煤電聯(lián)營(yíng)模式在鄂爾多斯東部地區(qū)的實(shí)踐

郎 軍，辛學(xué)銘，郝金剛

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州221116；2.國(guó)家煤加工與潔凈化工程技術(shù)研究中心，江蘇 徐州221116；3.內(nèi)蒙古伊泰京粵酸刺溝礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017000)

煤炭是我國(guó)資源最豐富的化石能源，而煤電是我國(guó)最主要的電力來(lái)源。2015年我國(guó)發(fā)電總量為56 045億kW·h，其中火電40 972億kW·h，占73.1%[1]。隨著煤炭和電力市場(chǎng)化改革的推進(jìn)，實(shí)施煤電聯(lián)營(yíng)可以促進(jìn)煤炭和煤電行業(yè)協(xié)調(diào)健康發(fā)展。根據(jù)國(guó)家發(fā)展煤電一體化項(xiàng)目的總體思路規(guī)劃，我國(guó)的煤電聯(lián)營(yíng)模式主要有六種[2]，內(nèi)蒙古伊泰京粵酸刺溝礦業(yè)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)酸刺溝煤礦)與內(nèi)蒙古京泰發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)京泰電廠)的煤電聯(lián)營(yíng)模式屬于煤炭電力企業(yè)互相摻股模式[2]，煤炭和電力企業(yè)各自負(fù)責(zé)自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，有利于安全生產(chǎn)和提高煤炭生產(chǎn)效率，提高電力在目標(biāo)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，合作共贏。

1 酸刺溝煤礦和京泰電廠簡(jiǎn)介

酸刺溝煤礦和京泰電廠地處內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗，由內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司、北京京能熱電股份有限公司、山西粵電能源有限公司共同出資組建。

酸刺溝煤礦礦井井田面積為49.8 km2，可采儲(chǔ)量為10.97億t，設(shè)計(jì)能力為12 Mt/a，服務(wù)年限為70 a，配套建設(shè)入選能力為12 Mt/a的選煤廠和26.8 km的運(yùn)煤鐵路專(zhuān)線，于2008年8月建成投產(chǎn)。

京泰電廠項(xiàng)目裝機(jī)容量為2×300 MW，采用循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組，屬于國(guó)家發(fā)改委《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2005)年本》中鼓勵(lì)類(lèi)的建設(shè)項(xiàng)目，電廠距酸刺溝煤礦僅500 m，燃用酸刺溝煤礦生產(chǎn)的原煤、煤矸石和選煤廠生產(chǎn)的煤泥等，變廢為寶，有利于改善地方環(huán)境；京泰電廠項(xiàng)目采用空冷技術(shù)并充分利用周邊煤礦的疏干水為生產(chǎn)水源，符合國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈的要求。電廠于2010年投產(chǎn)發(fā)電，集井口電站、煤矸石綜合利用、煤電聯(lián)營(yíng)優(yōu)勢(shì)于一體，是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)型項(xiàng)目。

2 煤-電企業(yè)互補(bǔ)性分析及循環(huán)利用模式的構(gòu)建

2.1 京泰電廠燃煤來(lái)源

京泰電廠屬于煤矸石電廠，燃用煤直接來(lái)自酸刺溝煤礦單一煤源，運(yùn)輸成本低，燃煤組成包括礦井原煤、濕煤泥、干煤泥、煤矸石、篩末煤，其中以原煤、煤泥、煤矸石按比例摻混使用為主。京泰電廠燃用煤熱值要求在7.17～9.57 MJ/kg之間，濕煤泥需經(jīng)過(guò)露天晾干后水分控制在<18%，即可與原煤摻混使用；篩末煤主要用于應(yīng)急使用。京泰電廠燃煤煤質(zhì)組成情況見(jiàn)表1。

由表1可知，濕煤泥水分在23%～28%之間，水分偏高，不能直接摻燒，需進(jìn)一步晾干；干煤泥熱值為7.65～9.57 MJ/kg，可以直接作為電廠燃煤使用，然而單獨(dú)使用時(shí)，會(huì)造成車(chē)間揚(yáng)塵較大；煤矸石的熱值為2.87～3.83 MJ/kg，熱值偏低；故京泰電廠的燃用煤一般是以原煤、濕煤泥、干煤泥、煤矸石按比例摻混使用為主。

