矿山机械专题系列报告（一）：干法选矿蓝海开启，关注设备投资机会

原煤入洗率不断提高，湿法选煤是目前主要分选方式：选煤，即将煤和矸石进行分离，是煤炭加工过程中不可缺少的一步。煤炭入洗率，是指一定时期内经过洗选的煤炭数量与原煤总产量的比值，根据美腾科技招股书，2020年我国原煤入洗率为74.1%，虽然较2015年明显提高8.2pct，但相比发达国家入洗率仍有一定差距。煤矸分选可以分为湿选、干选两种。其中湿法主流技术路线为重介浅槽分选，干法主流技术路线为光电智能干选。在入选煤炭中，湿选占比95.76%，干选占比4.24%。目前湿法选煤仍是最常用分选方式。 光电干选优势明显，加速替代湿选部分环节：我国煤炭资源丰富的中西部及北方地区水资源受到制约，且湿选会导致部分易泥化煤产生煤泥，致煤回收率下降，并产生环境污染问题。光电干选设备是对传统块煤分选的突破，X射线及γ射线、红外、可见光、激光及紫外线识别等，针对物体的不同特征建立相应模型并通过不同喷吹策略进行分选。1）从分选精度看，光电干选煤中带矸、矸中带煤率均在1-3%，接近重介浅槽；2）从经济性看，光电干选加工成本低、品销售产出更高：根据美腾科技招股书，光电干选、重介浅槽工艺流程整体需要设备9台、32台，且水耗、电耗、介耗少，此外，光电干选的精煤水分更低，避免了次煤泥的产生，可实现更高吨煤产出。3）从政策角度看，目前国家和煤炭行业对干选支持力度越来越大，技术不断成熟，行业规范愈加完善。 非煤矿山领域图像色选、X射线穿透（XRT）技术较为成熟：非煤矿山的分选与煤炭行业分选工艺有相似之处，但相比之下，煤炭的分选对指标要求更高，因此布局煤炭分选领域的设备商进入矿业领域同样有很强的技术优势，在设备可靠性、大型化、分选精度等方面具有一定优势。光电干选中，目前图像色选、X射线穿透（XRT）技术较为成熟。其中前者主要适用于颜色、纹理、光泽等表面特征比较明显的矿物，后者主要适用于受表面特征影响而不能人工分选的金属矿种。 预计国内煤矿及非煤矿山领域光电分选机累计市场空间为440亿元，全球市场规模近700亿元：根据我们对国内矿山分选设备市场的初步测算，预计到2030年，煤炭领域智能干选设备累计市场规模约为220亿元，非煤矿山领域市场规模约为105亿元，共计325亿元人民币。若考虑海外煤炭领域220亿元、非煤矿山领域147亿元市场空间，则全球矿山智能干选机市场规模约为692亿元。 投资建议：建议关注行业煤炭智能干选机领域领先企业美腾科技、泰禾智能、合锻智能。 风险提示：测算误差风险、市场竞争加剧风险、市场规模增长不及预期风险、受下游行业周期和景气度影响的风险 1煤炭分选发展现状及技术发展趋势 1.1煤炭分选目前发展现状：原煤入洗率不断提高，湿法是最常用分选方式 在煤炭生产加工过程中，直接从矿井开采出来不经任何加工处理的煤为原煤。选煤，即将煤和矸石进行分离，是煤炭加工过程中不可缺少的一步。 选煤工序能将煤炭分成不同质量、规格的产品，有利于煤炭的高效综合利用；此外选煤过程还能去除原煤中含有的黄铁矿等杂质，减少燃煤对大气的污染，具有较高的环保意义。 煤炭入洗率，是指一定时期内经过洗选的煤炭数量与原煤总产量的比值。根据美腾科技招股书，2020年，我国原煤入洗率达到74.1%，比2015年提高8.2%。 按照《煤炭工业“十四五”高质量发展指导意见》，预计到“十四五”末原煤入洗率达到80%左右，煤矸石、矿井水利用与达标排放率100%。 但相比发达国家，我国原煤入洗率仍有一定差距，根据中为咨询，德国、加拿大原煤入洗率均在95%以上。我国煤炭入洗率低的原因主要是用于建选煤厂的投资较少，选煤能力增速低于煤炭生产能力增速。 图1.近年我国原煤入洗率变化 图2.煤矸石综合利用率 按照分选介质，煤矸分选方法可以分为湿选与干选。 湿法选煤又称洗煤，主要有跳汰分选、重介质分选和浮选等湿选方法，是目前我国选煤厂常用的选煤方法。