開啟煤炭工業新時代

王慶一

（煤炭信息研究院，北京朝陽區，100029）

開啟煤炭工業新時代

王慶一

（煤炭信息研究院，北京朝陽區，100029）

認為高新技術的應用和管理創新從根本上改變了煤炭工業面貌。煤炭難以被替代，將重新成為世界第一能源。高產高效提升煤炭競爭力。潔凈煤技術決定煤炭工業的命運，中國領先世界。

煤炭工業 煤礦安全 高產高效 潔凈煤技術

世界煤炭工業正在經歷巨大的變革，進入安全、高效、清潔的新時代。這與我國現代化息息相關，中國應該迎頭趕上，開拓創新，迎接挑戰，直面變革。

1 煤炭重新成為世界第一能源

1.1 煤炭工業舊貌換新顏

20世紀80年代以來，高技術的應用和管理創新，使煤炭工業的面貌發生根本性的變化。勞動生產率成倍提高，安全狀況大為改善，生產成本大幅下降。以美國為例，煤礦全員效率由1980年的1.76 t／ （h·工）提高到2011年的5.03 t／ （h·工），提高1.9倍；百萬噸事故死亡率從0.167人降到0.021人，下降98%；按不變價格計算的煤炭平均出礦價下降44%。美國煤炭工業概況見表1。

表1 美國煤炭工業概況

煤炭工業已從勞動密集變為資本密集和技術密集行業，成為勞動生產率提高最快、生產安全的工業部門，變得更有競爭力和吸引力。

2011年，美國煤礦事故死亡21人，中國1973人；中國事故死亡率0.56人／Mt，為美國0.021人／Mt的26.7倍。美國煤炭工業平均每個職工年產原煤8810 t，為中國平均每人年產540 t的16.3倍。中國原國有重點煤礦商品煤平均出礦價70.9美元／t，為美國37.4美元／t的1.9倍。中、美之間上述三項指標的巨大差距，凸顯美國煤炭工業領先世界。

1.2 煤炭難以被替代

美國加州碳研究所的能源生命周期評估研究得出振聾發聵的結論：“化石燃料是世界上比替代能源質量更高的能源，儲量正迅速減少，沒有任何替代能源組合可滿足現今工業社會的需求。”

凈能比 （一次能源生產扣除所投入的能源的凈能量與產量之比）分析表明，目前對新能源、新技術的期望過高。多晶硅光伏電池的凈發電量是負值，生物燃料、油砂、油頁巖、氫能等是低凈能比或負凈能比替代能源。在電力以煤電為主 （2010年煤電占總發電量的76.1%）的中國，純電動汽車既不節能，也不環保，CO2排放比燃油汽車高50%。發展負凈能比替代能源和技術，會增加能源總消費量，還可能帶來不可接受的環境問題。

另一方面，我國是世界上少數幾個能源以煤為主的國家之一。幾十年來，經濟發展對煤炭的高度依賴，已經形成 “碳鎖定”，很難改變。事實上，近年煤炭占一次能源消費量的比重不降反升，從2002年的68.0%上升到2011年的68.8%；煤炭消費量極其巨大，2011年達3570 Mt，占世界的49.4%。2000-2010年，中國煤炭產量增加1851 Mt，遠遠超過同期新增可再生能源開發利用量195 Mt（標煤）。

全球能源系統過渡到可再生能源 （占比從1%增至50%以上）大約需要100年，還需投入比化石能源技術大得多的巨額投資。例如，2010年，百萬千瓦超超臨界煤電機組每千瓦投資3540元，風電場建設每千瓦投資9200元，并網光伏發電每千瓦21900元，離網光伏發電每千瓦45500元。

