國家能源集團加快基于融合光譜的煤質(zhì)快速檢測關(guān)鍵技術(shù)研究與數(shù)字化管控平臺建設(shè)，累計檢測煤量超5000萬噸;山東能源集團田陳煤礦按照“煤質(zhì)是設(shè)計出來的”理念，根據(jù)各礦煤層自然條件，優(yōu)化不同工作面開拓布局;皖北煤電集團招賢礦業(yè)公司加強煤炭銷售和市場調(diào)研，及時掌握客戶生產(chǎn)情況、用煤需求和質(zhì)量意見……近日，在2024年全國“質(zhì)量月”活動期間，各煤炭企業(yè)煤質(zhì)提升工作持續(xù)有序開展。

為全面貫徹黨的二十大和二十屆二中、三中全會精神，落實《質(zhì)量強國建設(shè)綱要》部署，深入推動全民質(zhì)量行動，今年9月，市場監(jiān)管總局、中央宣傳部、最高人民法院、最高人民檢察院、國家發(fā)展改革委等27個部門以“加強質(zhì)量支撐 共建質(zhì)量強國”為主題，聯(lián)合開展2024年全國“質(zhì)量月”活動。

對于煤炭行業(yè)而言，“加強質(zhì)量支撐”意義深遠。黨的二十屆三中全會提出，要健全煤炭清潔高效利用機制。“我們用什么支撐清潔高效利用機制建立?商品煤質(zhì)量提升是重要方面。”中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長劉峰表示。

“我國每年煤炭消費量近50億噸，首先要認清煤質(zhì)，才能實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用。”全國煤炭標準化技術(shù)委員會秘書長、中國煤炭科工集團首席科學家、煤炭科學技術(shù)研究院有限公司煤化工分院副院長丁華說。

近年來，煤炭行業(yè)不斷挖掘煤炭的燃料、原料和材料屬性，在煤炭有關(guān)標準修訂、提升商品煤質(zhì)量等方面做了一系列工作，持續(xù)提升煤炭生產(chǎn)、加工、物流和應(yīng)用全過程煤質(zhì)技術(shù)監(jiān)督水平，推動煤炭及相關(guān)產(chǎn)業(yè)高效協(xié)同發(fā)展，為“共建質(zhì)量強國”助力。

煤質(zhì)研究是門大學問

“煤炭質(zhì)量研究的范圍非常廣，貫穿煤炭開發(fā)利用全過程。從開采、加工、固廢資源化利用，到清潔高效利用、低碳排放，都離不開煤質(zhì)研究工作。”丁華說。

據(jù)介紹，常用的煤炭指標有灰分、全水分、分析水、硫分、發(fā)熱量、揮發(fā)分、固定碳、焦渣特征、結(jié)焦性、黏結(jié)性等。這些指標能夠反映出煤炭的物理、化學特性及其適用性。

在煤炭產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)，煤炭質(zhì)量研究發(fā)揮著怎樣的作用?丁華從煤炭勘探、開采、洗選加工等全過程進行分析。

在勘探階段，煤質(zhì)是后續(xù)礦井開發(fā)的重要基礎(chǔ)依據(jù)。特定的煤田，煤炭資源是什么種類?是怎樣的品位品級?需要針對相關(guān)特性開展煤炭工藝性質(zhì)評價研究，查明煤田煤質(zhì)及其變化規(guī)律。

在開采階段，對于任何一個礦區(qū)、井田、煤層、產(chǎn)品，煤質(zhì)指標都會不可避免地出現(xiàn)波動。需要根據(jù)勘探資料評價煤質(zhì)波動性，指導開采階段的配采工作。煤質(zhì)直接決定了煤炭開采的經(jīng)濟性，也影響了煤炭價格和銷量。

以山西的上組煤和下組煤為例。“大家都知道上組煤非常好，但是量又非常少。通過上組和下組的合理配采和配洗，可以生產(chǎn)出灰分、硫分符合要求的商品煤，有利于保證原煤質(zhì)量的穩(wěn)定性，提升經(jīng)濟效益。”丁華說。

