煤的燃点时就产生自燃，一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。自燃后，矸石山中部温度800～1000℃，矸石融结，同时向大气中释放出含有害微量元素，SO2，CO2，CO，H2S等的气体和可以致癌的稠环芳香化合物，造成大气污染。据阳泉矿务局监测，矸石自燃后大气中 CO 浓度为125.9mg/m3，SO2为19mg/m3，大大超过大气最低标准要求。葛银堂（1996）对通过燃烧模拟实验，得出煤矸石中几种有害元素的自燃挥发率，并认为就山西各主要矿区煤矸石自燃物排放浓度而言，除部分样品Cd不超过规定外，其余元素均超过工业污染源评价标准，构成工业污染源。

煤矸石中有害元素对水环境的污染，主要通过直接污染和间接污染两种方式。直接污染是指煤矸石中有害元素直接进入水环境中，如Hg，As等进入水环境中，没有改变自身的价位和性质，仍保持原有的化学毒性。间接污染是指从煤矸石中释放到水环境中的微量元素浓度并不高，或在煤矸石中没有毒性，但在淋滤作用过程中发生物理化学、化学或生物变化，其价位发生升高或降低，或改变了水环境的性质，这种方式又称二次污染。余运波等（2001）认为，山东部分煤矸石堆放区附近水体中微量元素有害成分，如Be，U，Mn，Sr，Mo，Ni，F等存在超标或浓度过高的现象。葛银堂（1996）对山西部分矿区煤矸石进行淋滤实验后发现：与地面水Ⅴ类标准相比，淋滤水中超标的元素有Se，Zn，Mn，F，Fe等；以生活饮用水标准评价，Se，Zn，Cr，Mn，F，Fe等元素超标。White等（1984）认为，As，Cd，Se，Pb等元素的淋出浓度常常超过水质标准，而Hg 的淋滤较低，不会造成危害。

崔龙鹏等（1998）通过研究认为，煤矸石中淋溶出的有害元素 Cd，Pb，Hg，Cr，As，Cu，Zn等，会对接纳水体构成一定的污染。这些元素的毒性很大，能在环境和动植物体内蓄积，引起急慢性中毒，造成肝、肾、肺、骨等组织的损害，会侵害人体呼吸、血液循环、神经和心血管系统，甚至能够致畸、致癌、致死，对人体健康产生长远的不良影响。对淮南某矿煤矸石淋溶水的研究结果表明，除Hg外，上述其他元素含量均大大超过国家第一类污染物最高允许排放浓度，这些有害元素的排放与转移，必然会对塌陷区积水及周围水系造成严重污染。

煤矸石中有害元素可以通过风化、淋滤及其他作用向土壤环境中的迁移。Longmiro曾对多种元素进行土柱实验，发现Pb，Zn，Cd，Hg，Cr，Cu，Ni等的阳离子在土壤中发生沉淀和交换作用，迁移能力相对较低。刘桂建等（1999）认为，Cu在土壤中的迁移能力弱于Zn和Pb。李林涛等（1991）对山东某煤矿矸石堆与周围土壤中的Hg进行了对比分析，发现Hg在周围土壤中的浓度高于土壤对照点中的浓度，说明煤矸石中Hg对土壤的污染效应还是较为明显的。煤矸石中有害元素的淋滤排放浓度受雨水和其他汇水量大小的控制，一般要按淋滤水最大量来计算。计算结果表明：在山东兖州矿区济宁二号井和三号井，年排放矸石为56.76万吨和70.59万吨，在pH=7的情况下，两矿井煤矸石每年向土壤中排放As的数量分别为5.676 kg和7.059 kg。

就鄂尔多斯盆地北缘-晋北地区来看，根据国家土壤质量环境标准（GB15618—1995），部分煤层顶底板中有害元素含量的统计结果见表6-13，与世界土壤元素含量平均值及土壤质量环境三级标准的比较结果见图6-20。国标中列出标准含量的元素种类较少，故在研究区只有Cd的含量超过土壤质量环境三级标准，其他元素无法比较。然而，与世界土壤元素含量平均值比较，发现研究区煤矸石中有害元素Cd，Hg，As，Pb，Cu，S，Se，U，Th，Mo及Ba的含量相对较高。其中，国标中没有列出的元素仅有 S，Se，U，Th，Mo及Ba，表明除个别元素（如Cd）外，研究区煤矸石对土壤的直接污染不是很大，与前述推论一致。