發展替代能源如果政策不當，管理不善，會產生嚴重后果。例如，西南水電開發 “大躍進”對當地生態環境的破壞，已經不亞于20世紀60-70年代對森林的毀滅性砍伐。

風力發電由于并網和消納不暢，2011年棄風超過安裝容量的12%，相當于3.3 Mt（標煤），風電企業損失50億元。

光伏行業陷入嚴重危機，2011年4季度全國光伏組件產能利用率跌至35%，2012年12月全國光伏制造企業80%陷入停產困境，賽維、英利、尚德等企業瀕臨破產。制造1 kg光伏電池多晶硅耗電600 k Wh，排放4 kg有毒物質。江西賽維年產多晶硅1.5萬t項目達產后，年耗柴油20.9萬t，年用電32億k Wh，相當于南昌市年用電量的1／4。寧夏石嘴山多晶硅廠排放的四氯化硅和氯化氫，導致周圍寸草不生。

1.3 煤炭重新成為世界第一能源

18世紀60年代，蒸汽機的發明催生近代煤炭工業的興起。19世紀，煤炭成為各國工業化的動力基礎。20世紀20年代，煤炭占世界一次能源消費量的87%。從20世紀20年代開始，世界能源結構發生重大變化，煤炭逐漸被石油取代。1967年石油占世界一次能源消費量的比重上升到40.3%，超過煤炭占比38.1%居首位。2011年，世界一次能源消費量達12274.6 Mt（油當量）其中油、煤、氣占比分別為33.1%、23.7%和30.3%。

據國際能源署 《世界能源望2011》和2012年12月18日發布的 《2012年中期煤炭市場報告》，如果按現行政策發展，到2017年，世界煤炭消費量將達43.2億t（油當量），接近石油消費量44.0億t（油當量），到2020年將超過石油成為世界首要能源。發電仍將是煤炭需求增長的主要驅動力，潔凈煤技術將推高長期煤炭需求，2035年世界煤炭消費量將達54.2億t（油當量），發電占煤炭消費量的比重將由2009年的65%上升到2035年的72%。

到2035年，中國煤炭消費量將達37億t（油當量），相當于74億t原煤。中國煤炭消費量占世界的比重，2009年為46.7%，2035年占47.9%。

2 煤礦安全持續改善

100多年以前，英、美等國煤礦事故頻發，傷亡慘重。英國1875年煤礦事故死亡1129人，死亡率達8.18人／Mt；1925年事故死亡1136人，死亡率4.67人／Mt。美國1905-1930年煤礦事故每年死亡2000多人。最嚴重的1907年，事故死亡3242人，死亡率達8.37人／Mt。

經過多年不懈努力，主要產煤國家煤礦安全狀況大為改善。20世紀90年代初，美國煤礦千人事故死亡率已低于金屬、制造、建筑、農業等20個行業，成為一個相當安全的部門。2011年事故死亡率降到0.021人／Mt。世界第四大產煤國澳大利亞，2003年實現煤礦事故零死亡，2008年至今保持零死亡。英國1999年以來一直保持煤礦事故零死亡 （1999年煤產量37.1 Mt）。主要產煤國煤礦事故死亡人數和死亡率見表2。

值得注意的是，印度煤礦技術相對落后，小礦多，但事故死亡率低，2011年為0.11人／Mt，僅為中國的1／5。

中國井工煤礦死亡事故的原因主要是瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出，冒頂，透水，火災和運輸等。

表2 主要產煤國煤礦事故死亡人數和死亡率

國外主要產煤國家改善煤礦安全的經驗主要有：

2.1 珍惜生命，強化立法

英、德、美等國與煤礦安全有關的法律法規已有100多年的歷史。世界上最早的煤礦安全立法始于英國1842年。在美國，1891年頒布第一個有關礦山安全的法律，此后多次修訂或重訂。每次都是在發生重大事故后社會輿論促使國會修訂或重訂的。1968年11月20日，康蘇爾煤礦瓦斯爆炸事故死亡78人，1969年頒布了新的 《煤礦安全與保健法》，規定了世界上最嚴格的安全與保健標準，如井下空氣中煤塵含量不得超過2 mg／m3。此后，該法又作了重大修改，1977年11月頒布了 《聯邦采礦安全與保健法》，擴大了聯邦采礦安全與保健局 （MSHA）的職權，礦工直接參與安全監督，加強研究開發及培訓，加重違章處罰。

