机械一周解一惑系列：射线干法选煤技术前景广阔

本周关注：景津装备、郑煤机、天地科技、苏试试验 本周核心观点：信贷宽松刺激实体经济活力，通用设备数据表征开始复苏，板块估值处于历史低位，同时光伏板块新技术、新工艺层出不穷，建议关注技术变化带来的设备需求。 射线干法选煤技术渗透率有望快速提升。煤炭经过分选提质后，燃烧效率可提高10%～15%，铁路运力可节约18%。由于我国动力煤大多属于不粘煤、长焰煤和褐煤等，如果采用传统湿法选煤工艺对其进行分选，则煤泥入水后水分增加、发热量降低，影响选煤厂的经济效益，进而在一定程度上制约煤炭企业洗选动力煤的积极性和主动性。为提高动力煤入选比例，煤泥提质和减量化生产势在必行。在动力煤洗选过程中，要尽量减少进入分选系统的粉煤量，即粉煤尽可能少下水，最好不下水。1）目前湿法选煤占比高达95%：煤矸分选的方法以分选介质来分类主要包括湿选与干选。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。湿法选煤每入选1t原煤的耗水量为0.03- 0.08m ³，部分选煤厂易泥化煤泥产率达到30%；2）射线类干法选煤技术未来前景更高：干法选煤技术主要包括光电选煤（γ射线和X射线选煤）、风力选煤、空气重介质流化床选煤、选择性破碎选煤、摩擦选煤、高梯度磁选煤、静电选煤等，其中得到大规模工业化应用的主要为复合式干法选煤（复合式的定义是干法选煤设备利用风力和机械振动力的共同作用来实现煤和矸石基本按密度差分离）和射线选煤。2015年起随着大数据技术的发展，有些企业开始进行高精度智能射线干选机的研发，智能射线干选技术进入快速开发期。从经济效益角度来看，射线干法设备产线的总体投资回收期为2~3年（以美腾科技的TDS为例）。 更换周期将至，分选设备替换需求约566亿。煤炭机械设备长期处于极端环境和高负荷工作状态，分选装备的使用寿命一般在8至10年。2012年，煤炭采选业的投资额为5,370.24亿元，为过去数十年投资高峰，此后数年受能源领域供给侧结构性改革，化解煤炭过剩产能风险的影响，逐年降低相关投入。 2016年起，煤炭开采和洗选业固定资产投资额下降趋势放缓，2018年固定资产投资额回升至2,804.63亿元。2019年固定资产投资额较2018年增长29.60%，2020年与2019年基本持平略有下降，2021年固定资产投资额较2020年增长11.10%。伴随煤炭开采和洗选业市场趋于稳定，以及过往8至10年的煤炭机械设备更新改造周期到来，存量众多的湿法选煤设备迎来更新改造的高峰期，这也给智能干选设备市场提供了分选装备存量替代的市场空间。预计中国煤炭行业干法智能分选市场空间566亿元。我们假设2025年煤炭年产量46亿吨，原煤的整个入洗率按照“十四五”规划中的85%以上测算，动力煤的比例按照88%来测算，干法对湿法的替代按照70%来测算，6毫米以下的煤炭（占30%）剔除。 参考美腾科技的数据，单台TDS产品年处理量为70万吨，计算下来预估2409台。TDS产品（针对25mm以上矸石的分选）和TGS产品（针对6-25mm矸石的分选）数量配置比例约1:1，再加上智能仪器与智能系统的改造，估算出市场需求约566亿元。以上估算还不包括国外煤炭市场和国内外的矿业市场。 风险提示：行业的配套服务能力不及预期、“碳达峰”、“碳中和”对煤炭行业带来的中长期挑战。 1射线干法选煤技术渗透率有望快速提升 1.1选煤是煤炭清洁利用的源头和基础 煤炭是我国最大的空气污染源，约80%的 CO2 、85%的SO2、67%的NOx、70%的悬浮物来自燃煤。选煤是煤炭洁净利用的源头和基础，其是采用机械或物理化学方法去除原煤中的有害杂质，改善煤炭质量，使其满足某种特殊用途，从而实现煤炭的清洁、高效利用的过程。 每入选1亿t原煤，可排除矸石和黄铁矿硫1800万t、150万t，减少二氧化硫排放量49万t;同时，煤炭经过分选提质后，燃烧效率可提高10%～15%，铁路运力可节约18%。