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★ 洁净利用与深加工 ★

晋城无烟块煤的利用现状与出路探析

杨丽超1 薛 梅2 苏春生1

(1.晋煤集团煤化工研究院,山西省晋城市,048006;2. 力鸿智信(北京)科技有限公司,北京市顺义区,101312)

摘 要 随着UGI气化炉的退出,晋城无烟块煤的市场逐渐萎缩。针对此类问题分析了晋城无烟块煤的煤质特性以及利用现状,并从煤质学的角度出发探索了其出路问题。结果表明,基于晋城无烟煤块煤是优质的固定床气化原料和优质的民用燃料,其出路必须从科学技术方面着手,加大力度加快速度研究出适应新时代、更环保的固定床气化技术,来替代市场上的UGI气化技术。

关键词 无烟块煤 煤质 利用途径 工艺特性

晋城地区是全国无烟煤主要产地之一,2018年晋城地区无烟煤产量突破1亿t,其中无烟块煤约2500万t。晋城无烟块煤俗称兰花炭,是中国化肥工业的“精粮”。

近几年来,随着无烟块煤的核心利用技术——常压间歇式固定床气化技术(UGI炉)逐渐丧失技术优势和市场,造成了无烟块煤市场的萎缩。为此,本文分析了晋城无烟块煤的煤质特征,从煤质学角度出发探析其未来的出路问题。

1 晋城无烟块煤的煤质特性

晋煤集团本部包括寺河矿、寺河矿二号井、成庄矿、赵庄矿、赵庄二号井、长平矿、岳城矿和凤凰山矿8个主力矿井,无烟块煤产量约为1250万t/a,其中低硫块煤约占2/3以上。

1.1 工业分析

晋煤集团各大主力矿区无烟块煤的煤质特性如下:全水分基本都小于6.0%,为特低全水煤;长平矿、赵庄矿和赵庄二号井的3#无烟煤挥发分略大,为8%~11%,属于年轻无烟煤(部分属于贫煤),其他矿区挥发分均在3.5%~6.5%之间,属典型无烟煤;原煤灰分在20%~40%之间,为中(高)灰分煤,经洗选后大多可降低到12%以下;洗块固定碳一般在80%左右,属高固定碳煤,作为气化用煤时产气量大;经洗选后,热值大于29 MJ/kg,属特高热值煤。晋煤集团各矿区无烟块煤工业分析数据见表1。

1 晋煤集团各矿区无烟块煤工业分析数据

煤种Mt/%Mad/%Aad/%Vad/%FCad/%Qb,ad /(MJ·kg-1)凤凰山矿15#洗混块4.9004.30010.9004.82079.98029.732岳城矿3#洗中块3.9003.16010.3805.67080.79030.489赵庄矿3#洗中块2.7001.92011.4009.62077.06030.892寺河矿3#洗中块3.2002.88011.8505.67079.60029.910长平矿3#洗中块2.6001.88010.6508.22079.25031.180成庄矿3#洗中块3.8001.44011.9606.52080.08030.416赵庄二号井3#原煤6.4001.40026.34010.22062.04025.465寺河二号井15#原煤5.8003.22024.6605.90066.22024.678

1.2 元素分析

晋煤集团各大主力矿区无烟块煤的原煤元素分析如下:碳含量在86%~92%之间,平均为89%;氢含量在2.95%~3.99%之间,平均为3.47%;氮含量在0.93%~1.62%之间,平均为1.27%;氧含量在2.28%~8.70%之间,平均为5.49%;除凤凰山和寺河二号井正在生产15#高硫煤,其他矿区所产无烟块煤均为特低硫、高碳、低氢、低氮、低氧的无烟煤。晋煤集团各矿区原煤元素分析数据见表2。