2.2 獨立監督，嚴格執法

國外主要產煤國家都設有獨立的礦山安全監察機構，這對于有效執法是十分重要的。在美國，MSHA是執法機構，隸屬勞工部，有2260人，其中監察員950人 （煤礦監察員610人），2012年預算3.84億美元。各地煤礦監察員實行輪換制，每2年輪換一次，死亡3人以上的重大事故調查，當地監察員不得參加。

在印度，1952年 《礦山法》規定，任何與礦山或采礦權人有直接或間接關系的人，不得任命為礦山安全監察員。安全監察員有權命令關閉礦井或停產整頓，有權吊銷相關人員的專業資格證書。

美國1977年 《采礦安全與保健法》的實施，起初遭到煤礦主的抵制，認為法規太嚴。安全監察員到煤礦檢查，礦主如臨大敵，持搶 “歡迎”，往往需要聯邦武裝警察隨行。直到20世紀80年代末，煤礦漸漸看到實施該法的好處，安全意識大為增強。

2.3 礦工監督，有權舉報

美國、印度等國采礦安全法規定，礦工直接參與煤礦安全監督，有權舉報，拒絕違章作業。在美國，煤礦安全監察員到現場檢查，應有一名礦工全程陪同。礦工認為有險情或違法行為時，有權要求進行檢查。井下采區設有直拔MSHA的舉報電話。

在印度，礦工代表參加礦區安全委員會，安全委員會定期對煤礦進行安全監察。

2.4 露天開采，優先發展

露天礦產量比重高，是美、德、澳、印度、南非等國煤礦事故死亡率低的主要原因之一。2011年，美國露天礦產量比重為69%，德國93%，印度90%，澳大利亞80%，南非51%。

2.5 小礦培訓，政府撥款

許多國家法律規定對礦工進行強制性安全培訓。在美國，煤礦85%的事故是職工不安全行為所致。聯邦政府每年撥款1000萬美元，資助小煤礦安全培訓。

2.6 依靠科技，保障安全

美國 《采礦安全與保健法》規定，聯邦政府每年撥款6000萬美元，用于采礦安全技術研究開發。目前，國外煤礦已廣泛采用井下環境多功能計算機監測系統，并開采煤層氣。

3 高產高效增強煤炭競爭力

3.1 產業集中化

過去10年，世界煤炭工業結構發生重大變化。通過國內、國際兼并、收購，煤炭公司變得更大，更國際化，經營多元化。

2010年，30家煤炭公司占全球產量的40%，其中，中國神華集團、中煤集團和大同煤礦集團合計占9%。2010年世界十大煤炭公司概況見表3。

表3 世界十大煤炭公司概況

3.2 露天開采大發展

露天開采投資省，產量大，效率高，成本低，事故少。美國露天開采占煤炭產量比重1960年為30%，1970年為36%，1980年為51%，1990年為59%，2010年為69%。目前，露天開采已成國外主要產煤國家的主要開采方式。2011年露天開采產量占比德國為93%，印度為90%，澳大利亞為80%，美國和俄羅斯為69%，南非51%，印尼幾乎全是露天開采。2010年主要產煤國露天開采占煤產量比重見表4。

美國波德河煤田，是世界上已開發的最大煤田，探明儲量1224億t，埋藏低硫、低炭優質次煙煤，主采煤層平均厚度30 m，覆蓋層厚約60 m。目前幾乎全部露天開采，2011年產量達383.8 Mt，其中5座大型露天礦產量286.5 Mt，北恩特洛浦·羅歇爾礦9886萬t，黑雷礦9514萬t，卡巴洛·羅戈礦3583萬t，恩特洛浦礦3365萬t，鷹山礦2304萬t。