由于我国动力煤大多属于不粘煤、长焰煤和褐煤等，如果采用传统湿法选煤工艺对其进行分选，则煤泥入水后水分增加、发热量降低，影响选煤厂的经济效益，进而在一定程度上制约煤炭企业洗选动力煤的积极性和主动性。为提高动力煤入选比例，煤泥提质和减量化生产势在必行。在动力煤洗选过程中，要尽量减少进入分选系统的粉煤量，即粉煤尽可能少下水，最好不下水。 图1：我国原煤入洗率情况 1.2目前湿法选煤占比高达95%，但干法前景更好 煤矸分选的方法以分选介质来分类主要包括湿选与干选。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：与湿法选煤相比，干法选煤具有环保，高精度，降本等优势 湿法选煤中的浅槽重介分选机、跳汰机等设备，具有使用经验成熟、设备处理能力大、筛选精度高等优点，在动力煤块煤分选中得到了广泛应用。根据美腾科技招股说明书可知，目前主流的分选方法为湿法选煤，占比95.76%；干法选煤总占比为4.24%，其中智能光电选占比为3.25%，传统风选占比为0.99%。湿法选煤是我国选煤装备主要依赖的技术工艺方法，但随着我国对煤炭行业节能增效以及煤矿智能化要求的不断提高，湿法选煤的弊端日益凸显。湿法选煤每入选1t原煤的耗水量为0.03- 0.08m ³，部分选煤厂易泥化煤泥产率达到30%。 从地域分布的角度来说，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，因此湿法选煤在这些地区的应用会受到水资源的严重制约，同时也使我国煤炭的利用率与许多发达国家形成了较大差距。对于部分易泥化的煤，湿法选煤会导致额外的煤泥产生，从而导致煤的回收率下降，造成额外的损耗。从环境保护的角度，湿法选煤技术会在应用中产生大量煤泥水，煤泥水中夹杂的细粒粘土、泥砂和煤会对环境造成污染。因此，大力推行干选技术是选煤业的重大趋势，同时，在保证提高煤炭的分选精度的条件下，干选技术也能缓解对环境的影响。 表2：我国煤炭分选情况分析 预计井下“采选充填”一体化趋势下加快干法选煤技术渗透率提升。井下选煤技术具有良好的社会经济效益，未来井下排矸应用场景也是煤炭未来拓展方向。开展井下选煤，实现矸石直接井下充填，有助于避免大量矸石升井造成的能耗，而且减少环境污染，节约地面矸石处理费用，降低选煤厂的设备负荷和磨损，矸石充填能置换出大量“三下”压煤，使煤炭资源回收率最大化，具有较好的经济效益；井下选煤还可以减少地表矸石堆积占用土地，降低矸石堆放造成的污染和安全隐患，减少地表沉陷对地面建筑和生态环境的危害。井下选煤发展的重要性日益凸显，智能干选设备未来在井下场景的应用也将进一步推广，针对井下环境特点，研究适合井下狭小空间、适应井下恶劣工况的高安全性、高可靠性智能干选设备。智能干选技术推动煤矿井下“采选充”一体化模式的推广。 1.3射线类干法选煤技术未来前景更高 干法选煤技术主要包括光电选煤（γ射线和X射线选煤）、风力选煤、空气重介质流化床选煤、选择性破碎选煤、摩擦选煤、高梯度磁选煤、静电选煤等，其中得到大规模工业化应用的主要为复合式干法选煤（复合式的定义是干法选煤设备利用风力和机械振动力的共同作用来实现煤和矸石基本按密度差分离）和射线选煤。 复合干法：复合式干法分选机是在美国无风干式摇床和俄罗斯风选机的基础上自发研制的干选设备，通过机械振动和上升气流的悬浮作用实现床面上物料的松散和分层，并在床面做螺旋翻转运动，密度低的煤粒上浮，高密度的矸石下沉，从而实现分选。其出现早于射线类，主要使用80mm以下小粒径煤矸石分选，但其缺点也非常明显，分选可能偏差，Ep值为0.17-0.28，而且粉尘也是较大的环节污染问题； 射线干法：截至到2014年，国内报道的射线干法分选机分选精度整体水平为:矸石带煤5%～10%，煤中带矸10%～20%。