表6-13 研究区煤矸石中部分有害元素的含量　（wB/10-6）

图6-20 鄂尔多斯盆地北缘-晋北地区煤矸石中有害元素的含量（S含量单位为%）

进一步而言，鄂尔多斯盆地北缘-晋北地区煤矸石中Cd的含量明显高出土壤背景值（陕西省农业土壤背景值0.118μg/g）及土壤质量环境三级标准，表明Cd对土壤环境存在污染潜势。

煤矿在生产和洗选加工原煤时，要排放大量煤矸石，这些固体废弃物长期不能被有效利用，占用了矿区及周边城镇大量土地，污染大气环境。焦作煤业（集团）有限责任公司已有109 年的开采历史，伴随着煤炭开采量的不断增加，煤炭开采的伴生物———煤矸石大量堆放，即占地又扬尘，严重影响着焦作这座新兴旅游城市的生态环境。

煤矸石电厂是用煤矸石为燃料，将其燃烧产生的热能转化为蒸汽热能，利用汽轮发电机组发电，属资源综合利用项目。全面步入振兴阶段的焦作煤业（集团）有限责任公司，在科学发展观的指导下，把煤矸石综合利用，促进循环经济发展，作为一项重要产业来抓。这一发展思路符合国务院国发[1996]36号文件的要求。位于焦煤集团演马庄矿东侧的焦作煤业（集团）演马电厂，始建于1988 年10 月，现有装机容量37 兆瓦，在职员工426人。用演马庄矿、九里山矿、凯马煤冶化公司等矿井产出的煤矸石从事发电生产，每年综合利用煤矸石30 万吨左右，发电量可达2 亿多千瓦时，供电煤耗控制在300克/千瓦时以下，降低燃料成本费用千余万元，为建材企业提供灰10余万吨，渣15万吨左右。建厂以来，已利用煤矸石100 余万吨，发电10亿多千瓦时，减少矸石占用耕地60余亩，改善了矿区环境，创造出可观的经济效益和社会效益，成为焦作煤业集团循环经济发展的中坚力量。

一、综合利用矸石数量年年递增

焦煤集团演马电厂是经原国家煤炭工业部批准兴建的煤矸石坑口电厂。一期工程装机容量2×6兆瓦，分别于1992年6月和1994年6月投入生产。二期工程25兆瓦机组于2003年元月投入运行。所发电力主要供给焦煤集团东部矿区使用。锅炉分别采用江苏无锡锅炉厂生产的UG—35/3.82—M12型循环硫化床锅炉和北京锅炉厂生产的 BG130/3.82—M型循环硫化床锅炉，燃料以煤矸石为主。

多年来，该厂始终坚持走煤矸石综合利用之路，依靠资源优势，努力做好煤矸石发电利用及灰渣用于建材这篇大文章。强化煤矸配比，积极探索最佳运行方式，用矸量确保达到2/3以上。在企业内部狠抓节支降耗，加强成本核算，细化生产经营指标。从2004 年9 月份至今，持续开展生产指标劳动竞赛，以比用矸量、标煤耗、发电量等指标为内容的值与值之间的竞赛考核，进一步增强了广大职工的竞争意识，发电量明显提高，煤耗量明显下降，用矸量大幅度上升。

该厂在积极组织集团公司内部矸石的同时，还主动出击到市场上寻找合适矸源，为发电机组正常运行提供有力保障。原来占用耕地并且污染环境的废弃物———煤矸石，在演马电厂得到了充分利用。2003 年用矸13 万吨，用煤9万吨；2004年用矸19.1万吨，用煤7.9万吨；2005年用矸19.2万吨，用煤5.67 万吨，2006 年用矸28.08 万吨，用煤6.46 万吨，发电量2.07亿千瓦时。2007 年第一季度用矸6.8 万吨，用煤1.5 万吨，发电量0.51亿千瓦时。煤矸石利用量逐年提高。