北恩特洛浦·羅歇爾礦是世界最大、生產效率最高的煤礦。2011年產量9886萬t，采用76 m3巨型電鏟、載重363 t巨型自卸卡車等巨型設備，職工1200人，生產效率達8.238萬t／人·a。

表4 2010年主要產煤國露天開采指標

山西平朔礦區2011年有2個大型露天礦和3個年產千萬噸級礦井，原煤產量達1.64億t，職工11626人。目前露天礦采用60 m3、70 m3巨型電鏟，載重170 t、190 t、300 t巨型卡車。2011年礦區生產效率達1.41萬t／人·a，是中國生產效率最高的煤礦。

3.3 礦井大型化

礦井生產集中化是提高效率的關鍵因素。美國礦井平均年產量1990年為22.8萬t，2011年提高到58.6萬t。2010年，澳大利亞礦井平均年產量達262萬t，南非208萬t。

隨著綜合機械化采煤技術的發展，出現了日產萬噸的采煤工作面，年產千萬噸的礦井。

中國綜合機械化高產高效大型礦井領先世界。2012年，全國已建、在建千萬噸級礦井達37座。神木-東勝礦區開采特低硫、低灰優質動力煤，已建成10座千萬噸級礦井，其中3座超過2000萬t／a，2座1500萬t／a，5座1000多萬t／a，是世界上規模最大的大型礦井群。該礦區的補連塔礦，2011年生產原煤2620萬t，是世界最大礦井。該礦2006年建成 “一井，二個工作面，年產2000萬t，500人”高產高效礦井。目前有2個7 m采高綜合機械化工作面生產，全員效率達138.6 t／工，世界領先。

3.4 高產高效提升煤炭競爭力

高產高效使煤礦生產成本大幅下降，從而增強產品競爭力。美國第三大煤炭公司云頂能源公司在波德河煤田有3個露天礦，2011年產量8570萬t，職工1150人，生產成本10.1美元／t，僅為美國煤炭平均出礦價的27%，是美國生產成本最低的煤礦。

我國神木-東勝礦區上灣礦，2011年產量1390萬t，職工僅316人，全員效率146.5 t／工，是世界生產效率最高的礦井。2011年生產成本106.9元／t，僅為原國有重點煤礦平均出礦價的23%。

中國煤炭工業擁有資源豐富和廉價勞動力 （目前中國礦工平均工資約為美國的1／7）的優勢，但生產效率僅為美國的6%。因此，煤炭生產成本遠高于美國，2011年原國有重點煤礦平均出礦價達70.9美元／t，為美國的1.9倍。

中國發電用煤到廠價2011年達103.4美元／t（標煤），為美國59.4美元／t（標煤）的1.7倍。因此，中國工業用電價格也高于美國，2010年中國為9.1美分／k Wh，美國6.8美分／k Wh。

近年來，中國國內煤價高于進口煤價，煤炭進口激增，從2002年的10.8 Mt增至2011年的182.4 Mt。世界最大產煤國成為最大煤炭進口國。同期，美國煤炭出口量從39.9 Mt增至97.3 Mt。

如前所述，發電是煤炭需求增長的主要驅動力。因為煤炭是最便宜的發電燃料。2010年，美國發電用煤價格為84.9美元／t（油當量），燃料油529.3美元／t（油當量），天然氣223.8美元／t（油當量）。英國分別為170.2、614.1和291.6美元／t（油當量）。

4 潔凈煤技術決定煤炭工業命運

國際能源署指出，未來世界煤炭需求取決于潔凈煤技術 （CCT）和碳捕集與封存 （CCS）投資的進展，大力推行潔凈煤技術將推高長期煤炭需求，對能源以煤為主的中國來說尤其如此。

近年我國潔凈煤技術加速發展，現已領先世界。

4.1 選煤

選煤可以脫除50%～70%的灰分和60%～70%的無機硫。燃煤設備使用經過洗選的煤，可提高熱效率，節煤10%以上。發達國家需要洗選的原煤早已全部洗選。中國2010年洗選原煤16.5億t，入洗率50.9%，節煤1.6億t以上，減排CO23.2億t，相當于同年開發利用可再生能源（不計大中型水電）減少的CO2排放量；減排SO2約770萬t，選煤脫硫的單位投資和成本僅為電廠煙氣脫硫的1／10。2012年入洗比重為53%。

