晉城無煙塊煤的利用現(xiàn)狀與出路探析

楊麗超 薛 梅 蘇春生

(1.晉煤集團(tuán)煤化工研究院，山西省晉城市，048006；2. 力鴻智信(北京)科技有限公司，北京市順義區(qū)，101312)

晉城地區(qū)是全國無煙煤主要產(chǎn)地之一，2018年晉城地區(qū)無煙煤產(chǎn)量突破1億t，其中無煙塊煤約2500萬t。晉城無煙塊煤俗稱蘭花炭，是中國化肥工業(yè)的“精糧”。

近幾年來，隨著無煙塊煤的核心利用技術(shù)——常壓間歇式固定床氣化技術(shù)(UGI爐)逐漸喪失技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場，造成了無煙塊煤市場的萎縮。為此，本文分析了晉城無煙塊煤的煤質(zhì)特征，從煤質(zhì)學(xué)角度出發(fā)探析其未來的出路問題。

1 晉城無煙塊煤的煤質(zhì)特性

晉煤集團(tuán)本部包括寺河礦、寺河礦二號(hào)井、成莊礦、趙莊礦、趙莊二號(hào)井、長平礦、岳城礦和鳳凰山礦8個(gè)主力礦井，無煙塊煤產(chǎn)量約為1250萬t/a，其中低硫塊煤約占2/3以上。

1.1 工業(yè)分析

晉煤集團(tuán)各大主力礦區(qū)無煙塊煤的煤質(zhì)特性如下：全水分基本都小于6.0%，為特低全水煤；長平礦、趙莊礦和趙莊二號(hào)井的3#無煙煤揮發(fā)分略大，為8%～11%，屬于年輕無煙煤(部分屬于貧煤)，其他礦區(qū)揮發(fā)分均在3.5%～6.5%之間，屬典型無煙煤；原煤灰分在20%～40%之間，為中(高)灰分煤，經(jīng)洗選后大多可降低到12%以下；洗塊固定碳一般在80%左右，屬高固定碳煤，作為氣化用煤時(shí)產(chǎn)氣量大；經(jīng)洗選后，熱值大于29 MJ/kg，屬特高熱值煤。晉煤集團(tuán)各礦區(qū)無煙塊煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 晉煤集團(tuán)各礦區(qū)無煙塊煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)

1.2 元素分析

晉煤集團(tuán)各大主力礦區(qū)無煙塊煤的原煤元素分析如下：碳含量在86%～92%之間，平均為89%；氫含量在2.95%～3.99%之間，平均為3.47%；氮含量在0.93%～1.62%之間，平均為1.27%；氧含量在2.28%～8.70%之間，平均為5.49%；除鳳凰山和寺河二號(hào)井正在生產(chǎn)15#高硫煤，其他礦區(qū)所產(chǎn)無煙塊煤均為特低硫、高碳、低氫、低氮、低氧的無煙煤。晉煤集團(tuán)各礦區(qū)原煤元素分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 晉煤集團(tuán)各礦區(qū)原煤元素分析數(shù)據(jù)

1.3 工藝特性

(1)晉城無煙塊煤的抗碎強(qiáng)度(SS)高達(dá)92.4%，成塊率高且破碎率低，有利于長距離的運(yùn)輸。

(2)晉城無煙塊煤由于煤炭內(nèi)部孔隙小，水分含量低而熱穩(wěn)定性較高，加熱時(shí)塊煤不易破裂，有利于采用固定床氣化技術(shù)，除趙莊礦和長平礦的熱穩(wěn)定性(TS+6)較低(92%)，其他礦的均大于95%，屬高熱穩(wěn)定性煤。

(3)晉煤集團(tuán)無煙煤除趙莊礦、趙莊二號(hào)井、長平礦無煙煤的可磨指數(shù)在60～80范圍內(nèi)，為中等可磨煤；成莊礦無煙煤的可磨指數(shù)在40～50范圍內(nèi)，為較難磨煤；其他礦區(qū)煤的可磨指數(shù)均≤40，為難磨煤。

(4)試驗(yàn)證明，晉城無煙煤在反應(yīng)初期，反應(yīng)速度相對(duì)于其它煤種較慢，轉(zhuǎn)化率也較低，但是隨著時(shí)間的推移反應(yīng)速度和轉(zhuǎn)化率都增加較快，在反應(yīng)后期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它煤種。因此，可以適當(dāng)延長晉城煤在爐內(nèi)的停留時(shí)間使其充分反應(yīng)。

(5)煤灰熔融性也常叫灰熔點(diǎn)，是氣化用煤的重要指標(biāo)。常用的幾種表示方法有變形溫度DT、軟化溫度ST、半球溫度HT和流動(dòng)溫度FT。一般固態(tài)排渣研究ST，液態(tài)排渣研究FT。晉煤集團(tuán)所有礦區(qū)無煙煤的灰熔點(diǎn)ST均大于1350℃，F(xiàn)T均大于1500℃，屬高灰熔點(diǎn)煤。這主要是由于其煤灰成分中，酸性組分的含量較高，SiO2+Al2O3占到80%以上，而堿性組分含量低，CaO+MgO+Fe2O3僅15%左右，這是由于酸堿比較大的原因造成的。高灰熔點(diǎn)煤利于固態(tài)排渣，不利于液態(tài)排渣。若用于液態(tài)排渣的氣化工藝，為了保證液態(tài)融渣連續(xù)穩(wěn)定排出，需要通過添加助劑或配煤來降低灰熔點(diǎn)。