在洗選加工階段，生產(chǎn)的煤炭通過運輸皮帶進入洗選系統(tǒng)后，經(jīng)過不同設(shè)備和工藝，最終進入不同產(chǎn)品倉。這個環(huán)節(jié)是煤炭提質(zhì)增效的“重頭戲”。根據(jù)煤質(zhì)平衡產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，是洗選加工階段的重要工作。

例如，開灤集團范各莊礦業(yè)公司充分掌握不同煤層的洗選特性，通過調(diào)整洗選參數(shù)，每月增加精煤量3600多噸，提升了生產(chǎn)礦井洗選加工全產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟效益。

在利用環(huán)節(jié)，揮發(fā)分、發(fā)熱量和黏結(jié)指數(shù)等指標對于確定煤炭的利用途徑具有重要意義。例如，高揮發(fā)分的煤炭，適用于氣化或液化等深加工領(lǐng)域;低揮發(fā)分、高發(fā)熱量的煤炭適合作為動力煤使用;黏結(jié)指數(shù)高的煤炭在煉焦過程中具有更好的結(jié)焦性能，有利于提高焦炭質(zhì)量;富油煤適合作為煤炭直接液化的原料煤……

“煤質(zhì)研究需要各學科交叉，包括煤巖學、煤化學、煤礦物學、燃燒學、煉焦化學、氣化工藝學等。在這些原理的指導下，結(jié)合具體問題具體分析，服務(wù)于煤炭生產(chǎn)加工利用各個環(huán)節(jié)。”丁華說。

據(jù)中國煤炭科工集團煤炭科學技術(shù)研究院有限公司煤炭檢測中心(國家煤炭質(zhì)量檢驗檢測中心)黨總支書記、副總經(jīng)理張博介紹，從1984年我國首次引進機械化采樣系統(tǒng)到2002年開始機械化采樣國產(chǎn)化進程，再到2022年開始探索采樣系統(tǒng)智能化、數(shù)字化、無人化;從1999年推出煤炭聯(lián)合自動制樣設(shè)備到2012年首次提出“無人值守”煤樣自動制樣系統(tǒng)，再到如今我國開始自主研發(fā)設(shè)計生產(chǎn)煤炭機器人制樣系統(tǒng)……我國煤炭采樣、制樣技術(shù)及裝備不斷完善。

“煤炭質(zhì)量研究在煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。”張博說。

煤質(zhì)指標不斷規(guī)范

煤炭種類眾多、特性復雜。雖然我國煤炭質(zhì)量標準體系相對齊全，但由于管理粗放、標準執(zhí)行不到位，在實際煤炭流通交易環(huán)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量表述與一些發(fā)達國家存在差距。

一位業(yè)內(nèi)人士表示，自己多年前到德國出差時，看到當?shù)仄髽I(yè)對某種煤炭的介紹，“用了整整一張A4紙，各項指標一目了然”。而同樣的煤種，當時在國內(nèi)“一行字就介紹完了”。

現(xiàn)行的《中國煤炭分類》國家標準于1989年10月1日正式實施，并于2009年進行修訂，2010年正式實施。

在近日召開的2024商品煤質(zhì)量提升與品牌建設(shè)大會上，《中國煤炭分類》國家標準修訂研討會同期召開，依托近年來煤質(zhì)表征技術(shù)的進步，我國煤炭分類標準將進一步修訂。

除煤炭分類標準外，近年來，煤炭行業(yè)不斷加強關(guān)鍵技術(shù)標準研制，基本建立了商品煤質(zhì)量標準體系。

國家市場監(jiān)督管理總局標準創(chuàng)新司交通能源處處長王軍偉表示，針對煤炭的生產(chǎn)、市場流通、終端利用等環(huán)節(jié)，國家市場監(jiān)督管理總局已發(fā)布商品煤質(zhì)量標準16項，包括動力用煤、冶金用煤、化工用煤等系列標準，形成了服務(wù)于不同工業(yè)部門的商品煤質(zhì)量標準體系。

“后續(xù)，我們將根據(jù)各個區(qū)域的煤質(zhì)特點，深挖價值潛力、煤質(zhì)優(yōu)勢，開展定制化、標準化工作的品牌工作，進而從國內(nèi)推向國際。”丁華說。

