山西煤基循環經濟園區建設及實踐

徐 丹 魏 臻

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

在我國經濟發展進入新常態下，能源消費強度下降，煤炭在一次能源消費結構中的比重下降，但煤炭高效轉化、高端利用的需求進一步增加。未來的煤炭產業發展必須改變長期以來粗放單一的生產形式，克服經濟發展與環境污染的矛盾，提高煤炭企業抗風險能力。從冶金、電力、建材和化工4個主要煤炭輸出端來看，煤炭消費結構調整勢在必行，變輸煤為輸電，煤炭就地轉化率將大幅提升。電力產業作為煤炭企業結構升級主要關聯產業將得到重視，煤電聯營的產業模式將得到進一步推廣。

山西省是我國煤炭產銷大省，探明保有煤炭資源儲量為2674.3億t，約占全國的1/4。據統計，截至2015年底全省共有煤礦1078座，產能14.6億t/a。通過化解過剩產能退出部分煤礦，截至2017年6月全省合法生產煤礦為595座，產能9.4億t/a。煤礦數量眾多、規模差別大、產業結構單一是山西省煤炭工業的主要特點。

對于山西省煤炭企業而言，“黃金十年”時期完成的資本積累使得企業有能力完成多元化的產業聯合。在現階段政策行情下，僅對煤炭資源進行單一開采和銷售已不能滿足企業未來的發展，如何對資源進行綜合利用，實現多元化產業聯營、延伸加寬企業產業鏈，使煤炭資源在家門口就能就地轉化成高附加值的產品，將資源“吃干榨凈”，提高企業科技含量和市場競爭力是煤炭企業轉型升級的關鍵。

1 煤基循環經濟

煤基循環經濟是循環經濟理論在煤炭工業中的衍生理論，以生態、系統和可持續發展理論為基礎，其特點包括資源高效利用、節能減排、廢物循環再利用和下游產物無害化處理。在施行循環理論的工業園區中，通過各產業間相互緊密聯系配合，以實現物質閉路循環和能量多級利用，并且加強傳統廢棄物的循環再利用，從而升級產業結構、提高產品附加值、獲得群體效益，同時減少環境影響。

在煤基循環經濟園區中，煤礦作為最大的物質流和能量流產生的部門，是整個產業群落的基礎，并驅動循環產業鏈下游企業。因此，煤基循環經濟園區的完善過程就是圍繞煤礦主體而進行的下游產業的規劃和整合建設。

常見的3種主要煤基循環經濟園區模式包括：

(1)以煤電一體化為基礎，整合下游高耗能產業，如建材、冶金和電解鋁等；

(2)以煤直接轉化為核心的煤焦化、煤氣化、煤液化的煤化工產業；

(3)煤炭及其伴生礦物資源的綜合利用。

煤基循環經濟園區的產業構成不僅要考慮其自身資源稟賦，更要將市場環境、投資回報、產品銷路進行綜合可行性分析。結合山西省南部和北部煤炭資源差異，以同煤集團和潞安集團兩大集團規劃建設的循環經濟園區為例，進行產業構成及技術應用說明。

1.1 同煤集團塔山循環經濟園區

同煤集團塔山循環經濟園區位于山西省北部，是國家批準的首個煤炭產業遵循循環經濟原則而建立的綜合性項目。自2003年動工建設至今，塔山循環經濟園區以塔山煤礦為主，完成了煤—電產業主鏈的建設，并通過結合建材和化工等項目，形成了多產業共建的綜合煤基循環經濟園區。

其中，塔山特大型礦井是整個產業鏈的龍頭，煤炭產能達到15 Mt/a，為經濟鏈下游產業提供了源源不斷的物質原料和能源基礎。以塔山煤礦為核心，園區結合兩種傳統模式，建立了煤—電、煤—化工兩條基礎產業鏈，整合并優化了包括煤礦、選煤廠、電廠、矸石磚、高嶺土、甲醇、水泥和污水處理等多個產業項目，形成了相關行業共生、資源共享的循環經濟模式，達到了生態環境最小影響、煤炭資源綜合開發利用的目的。塔山循環經濟園區產業結構見圖1。

圖1 塔山循環經濟園區產業結構

塔山循環經濟園區的建成標志著煤炭企業從傳統單一開采向圍繞煤炭資源進行綠色化、園區化、規模化的綜合利用和產業升級進行轉變，為山西省煤炭資源的綠色有序開發利用和就地轉化提高工業產值做出了良好的示范作用。