總之，從煤質(zhì)來看，晉城無煙煤具有固定碳高、抗碎強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性高、灰熔點(diǎn)高以及可磨性差、反應(yīng)活性差、粘溫特性差等特點(diǎn)，尤其適合于固定床固態(tài)排渣的氣化技術(shù)，同時(shí)還具有固定碳高、發(fā)熱量高、揮發(fā)分低、煙氣少、環(huán)保性好以及硫分低塊煤產(chǎn)量高等特點(diǎn)，相對(duì)于其它煤種是較好的燃料。

2 無煙煤的市場現(xiàn)狀

目前無煙塊煤主要用于化工、建材、民用等領(lǐng)域，其中化工是其主要供貨市場，用煤量超過塊煤總消費(fèi)量的90%。

2.1 化工

無煙塊煤是UGI氣化爐最好的原料，主要用于傳統(tǒng)煤化工，通過UGI氣化爐生產(chǎn)合成氨、尿素和甲醇等產(chǎn)品。近年來，隨著新型煤氣化技術(shù)逐漸成熟并被大量應(yīng)用，UGI氣化爐的市場逐漸縮減。與此同時(shí)，國家在產(chǎn)業(yè)政策上也逐步取消了對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)能的電價(jià)、所得稅、運(yùn)輸費(fèi)等優(yōu)惠政策，而且在環(huán)保政策持續(xù)高壓下，UGI氣化爐由于先天的技術(shù)結(jié)構(gòu)原因，無法解決一些環(huán)保問題，亦加快了其退出市場的步伐。氮肥行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃指出，到2020年，采用無煙煤為原料的合成氨產(chǎn)能將下降到41%，但2017年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，以無煙煤為原料的合成氨產(chǎn)能為2410萬t，占總產(chǎn)能的37%，已經(jīng)提前3年完成規(guī)劃目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015-2017年，魯西、瑞星和華昌分別有347.5萬t、347萬t和388萬t的UGI合成氨產(chǎn)能退出；2016-2020年，晉煤集團(tuán)煤化工板塊可能退出UGI氣化爐共480套，減少耗用無煙塊煤864萬t，這將對(duì)晉城無煙塊煤的市場造成巨大沖擊。

2.2 建材

無煙塊煤可通過固定床煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)工業(yè)燃料氣用于玻璃、陶瓷、有色冶煉等建材行業(yè)?；诠潭ù裁簹獍l(fā)生爐與UGI氣化爐原理相同，無煙塊煤亦是其最好的原料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年全國建材行業(yè)有4000臺(tái)煤氣發(fā)生爐，與化工用的UGI爐數(shù)量相當(dāng)。之后，由于無煙塊煤價(jià)格高的原因，建材行業(yè)紛紛將固定床煤氣發(fā)生爐改為兩段爐，從而可以使用價(jià)格較低的塊狀煙煤，致使無煙塊煤失去了在建材行業(yè)的大量市場。但近些年隨著環(huán)保政策的收緊，以及兩段爐帶來的環(huán)保問題，建材行業(yè)也紛紛面臨氣化爐技術(shù)升級(jí)以及“煤改氣”等問題。

2.3 民用

無煙塊煤相比其它煤種是最好的民用煤，但一直以來由于價(jià)格較高的原因限制了其在民用市場的推廣使用。2013年以來為了改善民用散燒煤帶來的環(huán)保問題，國家和地方曾制定了一系列民用潔凈煤的政策。政策提出符合要求的無煙塊煤可作為民用潔凈煤直接使用，但這些政策主要針對(duì)潔凈型煤，無煙塊煤只是作為補(bǔ)充煤種，且缺乏相應(yīng)的類似于潔凈型煤的補(bǔ)貼政策，在這樣的背景下，無煙塊煤沒能打開民用市場。

目前無煙塊煤的市場整體現(xiàn)狀為化工市場正在大幅縮減，建材市場已基本淪陷，民用市場從未打開，無煙塊煤在產(chǎn)量不變的情況下，市場不斷縮減。解決晉城無煙塊煤的利用問題，尋找無煙塊煤出路的問題亟需解決。

3 晉城無煙塊煤的出路

從煤質(zhì)角度考慮，晉城無煙塊煤是優(yōu)質(zhì)的固定床氣化爐原料，需要加大加快適應(yīng)晉城無煙塊煤的固定床氣化技術(shù)的研究力度和速度，來替代退出的UGI氣化爐，可向化工和建材行業(yè)推廣。同時(shí)，晉城無煙塊煤是優(yōu)質(zhì)的民用燃料，可以考慮開發(fā)適應(yīng)晉城無煙塊煤的更環(huán)保的民用燃料爐，無煙塊煤配套專業(yè)爐將會(huì)更好地向民用市場推廣。

除此以外，技術(shù)開發(fā)的速度也很重要，若趕不上UGI氣化爐退出的步伐，無煙塊煤的出路只能是破碎再利用，這樣不僅會(huì)增加煤炭的生產(chǎn)成本，而且發(fā)揮不出晉城無煙塊煤 優(yōu)質(zhì)資源的特點(diǎn)，甚至將其優(yōu)勢(shì)變?yōu)榱觿?shì)。