干法选煤在分选过程不使用水，一般包括人工挑选、智能光电干选、风力煤矸分选、复合式干选、空气重介质流化等。 表1.煤炭分选方法及其主要特点 根据美腾科技招股书，2021年8月公司选取国家能源集团、中煤能源集团、山东能源集团、陕煤集团和山西焦煤集团等13家煤炭集团作为调研目标（合计产能约占全国54%，具有较强代表性），主流分选方法中，不入选煤炭占比约为30.79%，湿法占比66.28%，干选占比2.93%。即单独看入选煤炭中，湿法分选占比约95.76%，干法分选占比约4.24%，其中，光电分选占入选比例3.25%。 图3.煤炭分选方式占比 图4.煤炭分选方式占比（按干法、湿法分类） 1.2为什么说干法分选是未来发展趋势？ 湿法选煤是长期以来我国选煤装备主要依赖的工艺方法，但随着煤炭行业节能增效、煤矿智能化要求的不断提高，湿法的弊端日益凸显。 1）从地域角度看，国内煤炭资源丰富的地区主要坐落于中西部干燥和水资源匮乏地区，水资源受到严重制约，这也使得我国煤炭的利用率与许多发达国家形成了较大差距，此外，高寒地区产品水分高也容易出现冻车问题；2）从经济效益角度看，湿法选煤会导致部分易泥化的煤产生煤泥，煤泥积聚会后会难以沉降，导致煤回收率下降；3）从环保角度看，湿法选煤会产生大量煤泥水，夹杂的细粒粘土、泥砂和煤会对环境造成污染。 一直以来，行业在寻找其他环节更有效地替代方法，而传统干法选煤分选精度不高，在实践中没有得到较多推广。智能干选设备，是对传统块煤分选的突破，以光电分选设备为例，其利用射线（X射线及γ射线）、红外、可见光、激光及紫外线识别等光电识别技术，针对需要识别物体的不同特征建立与之相匹配的模型并进行分选。由于智能干选设备系统简单、不用水、不用介质、分选精度高、设备体积小、生产成本低等优势，近年来在国内选煤厂得到快速推广应用。 以光电分选为例，智能干选是怎样实现的？ 具体而言，TDS智能干选机的主要包括3个核心环节：1）物料识别：物块通过X光识别系统后，提取其轮廓，对物块性质、大小、质心位置进行计算；2）轨迹计算：经过识别区后，带式布料器将物块沿着系统坐标系向前运输，系统可实施准确计算每个物块到达喷嘴区域时间（精确到微秒及毫秒）及姿态；3）喷吹执行环节，根据物块及周围物块的相对关系、物块性质、大小、质量、运动速度和姿态，精确计算每个物块喷吹策略，目的是用最小的气量实现精准喷吹。 图5.智能干选机的原理 为什么干选设备会得到快速推广？ 目前，块煤跳汰机因分选精度低、自动化程度低等原因，已逐步被重介浅槽工艺取代，因此目前，主要以重介浅草设备、光电分选设备为湿选与干选的主流技术。 1.从分选精度看，智能干选设备已接近于重介浅槽分选设备 煤中带矸、矸中带煤率为衡量分选机精度的重要指标。目前，智能干选设备的两指标均处于1-3%，精度接近于重介浅槽设备，高于动汰、跳汰等其他设备。 2.从经济效益角度看，智能干选生产成本更低、产品销售产出更高 智能干选设备的经济性，主要体现在降低吨煤分选成本、增加单位产品销售产出两个方面。 1）从分选成本看，智能光电干选主要通过降低人工成本、缩短工艺流程，两种方式降低分选成本。一方面，智能光电干选无需人员专门值守，人力成本大大降低，另一方面，其需要的设备台数少，全流程的初始投资成本更低，备品备件及维修费用、电力消耗更低，并且没有水耗、介耗。根据《美腾科技首次公开发行并在科创板上市申请文件审核问询函的回复》，煤矿分选设备中主要包括原煤准备、块煤分选、粗细煤泥系统、煤泥水循环系统、辅助系统5个系统，光电分选、水洗重介浅槽工艺流程整体需要配备设备数量位9台、32台，对应总功率分别为538kW，1372kW。干选方式在设备方面的投资明显更低。此外，干选设备占地面积较小，对厂房需求也低于后者。 图6.智能干选与水洗重介浅槽设备选型对比 表2.主流干法及湿法技术分选煤炭生产成本对比 2）从产品销售产出看，光电干选出的精煤水分更低、避免次煤泥产生，因此可以实现更高的吨煤销售产出。