由于分选精度低，无法替代传统的湿法重介分选，未得到广泛推广。2015年起随着大数据技术的发展，有些企业开始进行高精度智能射线干选机的研发，智能射线干选技术进入快速开发期。 表3：目前国内主要干法分选设备技术指标对比 对于25mm以下的煤矸石分选，美腾科技也推出了TGS产品，未来TDS+TGS联合可以实现煤矸石全粒径的分选，同时射线类产品技术迭代随着芯片技术及大数据技术的升级而持续升级，符合国家智能化大趋势。 从经济效益角度来看，射线干法设备产线的总体投资回收期为2~3年（以美腾科技的TDS为例）。湿选在选煤过程中会产生很多煤泥，经过测算可以得到一个300万吨的煤矿产生1700万的煤泥（按照635元/吨煤泥价格计算），而一条分选线搭配一台设备以及相关的配套设备与系统，预计300万吨的煤矿共需投资3500~4000w左右的规模，预计产品投资回收期为2~3年。根据美腾科技官网的首台赵庄TDS设备案例也可以看到，采用TDS智能干选机代替手选，执行“打煤”工艺，一期选用1台TDS18-305型智能干选机，2016年6月投入运行，11月检测矸中带煤率平均为0.85%；产品具有处理能力大、分选粒级宽、分选精度高、运行稳定等特点，采用TDS智能干选机每年仅增加排矸量一项就产生1382.4万元经济效益。 2更换周期将至，分选设备替换需求约566亿 2.1煤矿分选设备更新周期将至 选煤装备迎来智能更新改造的存量替代需求。2008年以来，煤炭采选业固定资产投资经历周期性波动，在2012年达到峰值后逐步下滑，直至近两年出现止跌企稳的迹象，2018年煤炭采选业固定资产投资额增长5.90%，2019年同比增长29.60%，2020年与2019年基本持平略有下降，煤炭采选业已进入新一轮固定资产更新当中。 煤炭机械设备长期处于极端环境和高负荷工作状态，分选装备的使用寿命一般在8至10年。2012年，煤炭采选业的投资额为5,370.24亿元，其中设备工器具投入为1,668.33亿元，为过去数十年投资高峰，此后数年受能源领域供给侧结构性改革，化解煤炭过剩产能风险的影响，逐年降低相关投入。2016年起，煤炭开采和洗选业固定资产投资额下降趋势放缓，2018年固定资产投资额回升至2,804.63亿元，其中设备工器具投资额回升至812.54亿元。2019年固定资产投资额较2018年增长29.60%，2020年与2019年基本持平略有下降，2021年固定资产投资额较2020年增长11.10%。伴随煤炭开采和洗选业市场趋于稳定，以及过往8至10年的煤炭机械设备更新改造周期到来，存量众多的湿法选煤设备迎来更新改造的高峰期，这也给智能干选设备市场提供了分选装备存量替代的市场空间。 图2：目前处在我国煤炭开采与洗涤业固定资产投资周期回升阶段 2.2设备替换累计需求近566亿元 智能射线分选设备将与智能干选技术对接，加快矿场智能化建设。煤矿智能化和选煤厂智能化趋势对分选装备提出了更高的数字化、信息化需求，智能干选设备除了要满足在分选核心算法及处理能力的智能化要求外，还需要能够与整个选煤工厂智能系统进行对接，实现智能干选设备与其他智能模板相协调，提升智能工厂运行效率。智能干选设备基于本身的智能化数字化属性，更易接入智能工厂系统平台，未来智能干选设备将与大系统平台深入融合，实现整个工厂运行层面的智能化数字化。 我们预计中国煤炭行业干法智能分选累计市场空间566亿元，目前处在加速替代阶段。我们假设2025年煤炭年产量46亿吨，原煤的整个入洗率按照“十四五”规划中的85%以上测算，动力煤的比例按照88%来测算，干法对湿法的替代按照70%来测算，6毫米以下的煤炭（占30%）剔除。参考美腾科技的数据，单台TDS产品年处理量为70万吨，计算下来预估2409台。TDS产品（针对25mm以上矸石的分选）和TGS产品（针对6-25mm矸石的分选）数量配置比例约1:1，再加上智能仪器与