2 晋煤集团各矿区原煤元素分析数据

煤种Cdaf /%Hdaf/%Ndaf /%Odaf /%St,ad/%凤凰山矿15#洗混块87.943.260.932.281.62岳城矿3#洗中块91.442.951.233.940.30赵庄矿3#洗中块85.893.551.278.700.32寺河矿3#洗中块86.923.011.068.590.44长平矿3#洗中块88.243.461.146.740.30成庄矿3#洗中块86.983.051.208.380.34赵庄二号井3#原煤89.663.991.624.240.38寺河二号井15#原煤86.362.991.115.854.26

1.3 工艺特性

(1)晋城无烟块煤的抗碎强度(SS)高达92.4%,成块率高且破碎率低,有利于长距离的运输。

(2)晋城无烟块煤由于煤炭内部孔隙小,水分含量低而热稳定性较高,加热时块煤不易破裂,有利于采用固定床气化技术,除赵庄矿和长平矿的热稳定性(TS+6)较低(92%),其他矿的均大于95%,属高热稳定性煤。

(3)晋煤集团无烟煤除赵庄矿、赵庄二号井、长平矿无烟煤的可磨指数在60~80范围内,为中等可磨煤;成庄矿无烟煤的可磨指数在40~50范围内,为较难磨煤;其他矿区煤的可磨指数均≤40,为难磨煤。

(4)试验证明,晋城无烟煤在反应初期,反应速度相对于其它煤种较慢,转化率也较低,但是随着时间的推移反应速度和转化率都增加较快,在反应后期远远超过其它煤种。因此,可以适当延长晋城煤在炉内的停留时间使其充分反应。

(5)煤灰熔融性也常叫灰熔点,是气化用煤的重要指标。常用的几种表示方法有变形温度DT、软化温度ST、半球温度HT和流动温度FT。一般固态排渣研究ST,液态排渣研究FT。晋煤集团所有矿区无烟煤的灰熔点ST均大于1350℃,FT均大于1500℃,属高灰熔点煤。这主要是由于其煤灰成分中,酸性组分的含量较高,SiO2+Al2O3占到80%以上,而碱性组分含量低,CaO+MgO+Fe2O3仅15%左右,这是由于酸碱比较大的原因造成的。高灰熔点煤利于固态排渣,不利于液态排渣。若用于液态排渣的气化工艺,为了保证液态融渣连续稳定排出,需要通过添加助剂或配煤来降低灰熔点。

总之,从煤质来看,晋城无烟煤具有固定碳高、抗碎强度高、热稳定性高、灰熔点高以及可磨性差、反应活性差、粘温特性差等特点,尤其适合于固定床固态排渣的气化技术,同时还具有固定碳高、发热量高、挥发分低、烟气少、环保性好以及硫分低块煤产量高等特点,相对于其它煤种是较好的燃料。

2 无烟煤的市场现状

目前无烟块煤主要用于化工、建材、民用等领域,其中化工是其主要供货市场,用煤量超过块煤总消费量的90%。

2.1 化工

无烟块煤是UGI气化炉最好的原料,主要用于传统煤化工,通过UGI气化炉生产合成氨、尿素和甲醇等产品。近年来,随着新型煤气化技术逐渐成熟并被大量应用,UGI气化炉的市场逐渐缩减。与此同时,国家在产业政策上也逐步取消了对传统产能的电价、所得税、运输费等优惠政策,而且在环保政策持续高压下,UGI气化炉由于先天的技术结构原因,无法解决一些环保问题,亦加快了其退出市场的步伐。氮肥行业“十三五”发展规划指出,到2020年,采用无烟煤为原料的合成氨产能将下降到41%,但2017年的统计数据表明,以无烟煤为原料的合成氨产能为2410万t,占总产能的37%,已经提前3年完成规划目标。据统计,2015-2017年,鲁西、瑞星和华昌分别有347.5万t、347万t和388万t的UGI合成氨产能退出;2016-2020年,晋煤集团煤化工板块可能退出UGI气化炉共480套,减少耗用无烟块煤864万t,这将对晋城无烟块煤的市场造成巨大冲击。