二、技术改造年年创新

为确保煤矸石综合利用效果，几年来，演马电厂大力推行生产设备技术工艺改造和创新，不断提高企业的经济效益。

（1）改造燃料输送系统。煤矸石综合利用的核心就是多用、用好煤矸石。因此煤矸石的筛分、破碎系统是制约使用煤矸石多少的瓶颈。为了不断提高用矸量，演马电厂于2002 年投资140 万元，扩改建原有燃料输送系统，并多次进行技术改造，提高矸石筛分、破碎能力，使符合颗粒尺寸要求的煤矸石供应能力由原来的30吨/小时提高到80吨/小时，入炉煤的煤矸配比由原来的1∶2提高到1∶4以上，极大地提高了燃料保障能力，为煤矸石综合利用夯实了基础。采用集中控制系统。把演马庄矿洗煤厂出来的煤矸石，经皮带走廊运输至厂内，由矸仓运输至筛分破碎系统，再到煤矸配比混合的5部、6部皮带，直至炉前仓，整个操作过程全部由集中控制系统统一完成。

（2）改造计量设备，提高煤矸配比技术。为了保证煤矸配比的科学化、合理化，演马电厂投资30万元进行了计量设备改造，把原来的机械皮带秤改为先进准确的核子秤，煤矸石的使用过程得到全程控制，对每台炉的煤矸瞬时量、班用量、日用量、月用量进行精确的记录和统计。安装使用灰分在线监测仪设备，用于对燃料发热量的瞬时监测，通过煤矸系统的变频给煤机及时调节煤矸配比，确保入炉燃料发热量均匀、稳定，进一步节能降耗。

（3）发电机组、储矸设施改造。2004年投资120万元大修了1号机组，2005年投入近300 万元对3 号机组进行了大修，尤其是3 号锅炉防磨内衬的技术改造，使3号锅炉能稳定、连续、经济运行，并获得了省煤炭工业科技进步二等奖。2006年投资20多万元对3号炉给煤机进行改造，将原刮板给煤机改造为皮带机式给煤机，投运后运行稳定并且节能，故障率降低，维修量大为减少，改造后给煤机的总运行维修费用每年可节约20多万元左右。针对3号汽轮机经常出现的失磁、跳闸、无功不稳定现象，2007 年投入20余万元，采用中国电力科学院设计的励磁调节装置，彻底消除励磁机存在的隐患。投资10万元，为发电机组直流系统增加一组蓄电池，进一步提高直流系统稳定运行及备用能力。2004 年以来，投资600 多万元对煤矸棚进行了改造，使煤矸石储量增加一倍。

（4）对水系统进行改造。完成了化水两台净水器的改造。改造后演马庄矿的来水净化量明显加大，地下水利用量明显减少。改造3号净水器；将反渗透浓水改至厂区中心花园的人工湖，使废水得到有效利用；改造燃运除尘系统供水方式，水源由深井水改为净化后的矿井排水，节约全厂总用水量。

演马电厂3号机组的锅炉为循环流化床锅炉，经过多次技术改造，不断加强职工技术培训，提高职工技术素质和操作水平，目前机组整体运行状况达到历史最好水平。通过生产指标竞赛、系统节能降耗等活动，锅炉入炉燃料始终控制在2500千卡/千克以下。目前，操作人员对低热值燃料运行的适应能力大大增强。从2003 年下半年至今，经过不断的探索，逐步加大掺矸量，降低煤耗，入炉燃料在1500 千卡/千克左右也可稳定运行，2000千卡/千克可满负荷运行，煤矸石燃烧技术是我国同类型机组中的佼佼者。

三、拓展循环经济链条

演马电厂致力于提高灰渣活性，增加灰渣的综合利用价值。该厂年产出废渣15万多吨，全部被焦煤集团千业水泥厂、焦作市强胜建材厂等厂家利用。产飞灰10万多吨，全部被焦作市强胜建材厂、焦作韩王工业有限公司及待王水泥厂所用，做到了煤矸石、渣灰等废弃物的充分回收利用。起到了“煤———电———建材”产业链中承上启下、变废为宝的作用，促进循环经济的良性发展。

自1994年至今，演马电厂连续7 次被省市等有关部门认定为综合利用企业。《资源节约与综合利用审核方法》试行期间，演马电厂作为河南省发改委确定的首批试点审核企业进行了审批，并且是惟一一家达标的审核企业。2004年底，经省发改委复查继续被认定为资源综合利用企业。认定证书编号为ZQRD—05—141。