4.2 煤炭貯配

在沿江、沿海等煤炭集散地建大規模貯存、加工、配煤、轉運基地，把來自不同煤礦、不同質量的煤摻配成適合特定用戶需要的煤 （主要是發電用煤，也有煉焦用煤和供出口的煤），從而提高利用效率，并保證供應穩定。動力煤配煤可節煤5%～8%。中國已建、在建、擬建的千萬噸級大型煤炭貯配中心的年處理能力超過3億t，其中5000萬t級的有5個。曹妃甸配煤中心已實現數字化。

4.3 水煤漿

水煤漿是用約70%的煤粉 （250～300μm）、約30%的水，加入1%左右的分散劑 （保證其流動性）和穩定劑配制而成的一種代油燃料。約2 t水煤漿可代1 t燃料油。制備水煤漿采用低灰 （＜8%）、低硫 （＜0.5%）煤，燃燒產生的SO2和顆粒物比燒原煤分別減少65%和85%。燃燒溫度比燒煤低100℃～200℃，NOx生成量較少。近年我國水煤漿生產利用發展迅速，2010年產能達8000萬t，其中3000萬t用作工業鍋爐、窯爐和電廠燃料，5000萬t用作氣化原料。工業鍋爐燃用水煤漿熱效率達83%以上，比傳統燃煤工業鍋爐高10%～20%，可節煤15%以上。水煤漿氣化后用作窯爐燃料，可節煤10%～20%。

4.4 循環流化床鍋爐

流化床鍋爐 （FBC）是從爐底鼓風，使床層懸浮，流化形成湍流混合條件，從而提高燃燒效率。循環流化床鍋爐 （CFBC）是通過高速空氣夾帶固體顆粒進入并返回燃燒室，進行輔助燃燒，促使煤粒沸騰燃盡。加入石灰石固硫，SO2排放可減少90%以上。較低的燃燒溫度 （830℃～900℃）使NOx生成大大減少。與常規層燃鍋爐相比，CFBC可節煤10%。2011年，我國已使用35～1025 t／h的CFBC近3000臺，總容量近40 GW。正在建設自主研發的600 MW超臨界CFBC。

4.5 超超臨界燃煤機組

超超臨界機組是鍋爐蒸汽壓力高達30 MPa的火電機組。2010年，我國已有33臺1000 MW超超臨界機組在運行 （2011年39臺），平均供電煤耗290 g／k Wh（標煤），比全國火電平均供電煤耗333 g／k Wh少43 g／k Wh。按此計算，采用超超臨界機組節能715萬t。上海外高橋三廠超超臨界機組平均供電煤耗279.39 g／k Wh，凈效率達44%。到2020年，估計超超臨界機組將占煤電的40%以上，約410 GW，節能潛力巨大。繼歐盟和美國之后，我國已開始研制700℃的超超臨界機組，效率可達51.5% （238.8 g／k Wh）

4.6 綠色煤電

華能綠色煤電項目，包括煤氣化聯合循環發電（IGCC），污染物回收，碳分離、利用或封存。煤氣凈化聯合循環發電是煤氣化產生燃料氣，驅動燃氣輪機發電，余氣加熱鍋爐生產蒸汽，驅動汽輪機發電。粗煤氣凈化脫硫，聯合循環提高熱效率，供電熱效率可達43%～46%。我國綠色煤電技術處于世界潔凈煤技術前沿，2009年7月在天津臨港工業區開工建設，電廠裝機容量250 MW，采用自主開發的兩段式干煤粉加壓氣化技術。脫硫效率可達90%，污染物和CO2可實現近零排放。2012年11月建成投產。

