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摘要：对煤炭开发和利用引发的生态环境问题进行了简要分析，对煤炭行业实施循环经济的潜力及发展模式进行了探讨，认为煤炭资源综合利用和延长煤炭产业链是煤炭行业实施循环经济的重点，并据此提出了煤炭行业实施循环经济的对策及发展建议。
关键词：煤炭；开采；生态环境；循环经济
中图分类号：F062.1 文献标识码：C 文章编号：1006- 6772(2006)02- 0005- 05
1 循环经济
循环经济是一种“资源- 产品- 再生资源- 再生他产品”的反馈式或闭环流动的经济形式。是人类按照自然生态系统物质循环和能量流动规律建构的经济系统, 并使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中去。其宗旨就是保护日益稀缺的环境资源, 提高环境资源的配置效率。
概括地说, 循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心, 以“ 减量化, 再利用, 资源化”为原则, 以低消耗、低排放、高效率为基本特征, 符合可持续发展理念的经济增长模式, 是对“ 大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长方式的根本变革。
循环经济把清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一体, 运用生态学规律来指导人类社会的经济活动, 因此本质上是一种生态经济。
2 传统煤炭行业特征
中国是以煤炭为主要能源的少数国家之一。煤炭提供了70%以上的能源和60%以上的化工原料。因为中国是石油、天然气及水资源等相对贫乏的国家, 煤炭在以后数十年里仍将作为中国比较现实的和不可替代的能源基础。
传统的煤矿生产是以煤炭资源的开采和洗选粗加工为主, 生产经济的增长是按照“ 资源→产品→废物排放”的模式来实现。在为社会提供大量煤炭的同时, 也带来一系列的环境问题。一方面生产过程中排放的大量的煤矸石和煤泥、井下排水、开采引起的土地资源破坏是导致生态环境破坏的主要因素; 另一方面作为可以再生利用的大量废物资源长期以来未能系统有效地加以利用。如图1 所示。
2.1 煤炭开采过程
(1)矸石排放: 煤矿生产排放量最大的固体废物, 也是中国工业固体废物中产生量和堆积量最大的固体废物, 产生量一般为煤炭产量的10%左右。中国煤矸石年排放量大约在1.5 亿~2.0 亿t之间。截止2002 年底, 全国煤矸石积存量约34亿t, 占地2.6 万公顷, 是中国工业固体废物中产出量和累计积存量最大的固体废物。2004 年, 全国煤矸石综合利用量为1.35 亿t, 利用率54%。
(2) 矿井水的排放: 在煤矿建设和生产过程中, 各种类型的水源水会通过不同的途径进入巷道和工作面, 为了保证采矿安全, 防止水害发生,需将矿井涌水排出。据不完全统计, 在采煤过程中, 2004 年全国煤矿矿井水排放约30 亿m3, 平均吨煤涌水量约为2m3。资源化利用率仅占22%左右。
(3) 瓦斯抽放与矿井通风: 在煤炭开采前和开采中抽放瓦斯气, 是保证煤矿安全的重要措施。但将抽放的瓦斯排入大气, 会产生强烈的温室效应, 瓦斯中所含甲烷的温室效应比二氧化碳大20 倍。另外煤矿在生产过程中, 井下巷道每秒钟都需要数十万乃至数百万立方米的空气, 它们主要是通过矿井通风来完成, 矿井通风同样含有瓦斯, 并且还有大量粉尘。据近几年有关评价估算, 全国煤层瓦斯资源量为3×106 Mm3。2002 年中国重点煤矿煤层瓦斯产生量为9773.37Mm3, 其中利用瓦斯量为517.49 Mm3, 利用率5%左右。
(4) 传统煤炭开采忽略其它共生、伴生矿物的开采、加工、利用, 造成了资源的浪费。中国煤系共生、伴生20 多种矿产, 目前绝大多数没有利用, 另外矿物的随意存放丢弃还会造成环境污染, 破坏生态环境。
(5) 生态破坏: 煤炭开采破坏了地壳内部原有的力学平衡状态。引起地表塌陷, 原有生态系统受到破坏。这种破坏使原有土地收益的减少或丧失, 同时也造成地表水利设施的破坏和生态环境恶化。每年因开采引起的地表塌陷面积已达40万hm2, 且平均每年以1.5 万hm2 的速度增加。