2003～2005年，共完成发电量7.78 亿千瓦时，供电量6.76 亿千瓦时，创产值233400万元。2006年完成发电量2.07 亿千瓦时，供电量1.78 亿千瓦时，销售收入4668.45 万元，煤耗量6.46 万吨，矸耗量28.08 万吨，发电煤耗242 克/千瓦时，供电煤耗 281 克/千瓦时，燃料费用成本降低了1163.91万元，创造了可观的经济效益和社会效益，为焦煤集团的发展作出了巨大贡献。

四、强化以人为本管理理念

演马电厂注重强化以人为本、科学发展的管理理念，始终坚持“安全第一，预防为主”的方针，把安全生产作为企业管理的永恒主题。经常组织职工开展了多种形式的安全活动，每年都举办安全法律法规知识答题及考试，合格率100%。坚持每年开展两次“百日安全无事故”活动，每年6月份开展“安全生产月”活动，组织职工安全操作规程知识答题及安规测试，提高全体职工的安全意识。

扎实推进安全文明生产达标工作，每月召开一次安全现场办公会，组织一次安全大检查，对查出的安全隐患及时整改。2007 年元月在河南省煤炭行业组织的质量标准化达标验收中，演马电厂获得省特级质量标准化企业。截至2007年3月底，该厂已实现安全文明生产5382天。

以人为本，关心员工，坚持把全心全意为职工群众服务落到实处，给职工群众提供良好的工作生活环境，及时解决职工群众生活福利方面的问题。近年来为职工群众办了多件实事：一是为职工解决上下班班车问题。二是提高职工夜班费，并落实班中餐待遇。三是加强职工食堂管理，保障职工食堂饭菜供应。四是在运行职工中开展首席员工及技术能手评选活动，激发职工的工作热情。

作为焦作煤业集团所属的一家新兴综合利用型企业，演马电厂十几年的建设与发展，带动了集团公司及所在地区的循环经济发展。在企业发展的同时，也陷入窘境，面临一些问题，值得审慎探讨：

（1）发展煤矸石电厂，以煤矸石综合利用促循环经济发展的产业结构，有利于煤炭企业采用清洁生产技术，推进煤炭企业节能生产，延伸煤炭产业链，走循环发展和多元发展的道路，促进煤炭企业的转型。同时，发展煤矸石电厂对促进环境保护、缓和缺电矛盾、缓解矿区就业压力、促进地方税收增长都有积极的作用。综合利用煤矸石发展循环经济既利废又节能，是煤炭开采地区一项十分有益的重大课题。演马电厂的建设与发展，尽管收到了较好的经济效益、社会效益和环境效益，但是也面临着小火电机组被关停的危机。因此，政府在制定关停小火电机组政策时，应该给煤矸石综合利用型机组多一些相关的扶持政策，把煤矸石综合利用机组与一般小火电机组区别对待，不应该将其纳入小火电机组的关停之列，以保证其在节能减排发展循环经济中发挥更好的作用。

（2）作为综合利用型企业，演马电厂把社会效益同企业经济效益联系在一起，加大环境保护投入。近几年来，演马电厂坚持采用含硫量在0.2%～0.3%以下的特低硫入炉燃料，同时利用循环硫化床锅炉自身脱硫优势，采用石灰石脱硫法进行炉内脱硫，使二氧化硫排放量降低到了200 毫克/标准立方米以下。使用先进的电除尘设施有效降尘，按国家环保政策要求，投资140万元在烟气系统安装烟气在线监测设备，保证烟尘排放控制在标准要求之内。

承担着循环经济发展重要任务的演马电厂，仍需进一步提高节能减排意识，加大环保治理工作力度，确保综合利用企业的发展既能产生企业效益又能产生社会效益，有利于保护自然环境。

作用：

1、煤炭洗选可脱除煤中50%－80％的灰分、30%－40％的全硫（或60%~80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿t动力煤一般可减排60～70万tSO2，去除矸石16Mt。

2、提高煤炭利用效率，节约能源。煤炭质量提高，将显著提高煤炭利用效率。

3、优化产品结构，提高产品竞争能力。

4、减少运力浪费。