4.7 煤制天然氣

煤制天然氣是用煤制取熱值相當于天然氣的合成氣。原料煤粉碎后加壓氣化，用氧作氣化劑，產生粗煤氣，熱值為11.2～13.0 MJ／m3，冷卻后經部分變換 （調整 H2／CO）、凈化 （脫除 H2S和CO2），進行甲烷化，在催化劑作用下加氫合成CH4，煤氣熱值35～37 MJ／m3。

煤制天然氣是最有效的煤炭潔凈利用方式。其能源轉換效率和污染物排放明顯優于其他轉換技術。煤制天然氣的能源轉換效率達50%～52%，發電40%～42%，煤制甲醇42%，煤制二甲醚38%，煤制油32% （間接液化）～38% （直接液化）。單位熱值耗水量煤制天然氣為0.18 t／GJ，煤制油0.38 t／GJ，煤制二甲醚0.77 t／GJ，煤制甲醇0.78 t／GJ。煤制天然氣燃燒后產生的顆粒物、SO2和CO分別為燃煤的1／660、1／120和1／132。與直接燒煤相比，工業用燃料氣可節煤10%～20%，民用可節煤20%～30%。

煤制天然氣可管道輸送，使用方便，用途廣泛，包括發電、工業燃料、化工原料、車用燃料、民用燃氣等。可用作常規天然氣、液化天然氣和液化石油氣的補充氣源。

我國首套煤制天然氣裝置是大唐集團內蒙古赤峰40億m3／a煤制天然氣項目一期，2012年8月投產，采用褐煤氣化，煤價為200元／t時，成本為2元／m3，低于上海天然氣價2.5元／m3。在建項目有大唐集團遼寧阜新項目，40億m3／a；匯能煤化工有限公司內蒙古鄂爾多斯項目，16億m3／a；內蒙古慶華集團新疆伊犁項目，55億m3／a。煤制天然氣已建、在建、擬建項目共有39個，總產能達1620億m3／a。

［1］IEA.World Energy Outlook 2011

［2］IEA.Coal Information 2011

［3］國家安全生產監督管理總局信息研究院.世界煤炭工業發展報告 ［M］.北京：煤炭工業出版社，1999

［4］《能源百科全書》編輯委員會.能源百科全書［M］.北京：中國大百科全書出版社，1997

［5］美國碳研究所.凈能的限制與工業社會的命運［R］，2009

［6］王慶一.煤礦安全：國際經驗與對策建議 ［J］.中國煤炭，2003（4）

［7］董維武.印度安全生產及煤礦安全現狀分析 ［J］.中國煤炭，2011（7）

［8］National Mining Association.Most Requsted Statistics-US Coal Industry ［R］，2012

［9］National Mining Association.2011 Coal Producter Survey ［R］，2012

［10］吳式瑜.中國選煤發展30年 ［J］.煤炭加工與綜合利用，2009（1）

［11］綠色和平、中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會、全球風能理事會.2012中國風電發展報告［R］，2012

［12］王慶一.中國煤炭工業的數字化解讀［J］.中國煤炭，2012 （1）

To open a new era of coal industry

Wang Qingyi
（China Coal Information Institute，Chaoyang，Beijing 100029，China）

The application of high technology and innovation of management have changed the face of coal industry fundamentally，and coal acts again as the world＇s first energy.From the coal mine safety，high production and efficiency，clean coal technology and other aspects，the paper interprets that world coal industry has entered the new era with safety，efficiency and cleanness.

coal industry，coal mine safety，high production and efficiency，clean coal technology

TD-9

A

王慶一 （1935-），江蘇人，1956年中國礦業大學畢業。煤炭信息研究院研究員，曾任中國能源研究會副理事長，亞洲開發銀行、世界銀行中國能源項目專家。自1980年以來，主持或參加70項國家級能源政策研究和科技項目，其中國際合作項目20多項。著有 《中國能源》（主編）、《能源詞典》（主編）、《中國能源年評》、《中國能源五十年》等專著。

（責任編輯 張大鵬）