2.2 煤炭的贮存及运输过程
煤炭运输过程不仅需要耗费大量的能源, 占用了大量的公路和铁路运力, 而且在堆存和装卸过程中还会因发生自燃或扬尘而污染大气环境,并因浸出水的流失而污染周围水系。2004 年煤炭运输占到铁路货运能力的45%以上, 由此造成了与其他物资争运力的矛盾日益突出。目前的“ 煤荒”除了煤炭开采能力有限、浪费严重等情况外,运能紧张也是造成“煤荒”的又一大原因。
2.3 煤炭加工过程
煤炭在加工过程中会对环境产生很大影响。煤炭在洗选过程中要排出大量的黑色洗煤水。洗煤水中主要含有大量悬浮的粉煤、煤泥等。焦煤的浮选洗煤水中含有油、酚、杂醇等有害物。洗煤水直接外排, 不仅浪费一部分资源:流失大量的煤泥, 而且还染黑水域, 影响自然景观, 同时也淤塞河道, 妨害水生物生长, 影响工农业生产及人民生活。
传统煤炭生产片面追求煤炭产量, 忽视了煤炭伴生资源的利用, 以生态环境破坏为代价, 排放了大量的废物, 是典型的“ 两高一低”生产模式, 即高开采, 低利用, 高排放的线性经济模式。
3 煤炭行业实施循环经济潜力分析
3.1 煤炭清洁开采是煤炭行业实施循环经济的基础
煤炭清洁开采是指在生产高质量煤炭的同时, 又做到把对生态环境的污染减少到最低程度。煤炭清洁开采技术是一种事前防止污染的技术, 是从源头上减轻和阻止污染产生, 同时又力求减轻污染后的治理难度和工程量。煤炭清洁开采是围绕着减少煤炭生产过程中产生的废渣、废气、废水以及对生态环境损害而进行的。
按照循环经济“ 减量化”的原则, 煤炭在生产过程中要尽可能地减少矸石、瓦斯、矿井水的排放以及矿区土地塌陷。因此煤炭行业实施循环经济首先就要做好清洁开采。
3.2 煤炭资源综合利用是煤炭行业实施循环经济的核心
煤炭是一种不可再生资源, 要保持煤炭企业的可持续发展, 提高竞争力, 必须实行循环经济,改变传统煤炭行业“两高一低“ 的线性经济模式,严格按照循环经济的3R 原则, 综合利用资源, 做到废物最少化、资源化、无害化。
按照循环经济的理论, 煤炭开采和原煤洗选加工只是循环经济产业链和产品链的起点, 作为煤炭生产加工过程中排放的煤矸石、煤泥、矿井废水以及开采破坏的土地都是可利用的资源, 存在着潜在经济价值。
煤矸石: 根据矸石热值不同、煤中含碳量不同、矸石中矿物质含量不同, 煤矸石可以有不同的用途。低位发热量在6.27~12.54MJ/kg、碳含量20%的煤矸石适宜于作为低热值锅炉燃料, 采用循环流化床燃烧用于煤矸石发电; 低位发热量在2.09~6.27MJ/kg、碳含量在6%~20%的煤矸石适宜于制砖、水泥和生产多孔轻骨料建材制品; 低位发热量小于2.09MJ/kg、灰分含量在50%～90%的煤矸石适宜于复垦填埋、筑坝和铺路材料, 有机物含量高的煤矸石还适宜于生产有机质矿物肥料。根据统计资料, 全国煤炭行业每年产生的煤矸石、煤泥等低热值燃料按照热量折算约为1500 万～1800 万t 标准煤, 相当于一个大型矿区的煤炭产量。
煤层瓦斯作为清洁燃料开发, 开发出的气体称作煤层气, 它以甲烷为主要成分, CH4 占90%以上, 在常温下的发热量为3.43~3.71MJ/m3, 与天然气相当。煤层气是高效、洁净的非常规天然气, 可以用作民用燃料, 也可以用于发电和汽车燃料, 还是化工产品的上等原料, 具有很高的经济价值。据了解, 煤层气是中国目前最现实的天然气接替资源, 是优良的清洁燃料和化工原料。中国煤层气总储量在31.46 万亿m3, 居世界第3位。更有利的是, 中国煤层气资源的60%分布在经济比较发达的中部地区, 在地理分布上, 与天然气资源有很好的互补性, 有明显的市场优势。中国为了采煤而从矿井抽放的煤层气每年在13亿m3 以上, 利用还不到一半。过去, 中国煤层气开发滞后的一个重要原因是输气主干管网不够健全。随着西气东输管道的建成, 煤层气有望搭乘天然气管道, 输送问题将得到有效解决。