1.2 潞安集團多元化循環經濟園區群落

潞安礦區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基地，其石炭二疊系地層賦存有大量優質瘦煤和貧瘦煤，屬低硫、低磷、高發熱量的優質動力煤和煉焦配煤，用途十分廣泛。

資源稟賦決定了潞安集團以煤為基、產業多元、聯合發展的特點，并以此為思路建立了屯留、高河、潞城和東古4個循環經濟園區。結合各資源區不同的優勢，進行共同資源利用整合，形成多元化的產業群落，使得集團產業鏈拉長加粗，從單一產業到以煤為基的多元化經濟產業并舉。潞安集團循環經濟產業群落見表1。

潞安集團堅持立足煤、延伸煤、超越煤的發展戰略，依托豐富的煤炭資源，從單一粗放的生產模式中走出來，建立了集群化的循環經濟產業群落。重視技術人才的引進及自身科研創新發展，豐富了集團產品種類，提高了產品科技含量和附加值，是煤炭企業落實科學發展、走新型工業化道路的典范。

表1 潞安集團循環經濟產業群落

2 煤基循環產業中的低熱值煤發電技術

傳統煤炭開采模式中，原煤直接從礦井中開采并運送至地面，經過脫硫脫硝等洗選工藝成為商品煤進行外銷。而對于原煤洗選產生的大量煤矸石、煤泥和洗中煤等廢棄產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，也對大氣、水體、土壤等自然環境造成了污染。如何變廢為寶，實現資源充分利用，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電技術的發展，利用低熱值煤資源發電成為可能。

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

據統計，國家重點建設和開發的13個大型煤炭基地原煤入洗能力為15億t，隨著技術的成熟發展，產生的5.36億t低熱值煤資源有機會得到高效利用。以山西省為例，2016年政府投資300億元在全省進行技術推廣，陸續批準了共計24個低熱值煤發電項目，覆蓋了各大煤炭主產區，并建設投產了以同煤塔山、晉煤趙莊、潞安高河、陽煤左權、晉能王家嶺等為代表的一批低熱值煤發電廠。低熱值煤發電在山西省，特別是原煤熱值不高、矸石含量高的礦區應優先考慮，亦可作為矸石等固體廢物的有效處理手段進行推廣。

表2 鍋爐參數一覽

低熱值煤發電技術是實現高碳產業低碳綠色發展的重要途徑，不僅解決了煤礦生產中最大的固體廢棄物處理問題，更實現了對煤炭資源的充分利用。同時，發電電能不僅能反饋煤礦，更能為下游高耗能產業建設提供能源保障，在煤炭與其伴生資源利用方面奠定良好基礎，使得產業鏈得以延伸、產品附加值提高，并形成了降污染、調結構、一體化的煤炭發展新模式。

煤基循環經濟園區煤電一體化的建設是循環產業鏈最核心的一環，在大型煤炭企業產業升級及優化布局中起重要作用，而且，同一主體企業的煤電聯營更加具有產業優勢和高效的內部協調機制。下面以晉能王家嶺循環經濟園區為例進行說明。

3 王家嶺循環經濟園區“1+3”建設模式

3.1 背景介紹

王家嶺循環經濟工業園區位于山西省保德縣境內，河東煤田北段。區內依托豐富的煤炭和鋁土礦資源，規劃建設基于大型現代化礦井，集發電、氧化鋁、煤化工、建材等產業為一體的煤炭綜合利用示范基地。園區產業鏈核心包括2座現代化千萬噸級礦井、低熱值煤電廠、鋁土礦及氧化鋁產業、建材廠，形成“1+3”發展模式的煤基循環經濟園區體系，王家嶺循環經濟園區產業結構見圖2。

2009年開工建設至今，已建成并投產第一座5 Mt/a的王家嶺礦及配套選煤廠，在建2×660 MW超超臨界低熱值煤發電廠。

3.2 產業鏈核心——煤礦

在煤基循環經濟園區中，煤礦是最核心的物質輸出和能源生產中心，作為整個產業鏈物質流和能源流的源頭，其建設生產屬性直接決定了園區產業鏈下游項目的類型配置和建設規模。

園區分別規劃建設2個千萬噸級礦井——王家嶺礦和白家溝礦，建成后園區原煤總產能將達到2000萬t/a。其中，王家嶺礦及配套選煤廠已正式投產，一期產能5 Mt/a。

圖2 王家嶺循環經濟園區產業結構

礦井布置一個高產高效工作面，采用長壁放頂煤工藝開采4號煤層，平均采厚7.75 m，采放比1∶1.2。主要采煤設備全部國產化，主要開采設備技術參數見表3。

表3 主要開采設備技術參數

王家嶺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煤線外運銷售，剩余低熱值煤如洗中煤、煤泥及矸石等，由產業鏈下游各項目進行消化利用。