據(jù)介紹，目前煤炭領(lǐng)域直接和相關(guān)的標準化組織大概有8個，煤炭領(lǐng)域(不含開采)相關(guān)標準有600余項。

“值得注意的是，現(xiàn)行的《商品煤質(zhì)量管理暫行辦法》《商品煤質(zhì)量評價與控制技術(shù)指南》等，都使用了‘商品煤’這三個字，而不是‘煤炭產(chǎn)品’。這是因為，過去煤炭供應(yīng)比較緊張，我們更注重生產(chǎn)過程，對商品煤概念的關(guān)注相對較少。”劉峰坦言，“企業(yè)初步生產(chǎn)出的是產(chǎn)品，提供給用戶的才是商品。只有成為商品，才能在市場上流動，才能和消費者達成一致。”

劉峰表示，標準是質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施的重要支撐，只有高標準才有高質(zhì)量。商品煤質(zhì)量一系列國家標準的實施應(yīng)用，推動了煤炭企業(yè)優(yōu)勝劣汰，保障了煤炭市場規(guī)范、公平競爭，為行業(yè)樹立了明確的標桿，促進了行業(yè)規(guī)范化、精細化發(fā)展。

在環(huán)保方面作用凸顯

煤炭質(zhì)量與環(huán)境保護息息相關(guān)。

據(jù)劉峰介紹，隨著全球?qū)Νh(huán)境保護的日益重視、“雙碳”目標的提出，煤炭質(zhì)量在環(huán)保方面的作用更加凸顯。

硫分這一指標，直接關(guān)系到煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫等有害氣體排放。降低煤炭中的硫分含量，對于減少大氣污染、保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

灰分這一指標，是影響環(huán)境保護的重要因素。高灰分煤炭在燃燒過程中會產(chǎn)生大量灰渣，不僅占用了寶貴的土地資源，還可能對地下水造成污染。通過洗選等工藝降低煤炭灰分含量，是實現(xiàn)煤炭清潔利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

“煤炭企業(yè)應(yīng)積極響應(yīng)國家環(huán)保政策，努力提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量，為推動煤炭行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型貢獻力量。”劉峰說。

黨的十八大以來，我國高度重視生態(tài)文明建設(shè)與能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，相繼出臺了一系列政策文件，煤炭清潔高效利用已提升為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的核心內(nèi)容。

“我們需要基于煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和政策要求，設(shè)定商品煤質(zhì)量提升要求，推動煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升煤炭產(chǎn)品附加值和市場競爭力。”劉峰說，“煤炭清潔高效利用的新特征，對商品煤質(zhì)量提升提出了新要求。”

一是提高煤炭利用效率。在以煤為主的能源結(jié)構(gòu)下，提高煤炭燃燒效率和熱能效率，能夠減少煤炭資源的浪費和損失，有助于減少碳排放，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

二是控制污染物排放。煤炭污染物主要來源于煤炭的洗選、提質(zhì)、燃燒等過程。要從煤炭加工廠設(shè)計、建設(shè)、運營等全過程控制污染排放。

三是提升煤炭產(chǎn)品附加值。通過煤制油、煤制氣、煤制烯烴等深加工項目，提升煤炭附加值和利用率，形成高端產(chǎn)業(yè)鏈;聚焦煤炭開采、清潔利用等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域開展攻關(guān)研究，推動煤炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和產(chǎn)品附加值提升;向清潔能源、新材料等領(lǐng)域延伸開發(fā)碳纖維、石墨烯等新材料，減少對煤炭資源的依賴，實現(xiàn)多元化發(fā)展。

四是推動煤炭利用低碳化轉(zhuǎn)型。實施生物質(zhì)摻燒、綠氫摻燒、碳捕集利用與封存、開展碳足跡核算和碳交易活動等多種改造方式，拓寬煤電低碳發(fā)電技術(shù)路線，減少碳排放。

“現(xiàn)在各個行業(yè)都在開展碳足跡管理數(shù)據(jù)普查。在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域，我們對這一概念仍停留在觀望階段。我們亟需跟上形勢，加強碳排放監(jiān)測與管理，加強煤炭產(chǎn)品碳足跡的識別與量化研究。”劉峰說。

以科技創(chuàng)新加速提質(zhì)

如何提升商品煤質(zhì)量?