京泰電廠每年摻燒濕煤泥約40萬(wàn)t、干煤泥約60萬(wàn)t、煤矸石約90萬(wàn)t，符合《煤矸石綜合利用管理辦法》(2014修訂版)指導(dǎo)要求[3]。該廠有效防止煤泥污染環(huán)境的同時(shí)，煤矸石得到了綜合利用，變廢為寶，為地區(qū)發(fā)展、環(huán)保等作出了貢獻(xiàn)。

表1 京泰電廠燃煤煤質(zhì)組成

2.2 京泰電廠使用井下疏干水

礦井疏干水主要是由于在礦床開(kāi)采過(guò)程中破壞了地下水原始賦存狀態(tài)并產(chǎn)生了裂隙，使各含水層之間的聯(lián)系變得密切，大氣降水、地表水、地下水、巖溶水和生活用水等沿著原有的和新的裂隙滲入至井下采掘空間形成的[4-5]。在采煤過(guò)程中，疏干水?；烊肽嗌愁w粒、粉塵、溶解鹽、酸和堿、煤炭顆粒、油脂等多種污染物[6]，未經(jīng)處理的疏干水無(wú)法達(dá)到電廠工業(yè)用水水質(zhì)要求。

酸刺溝煤礦新建適用于京泰電廠2×300 MW機(jī)組的礦井疏干水凈化車(chē)間。疏干水經(jīng)過(guò)處理后，產(chǎn)水水質(zhì)連續(xù)穩(wěn)定，完全能夠達(dá)到電廠用水水質(zhì)要求。2018年1月27日對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的疏干水進(jìn)行采樣，化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 處理后疏干水化驗(yàn)結(jié)果

注：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為綜合電力設(shè)計(jì)、污水再利用及廠內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)水要求。

由表2可知，經(jīng)過(guò)處理后的疏干水主要化驗(yàn)指標(biāo)均在京泰電廠的標(biāo)準(zhǔn)值要求之內(nèi)，可以作為電廠的生產(chǎn)工業(yè)用水。

京泰電廠將處理后的礦井疏干水作為工業(yè)用水，不僅節(jié)省了大量地下水資源，而且煤礦采煤產(chǎn)生的廢水得到了有效利用。2017年酸刺溝煤礦供給京泰電廠40萬(wàn)m3疏干水，井下工業(yè)廢水實(shí)現(xiàn)零排放，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.3 井口電廠粉煤灰在煤礦的應(yīng)用

2.3.1 粉煤灰注漿法治理采空區(qū)防滅火

酸刺溝煤礦井田含煤地層為石炭系太原組和二迭系下統(tǒng)山西組，可采煤層五層，分別為4、5、6上、6、9號(hào)煤層。煤質(zhì)屬于低中灰-中高灰，特低硫-低中硫、低磷、中-高熱值的長(zhǎng)焰煤。煤的變質(zhì)程度低，變質(zhì)階段為煙煤Ⅰ階段，揮發(fā)份高，絲炭含量高，吸氧性強(qiáng)，且含有黃鐵礦結(jié)核或薄膜，開(kāi)采煤層易發(fā)生自燃。

預(yù)防性灌漿是防止采空區(qū)自燃發(fā)火最有成效、應(yīng)用最為廣泛的措施之一，對(duì)膠結(jié)頂板、防塵、降溫都有較好的效果。預(yù)防性灌漿的作用一是隔氧，二是散熱。漿液流入采空區(qū)后，固體物沉淀，并充填于浮煤縫隙之間，包裹浮煤，使其與空氣隔絕，防止氧化[7]。而漿水所到之處，增加了煤的外在水分，抑制了煤的自燃氧化進(jìn)程，同時(shí)對(duì)已經(jīng)自熱的煤炭有冷卻散熱作用。

酸刺溝煤礦選擇復(fù)合膠體防滅火技術(shù)[8-9]，建立注膠灌漿防滅火系統(tǒng)，針對(duì)不同情況的煤層自燃進(jìn)行快速撲滅?！皬?fù)合膠體”由凝膠劑(FCJ12)、粉煤灰和水按比例(1∶3或2∶3)混合而成。粉煤灰作為主要充填物，起到充填浮煤空隙，包裹煤體，隔絕煤氧接觸，阻隔火勢(shì)的發(fā)展和蔓延，并有利于再生頂板的形成。