矿井水: 对于水质较好的矿井水, 一般情况下, 通过清污分流或地面建立净化设施处理, 将直接作为生活用水或工业用水, 污水采取沉淀方法, 除掉水中的超标成分, 再加以供农业灌溉等利用。据不完全统计, 中国煤矿每年排放的25 亿m3 以上的矿井水中, 相当一部分是仅含煤粉和岩粉污染物的矿井水, 这些矿井水污染程度轻, 处理容易, 成本低, 经混凝、沉淀、过滤消毒处理后可用作煤矿生产、生活用水。据专家估计, 如矿井水资源利用率达到40%~50%, 煤矿自用水就基本上得到解决, 而且还能为社会提供用水, 矿区及周围的生态环境将由此得到改善。
伴生矿: 中国煤系共伴生矿产资源也很丰富, 矿种繁多, 分布面广。全国煤系高岭岩(土)资源总量为497.09 亿t, 其中探明储量28.9 亿t, 预测可靠储量151.20 亿t, 预测可能和推断资源量为317.5 亿t。煤系共伴生高岭岩(土)不仅资源可靠, 同时还具有较大的经济价值优势。中国所有的耐火粘土材料几乎全部产于煤系地层中, 保有储量为20.13 亿t, 是耐火级高铝粘土储量第一大国, 而且有很大一部分耐火粘土的含铁量较低,属优质高铝、低铁耐火粘土。赋存于煤系地层中的膨润土探明储量为8.88 亿t, 其中钠基膨润土在5 亿t 以上。与非煤系地层中的膨润土矿床相比, 煤系地层中的膨润土资源具有储量大、分布稳定和品位高等特点。中国大型膨润土矿床中的80%以上位于煤系地层中, 而且越是靠近煤层的膨润土, 其品位越高于非煤系地层中的膨润土。中国是世界硅藻土储量第一大国, 其中煤系硅藻土的探明储量为1.9 亿t, 占中国探明总储量的71%, 而且煤系硅藻土的数量和质量在中国硅藻土资源中占有绝对优势。中国煤变质石墨矿探明地质储量5000 万t 以上(占世界煤变质成因石墨储量1.25 亿t 的42%), 这些煤系中赋存的石墨矿床数量之大、质量之优世界少有。
传统煤炭行业将煤炭开采与加工分开进行,造成资源利用率低和浪费, 就是在采矿企业之间也是各自为政、各行其是, 按照这种方式组织生产不但会造成只重视自身矿物的开采加工, 忽略其它共生、伴生矿物的开采、加工、利用, 造成资源的浪费, 而且矿物的随意存放丢弃还会造成环境污染, 破坏生态环境, 按照循环经济的减量化、再利用、资源化原则的要求, 煤炭的综合加工、利用, 应在资源共享的前提下, 产业之间尽可能充分利用产品, 尤其是副产品、废弃物。
3.3 延长煤炭企业生产链是煤炭行业实施循环经济的方向
煤炭是初级产品, 不能构成完整的工业生态循环, 因此传统煤炭行业实施循环经济的空间十分有限。煤炭行业实施循环经济要想获得更大的收益, 必须要拉长产业链, 拓宽产业面。拉长产业链, 就是向煤炭的下游产品延伸, 从一次能源向二次能源转化, 在转化的过程中提升煤的附加值。拓宽产业面, 就是要以煤炭为原料, 发展煤的衍生产品。主要是煤的化工产品。
煤炭工业既是国民经济和社会发展的基础产业, 又是与多个行业发展相关的诱导产业。煤炭的产业链很多很长。如煤- 电- 高能载体产业链, 煤- 电- 建材产业链(图2), 煤- 油- 化产业链(图3), 煤- 焦(气)- 化产业链( 图4) 等。中国在计划经济时期, 由于受产业政策的限制和行业壁垒的障碍, 煤炭的产业链没有得到充分显现, 造成煤炭在转化为生产力的过程中资源浪费严重, 消耗高, 效率低。煤炭企业的经济效益也因此而受到影响。建立合理的产业链是调整和优化煤炭产业、产品结构, 提升企业竞争力的战略措施, 也是煤炭企业实行循环经济的发展方向。
4 煤炭生产实施循环经济的3 个层面
按照循环经济减量化、再利用、再循环的原则, 煤炭行业发展循环经济应该以煤炭清洁开采为基础, 以煤炭资源综合利用作为核心, 以延长产业链, 转变经济增长点为方向, 把发展循环经济同实施清洁生产、资源综合利用相结合, 实现物质的循环使用和资源、能源的梯级利用。
根据煤炭开采加工所排放的废物特征、矿区的资源条件和外部环境, 煤炭行业可以在企业、企业群体和社会3 个层面上, 采取不同的形式来发展循环经济。
4.1 煤炭企业层面的循环经济