2.2 建材

无烟块煤可通过固定床煤气发生炉生产工业燃料气用于玻璃、陶瓷、有色冶炼等建材行业。基于固定床煤气发生炉与UGI气化炉原理相同,无烟块煤亦是其最好的原料。据统计,2005年全国建材行业有4000台煤气发生炉,与化工用的UGI炉数量相当。之后,由于无烟块煤价格高的原因,建材行业纷纷将固定床煤气发生炉改为两段炉,从而可以使用价格较低的块状烟煤,致使无烟块煤失去了在建材行业的大量市场。但近些年随着环保政策的收紧,以及两段炉带来的环保问题,建材行业也纷纷面临气化炉技术升级以及“煤改气”等问题。

2.3 民用

无烟块煤相比其它煤种是最好的民用煤,但一直以来由于价格较高的原因限制了其在民用市场的推广使用。2013年以来为了改善民用散烧煤带来的环保问题,国家和地方曾制定了一系列民用洁净煤的政策。政策提出符合要求的无烟块煤可作为民用洁净煤直接使用,但这些政策主要针对洁净型煤,无烟块煤只是作为补充煤种,且缺乏相应的类似于洁净型煤的补贴政策,在这样的背景下,无烟块煤没能打开民用市场。

目前无烟块煤的市场整体现状为化工市场正在大幅缩减,建材市场已基本沦陷,民用市场从未打开,无烟块煤在产量不变的情况下,市场不断缩减。解决晋城无烟块煤的利用问题,寻找无烟块煤出路的问题亟需解决。

3 晋城无烟块煤的出路

从煤质角度考虑,晋城无烟块煤是优质的固定床气化炉原料,需要加大加快适应晋城无烟块煤的固定床气化技术的研究力度和速度,来替代退出的UGI气化炉,可向化工和建材行业推广。同时,晋城无烟块煤是优质的民用燃料,可以考虑开发适应晋城无烟块煤的更环保的民用燃料炉,无烟块煤配套专业炉将会更好地向民用市场推广。

除此以外,技术开发的速度也很重要,若赶不上UGI气化炉退出的步伐,无烟块煤的出路只能是破碎再利用,这样不仅会增加煤炭的生产成本,而且发挥不出晋城无烟块煤 优质资源的特点,甚至将其优势变为劣势。

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Discussion and analysis of present utilization situation and outlet of Jincheng anthracite lump coal

Yang Lichao1, Xue Mei2, Su Chunsheng1

(1. Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Co., Ltd., Jincheng, Shanxi 048006, China;2.Leon Intelligence & Information (Beijing) Technology Co., Ltd., Shunyi, Beijing 101312, China)

Abstract With the withdrawal of UGI gasifier, the market of Jincheng anthracite lump coal is shrinking gradually. Aimed at the problem, the author analyzed characteristics of coal quality and utilization situation of Jincheng anthracite lump coal, and explored outlet from the perspective of coal quality. The results showed the outlet of the Jincheng anthracite lump coal should consider scientific and technological aspects, devoted great efforts to increase research speeding for of more greener fixed bed gasification technologies to replace UGI gasification technologies in the market in new era, because Jincheng anthracite lump coal was high-quality fixed bed gasification raw material and high-quality domestic fuel.

Key words anthracite lump coal, coal quality, utilization ways, processing property

中图分类号 TQ536.8

文献标识码 A

引用格式:杨丽超,薛梅,苏春生. 晋城无烟块煤的利用现状与出路探析[J].中国煤炭,2019,45(8):58-60,105.

Yang Lichao, Xue Mei, Su Chunsheng.Discussion and analysis of present utilization situation and outlet of Jincheng anthracite lump coal[J]. China Coal, 2019, 45(8):58-60,105.

作者简介:杨丽超(1985-),女,山西晋城人,硕士研究生,工程师,目前就职于晋煤集团煤化工研究院,主要从事煤炭及煤化工方面的研究。E-mail:327677376@qq.com。

(责任编辑 王雅琴)