一方面，水洗重介浅槽工艺下块煤水分会增加，发热量要低于干选出的块精煤。另一方面，水洗重介浅槽工艺易产生煤泥。一般粗煤泥发热量低，只能掺入末煤销售，细煤泥水分过高，发热量更低，掺入产品会导致堵仓，因此一般晾干后处理，而在行情不好时可能直接废弃。 表3.主流干法及湿法技术分选煤炭销售产出对比 3.从政策支持角度看，干选技术已在业内形成广泛共识 近年来，国家和煤炭行业对于干法选煤的支持力度越来越大，从2016年列入行动计划开始，干法选煤技术不断成熟，行业规范也愈加完善。 图7.干法分选相关政策及发展历程 1.3光电智能干选机布局企业 目前，在光电智能干选集领域布局的企业主要有Comex、美腾科技、泰禾智能、合锻智能、霍里斯特、好朋友、巨龙融智等。 表4.主要布局企业及其技术路线 2非煤矿山智能干选技术发展现状 非煤矿山的分选与煤炭行业分选工艺有相似之处，但相比之下，煤炭的分选对指标要求更高，因此，布局煤炭分选领域的设备商进入矿业领域同样有很强的技术优势，在设备可靠性、大型化、分选精度等方面具有一定优势。 矿石的智能光电分选设备，依然是通过矿石表面特征或内部特征信息的不同，进行矿石分选。目前工业应用较成熟的主要以图像色选（高清图像识别）、X射线传穿透（XRT）为主。 在复杂矿石分选环境下，图像色选技术或X射线透射技术采集矿石数据信息，通过智能光电选矿设备的AI算法，可实现1000帧/秒的海量矿石数据高速、准确处理，经算法处理的有效矿石数据信息传输至电磁阀，以高压空气喷吹方式分离矿石和废石。 图像色选技术是通过高清相机和探测器精确探测矿石表面颜色、纹理、光泽等特征值区别矿废。主要适用于颜色、纹理、光泽等表面特征比较明显的黑钨矿、金锑矿，铜铅矿等金属矿以及石英、萤石等非金属矿。颜色表面光学性质检测是发展最早、应用较广泛的一种检测技术，目前已经成熟应用于色选机。目前国内市场上的色选机厂家主要有安徽中科光电（合锻智能）、百特光电、安晶龙、谷鑫电子、宏实高科等。 XRT（透射技术）是通过X射线探测矿石大小、厚度、密度等特征值和相关组分的元素、原子序列对X射线反应差异性，形成康普顿效应差异实现矿废分离。主要适用于受表面特征影响而不能人工分选的金属矿种，特别是钨、铜、铅、锌、银、锑、钼、金等大部分低品位、难选金属矿种，对煤矿、萤石、磷矿等大多数非金属矿种也有较好的分选效果。XRT可用于分选各类块状矿石和物料，不但可以实现废石、夹石与矿石的分离，而且能够有效选别低品位矿石与高品位矿石。 根据浩特工业数据，XRT智能分选机的有效分选粒级范围为13-300mm，单机处理量最高可达40-380t/h，在有色、黑色金属、非金属和煤矿领域均可实现高效分选，抛废率高达88%，金属回收率最高可达99%。 图8.色选机原理示意图 图9.XRT分选机工作过程 而对于一些金属／非金属矿山综合回收多元素矿物，如从黑钨矿废石中回收石英、铅锌银矿废石中回收银，可以考虑利用XRT（透射技术）和图像色选技术的联选工艺。即先利用XRT（透射技术）回收一种或几种有用矿物，再利用图像色选技术回收废石里的石英或其他有用矿物。 例如，通过组合方式，可以同时采集矿物内部信息和矿物表面颜色纹理信息，结合人工智能学习算法，大幅提升矿石分选精度。 图10.色选＋XRT自由组合的探测方式 3矿山分选设备市场空间测算 根据我们对国内矿山分选设备市场的初步测算，预计到2030年，煤炭领域智能干选设备累计市场规模约为220亿元，非煤矿山领域市场规模约为105亿元，共计325亿元人民币。 若考虑海外煤炭领域220亿元、非煤矿山领域147亿元市场空间，则全球矿山智能干选机市场规模约为692亿元。 3.1煤矿分选设备市场空间测算 1）国内煤炭领域市场规模： 对于煤炭智能干选设备的测算，我们主要有如下关键假设： 原煤产量：根据国际煤炭网数据，2020年我国原煤产量39亿吨，2021年产量为40.7亿吨，假设2025年、2030年原煤产量保持在41亿吨