对于煤炭企业, 循环经济的实施重点是: 推行清洁开采, 提高煤炭回采率, 减少矸石、瓦斯、矿井水的排放量, 减少开采引起的地表塌陷; 最大限度地改善利用矿产资源的技术水平, 使有限的矿产资源得到最大限度的、充分合理的开发。对于大的煤炭集团也可以考虑在企业内部设计微观层次上的循环经济模式, 围绕煤矸石、瓦斯、矿井水、伴生矿等开展资源综合利用。例如: 坑口配套建设洗选厂、矸石电厂和建材生产线, 开采加工过程排放的矸石、煤泥等固体废物可以用做电厂的燃料, 电厂产生的灰渣作为生产建材的原料, 矿井水经过处理后给矿井和电厂供水, 以达到少排放甚至零排放的目标。
4.2 煤炭产地区域层面的循环经济
煤炭产地区域层面的循环经济实施宗旨是:通过企业间的物质集成、能量集成和信息集成, 形成企业间的工业代谢和共生关系, 建立工业生态园区。以煤炭企业为龙头, 联合周边的不同产业,建成近零排放、高就业、高效益的生态产业园区,是煤炭企业及区域经济发展的最佳选择。具体来说, 在园区内, 设计一个产业关联度高、协调发展的产业链, 如: 煤- 焦/气- 化产业链, 煤- 电- 建材一体化产业链, 煤- 矸石- 建筑材料一体化产业链等,使得产业间的原料、废料尽可能被充分综合利用,寓环保于生产中, 使整体环境容量需求最小化。对于煤系共伴生矿资源丰富的矿区, 可以建立以伴生矿生产为核心的矿区。实现煤炭资源的价值的梯级利用, 使得煤炭资源价值最大化。
4.3 煤炭行业社会层面的循环经济
对于煤炭资源型城市或地区, 以及整个煤炭行业来说, 实施循环经济的重点是: 加强总体规划, 合理配置资源, 完善监管体系, 实现有序开采; 打破部门界限, 鼓励实行相关产业联营, 建立安全稳定的产业链, 推进集团化经营; 尽快完善现有法规、政策及标准, 并配套实施细则, 从生产源头到消费终端全过程地推进煤炭循环经济发展与落实。例如: 尽快出台煤炭行业的“清洁生产标准”, 使煤炭企业实施生产过程、采用生产技术、出售产品等有据可依; 推动煤炭行业提高产业集中度和产品结构调整进程, 以改善煤炭市场的稳定性, 转变煤炭企业的经济增长方式。
5 结论
2004 年国家发改委发表了《发展循环经济的战略意义及相关措施》明确说明要把发展循环经济作为编制“十一五”规划的重要指导原则, 用循环经济理念指导编制各类规划。煤炭作为整个社会循环经济循环链条的前端以及输入端, 又是储量有限的不可再生资源, 煤炭行业长期遵循传统增长模式以煤炭产量为目标, 资源浪费及生态破坏严重, 因此煤炭行业实施循环经济潜力巨大。2005 年国家发改委又公布了第一批包括煤炭行业的循环经济试点单位。煤炭行业要抓住机遇与国家实施循环经济结合起来, 进行行业联合, 共同构建资源节约型社会。
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The Potential of Cir cular Economy Implementation in China’s Coal Industry
ZHANG Yong- gang, LV Xin, CHEN Gui- feng
(Beijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute ,Beijing ,100013,China)
Abstract : This paper analyzes the ecological and environmental problems caused by coal mining and utilization, and related to the potential and development modes of 3R in coal industry. It concludes that the focus of 3R in coal industry is on comprehensive utilization of coal resources and extension of the industrial chain. Finally, it proposes the measures and development suggestions on implementation of 3R in China' s coal industry.
Keywords: coal; mining; ecological environment; circular economy. |