京泰電廠粉煤灰在酸刺溝煤礦是主要的、效果最好的，且最廉價(jià)的防滅火材料。2013—2017年酸刺溝煤礦采空區(qū)防滅火項(xiàng)目共計(jì)利用京泰電廠粉煤灰188 770 m3。煤礦降低采空區(qū)滅火成本的同時(shí)，電廠發(fā)電產(chǎn)生的廢渣也得到了有效利用，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.3.2 粉煤灰注漿法治理煤矸石山自燃

煤矸石是煤礦開(kāi)采和洗選過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，是在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石[10]。伴隨著采掘機(jī)械化的發(fā)展和煤層開(kāi)采條件的逐漸惡化，煤礦多年開(kāi)采之后，排出的矸石堆積如山，不但造成環(huán)境污染，而且極易發(fā)生自燃，給煤礦生產(chǎn)和礦區(qū)居民的人身安全造成了極大危害。治理自燃煤矸石山已成為酸刺溝煤礦環(huán)境治理的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。

注漿法滅火是矸石山滅火的主要方法之一，其最大的優(yōu)點(diǎn)是使煤矸石迅速降溫，也有較好的堵漏、隔氧效果，消除了“煙囪效應(yīng)”。酸刺溝煤礦自2017年5月開(kāi)始，通過(guò)創(chuàng)新的注漿工藝，充分利用京泰電廠的廢棄粉煤灰配比成漿液進(jìn)行注漿滅火，以廢制廢。

注漿系統(tǒng)主要由制漿系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、泥漿泵、輸漿管道組成，制漿機(jī)把粉煤灰制成符合要求的漿液，經(jīng)泥漿泵加壓后，通過(guò)輸漿管道使?jié){液平穩(wěn)注入矸石山內(nèi)部。注漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 注漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

粉煤灰與水泥按5 ∶1配置為漿液后，具有內(nèi)聚粘結(jié)力強(qiáng)、包裹力強(qiáng)、結(jié)石率高等優(yōu)點(diǎn)，漿液進(jìn)入注漿層后可以包裹煤矸石，封堵漏風(fēng)通道，從而起到降溫隔氧的作用，達(dá)到滅火的目的。氧化區(qū)域灌注粉煤灰漿材料覆蓋示意如圖2所示。

圖2 氧化區(qū)域灌注粉煤灰漿材料覆蓋示意圖

通過(guò)粉煤灰注漿法對(duì)酸刺溝煤礦矸石山滅火的治理，有效封堵了矸石山內(nèi)部漏風(fēng)通道。2017年矸石山防滅火治理注漿使用京泰電廠粉煤灰共計(jì)3 039 m3，注漿前后矸石山區(qū)域氣體檢測(cè)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 注漿前后矸石山區(qū)域氣體檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

由表3可知，煤矸石山經(jīng)過(guò)注漿滅火后，矸石山區(qū)域環(huán)境得到了很大改善，有害氣體濃度顯著降低。另外，煤礦在矸石山上覆土厚1 m，將其整治為農(nóng)田，既增加了農(nóng)作物的成活率，也降低了綠化成本。此舉措不僅響應(yīng)了國(guó)家對(duì)綠色礦山建設(shè)、固體廢棄物處理等方面的鼓勵(lì)與支持政策，還對(duì)礦區(qū)環(huán)境保護(hù)作出了一定貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近年來(lái)的探索和實(shí)踐，伊泰集團(tuán)酸刺溝煤礦與京泰電廠在煤電聯(lián)營(yíng)的合作模式下取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。兩企業(yè)之間通過(guò)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的聯(lián)系和合作，既解決了雙方相關(guān)產(chǎn)品綜合利用的問(wèn)題，又有效地降低了各自的生產(chǎn)成本，而且在此過(guò)程中減少了因工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的惡劣影響。此模式的創(chuàng)建和延伸，在煤電企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方面為工業(yè)產(chǎn)品資源整合和有效利用，建立了新的參考思路；在環(huán)境保護(hù)方面為資源綜合利用、固體廢棄物、污水排放，采空區(qū)、地面矸石防滅火等提供了新的解決方案，而且在煤炭資源富足的能源新城鄂爾多斯地區(qū)具有較為廣泛的借鑒意義。