國家能源局原副局長吳吟認為，煤質(zhì)提升需練好內(nèi)功，順應(yīng)能源轉(zhuǎn)型大勢——電氣化、低碳化、數(shù)字化。煤質(zhì)提升是一個系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計、建設(shè)、開采、運輸、洗選、儲存、裝運、售后服務(wù)等全過程。

“在這個過程中，煤質(zhì)提升需健全層層明確的質(zhì)量管理體系，持續(xù)依靠科技創(chuàng)新，挖掘數(shù)字技術(shù)潛力。”吳吟說。

“提升商品煤質(zhì)量，必須加強科技創(chuàng)新能力建設(shè)。”劉峰同樣指出，“科技不僅是質(zhì)量的核心，也是質(zhì)量提升的根本保障。通過加大科技創(chuàng)新力度，不斷提高產(chǎn)品技術(shù)含量，促進產(chǎn)業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和轉(zhuǎn)型升級，將發(fā)展方式從規(guī)模速度型轉(zhuǎn)向質(zhì)量效率型。”

在煤炭行業(yè)，通過技術(shù)突破帶來商品煤質(zhì)量提升的變化正在發(fā)生，越來越多的煤炭企業(yè)感受到科技提質(zhì)的力量。

為解決傳統(tǒng)人工檢測方法流程長、數(shù)據(jù)遲、風險大、結(jié)算周期長、投入大、運行成本高等問題，國家能源集團聯(lián)合相關(guān)單位開展世界首創(chuàng)的基于融合光譜的煤質(zhì)快速檢測關(guān)鍵技術(shù)研究與數(shù)字化管控平臺建設(shè)，目前已在該集團9家單位試驗近2年，檢測煤量超5000萬噸，實現(xiàn)煤質(zhì)檢測數(shù)據(jù)“實時、透明、共享”。

國家能源集團電科院南環(huán)院黨委書記、執(zhí)行董事張杰介紹，該技術(shù)可以檢測6毫米煤樣的熱值、全硫、灰分、全水等指標，檢測時間不超過2分鐘，一列車檢測煤樣量是傳統(tǒng)方法的10萬倍，大大提升了樣品代表性和檢測效率。

為解決傳統(tǒng)煤灰檢測存在的不足，淮北礦業(yè)集團聯(lián)合煤炭科學技術(shù)研究院有限公司，開展對煤灰在線測試灰分識別系統(tǒng)的技術(shù)研究。

“我們十分重視科技創(chuàng)新對煤質(zhì)管控的作用。”淮北礦業(yè)集團煤炭運銷分公司副總經(jīng)理孟慶勇說，“通過對在線系統(tǒng)的元素識別、環(huán)境干擾因素等研究，我們開發(fā)了高精度在線灰分識別系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有在線測灰技術(shù)精度較差等的問題。”

為提升精煤出廠質(zhì)量，山西焦煤集團加快推進選煤廠智能化建設(shè)，以數(shù)智賦能提高洗選效率、精煤產(chǎn)率。在山西焦煤集團沙曲選煤廠集控室，由44塊顯示屏組成的高清集控大屏幕，1∶1還原了生產(chǎn)車間。400余臺生產(chǎn)設(shè)備高速運轉(zhuǎn)，從原煤輸送、重介主洗到浮選等各個環(huán)節(jié)生產(chǎn)過程、參數(shù)指標，在屏幕上一覽無余。集控工可根據(jù)生產(chǎn)實際，隨時調(diào)整洗選參數(shù)，煤質(zhì)穩(wěn)定率在90%以上。

今年7月，潞安化工集團與懷柔實驗室山西研究院簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，在高效催化劑制備、高灰熔點煤氣化、煤制高端化學品、固廢資源化利用、化工裝備制造等方面開展技術(shù)研發(fā)合作、科技創(chuàng)新設(shè)施共享，踐行產(chǎn)學研合作。

劉峰表示，未來，煤炭行業(yè)要不斷加強煤化工技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，優(yōu)化工藝流程，探索適合我國國情的煤化工低能耗發(fā)展道路;加強煉焦煤配煤的技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，通過科學精準的配煤方案，提高焦炭質(zhì)量，降低煉焦過程中的能耗與排放;探索煤炭與新能源、新技術(shù)融合發(fā)展路徑，共同推動煤炭行業(yè)技術(shù)進步、管理創(chuàng)新、質(zhì)量提升和市場拓展。