3.3 能源中轉站——低熱值煤發電廠

晉能保德2×660 MW超超臨界發電工程是王家嶺循環經濟園區能源中轉樞紐，利用園區內2個千萬噸級煤礦產生的低熱值煤資源及周邊煤礦煤源補充進行發電，電能除能供給園區產業鏈中電解鋁等高耗能項目，還可以直接反哺煤礦生產生活用電，形成能源利用環線。發電產生的煤灰、爐渣和石膏等廢棄物可由產業鏈下游建材廠作為原料生產建材。

電廠建設有2臺660 MW超超臨界鍋爐，利用直接空冷發電機組，鍋爐燃燒方式為循環流化床鍋爐，配合高效除塵(電袋復合除塵+濕式電除塵)、實時煙氣脫硫(雙塔雙循環-濕法脫硫)、脫硝(選擇性催化還原脫硝技術-SCR工藝，尿素-水解制氮)等技術，能夠實現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)，達到山西省超低排放標準。

發電工程動態投資概算58.6億元，總體造價目標為49.1億元，實現造價3643元/kW。按照標煤單價210元/t、利用小時40000 h、發電煤耗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)等指標測算，可實現產值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，具有良好的經濟效益、環境效益和顯著的社會效益。就循環產業園區而言，低熱值煤發電廠的建成投產意味著產業鏈中煤—電核心環節的構成，也是企業煤電一體化實現的重要標志。

3.4 高附加值產業——鋁業

園區范圍內預測鋁土礦資源量達到89.6億t，探明D級儲量1.6億t，具有較大的開采潛力，規劃建設的鋁土礦產能為200萬t/a，配套的氧化鋁生產線采用拜爾+燒結兩步法生產工藝，產能可達到100萬t/a。同時利用園區內電力優勢，建設生產60萬t/a的電解鋁項目，以提高產業附加值。鋁業產生的紅泥等廢棄物亦可作為原料輸入下游建材島進行建材生產。

3.5 變廢為寶、物流終端——建材廠

循環經濟園區上游產業產生的廢物，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行水泥和建筑用磚的生產。

水泥方面，園區內石灰巖資源豐富，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。建筑用磚方面，利用煤礦矸石、電廠煤灰、爐渣等原料，預計標準磚產量可達2億塊/a。合計建材廠總投資6億元，實現收入3.5億元/a，利潤1億元/a。

4 結語

(1)山西省煤炭企業在時代變革中求機遇、謀發展，積極改變產品結構單一、環境影響大等特點，結合資源特點在產業結構升級和節能減排方面進行了積極的探索，規劃建成了多座各具特色的以煤炭開采為產業龍頭的循環經濟產業園區，在煤炭資源綠色開發清潔利用方面樹立了“山西模式”。

(2)煤基循環經濟的根本目的是通過加長加粗產業鏈、提高產品附加值的方式進行煤炭資源物質、能量的綜合利用和就地轉化，并在各環節嚴格控制污染排放，降低環境影響。結合現有成熟的煤炭洗選、低熱值煤發電、煤基化工等技術在煤礦附近進行產業整合建設，變輸煤為輸電、輸油、輸化工產品，實現煤炭就地集中轉化，產出高附加值產品，實現資源有效配置，降低企業成本，提升企業競爭力。

(3)伴隨國家煤電企業聯營重組的趨勢，煤電一體化的協調統一正在引領傳統煤炭企業的變革。以晉能集團為例，作為集煤、電、運、建為一體的綜合能源集團，其煤電聯營一體化項目的實現不僅可以克服傳統煤電企業權屬分置導致的重重矛盾，更能高效進行產業協同調配、減少運營制約阻礙，有效帶動區域經濟發展。

(4)煤基循環經濟園區產業鏈的完善整合往往需要較長時間的建設，在此期間應當積極宣傳落實循環經濟理念，從基本產業單元開始，盡早完成主體產業如煤-電銜接，再逐步拉長增粗產業鏈，實現物質和能量循環體系。

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