準(zhǔn)能集團(tuán)塊煤產(chǎn)品的開發(fā)與工藝改造實(shí)踐

戴 亨

(神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

當(dāng)前我國正處于經(jīng)濟(jì)深層次調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)外環(huán)境異常復(fù)雜。受煤炭市場(chǎng)需求下降、產(chǎn)能建設(shè)超前、進(jìn)口煤大量增長(zhǎng)和行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)等多種因素疊加影響，從2012年開始，全行業(yè)出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩、價(jià)格下降、企業(yè)虧損面擴(kuò)大等問題，開展科技進(jìn)步、工藝優(yōu)化、細(xì)分市場(chǎng)工作成為煤炭企業(yè)未來必須要面對(duì)的重點(diǎn)[1-3]。準(zhǔn)能集團(tuán)隸屬于國家能源集團(tuán)，是集煤炭開采、坑口發(fā)電、鐵路運(yùn)輸及煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)為一體的大型綜合能源企業(yè)，擁有年生產(chǎn)能力6 900萬t的黑岱溝露天煤礦及哈爾烏素露天煤礦，累計(jì)生產(chǎn)商品煤達(dá)到6.27億t，生產(chǎn)的準(zhǔn)混系列煤炭作為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤深受各大電廠信賴，被譽(yù)為“綠色煤炭”。2016年，準(zhǔn)能集團(tuán)主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)變化，努力挖掘煤質(zhì)潛力，在充分調(diào)研市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，開發(fā)特種煤新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)能塊煤從無到有的跨越。塊煤的開發(fā)主要從分析論證準(zhǔn)能塊煤煤質(zhì)指標(biāo)、調(diào)研確定銷售目標(biāo)市場(chǎng)、工業(yè)氣化試燒確定配煤參數(shù)、優(yōu)化選煤廠現(xiàn)有工藝、探索塊煤集裝箱運(yùn)輸、宣傳擴(kuò)大銷售市場(chǎng)等幾個(gè)方面展開。

1 準(zhǔn)能塊煤質(zhì)量分析

準(zhǔn)能集團(tuán)生產(chǎn)的商品煤全部為動(dòng)力用煤，洗選后的產(chǎn)品摻配成不同發(fā)熱量混煤供應(yīng)各大電廠，對(duì)煤炭常規(guī)的發(fā)電指標(biāo)積累較多，其它用途的指標(biāo)積累較少。為了更加系統(tǒng)了解準(zhǔn)能商品煤的質(zhì)量情況，分析論證準(zhǔn)能煤在其它領(lǐng)域使用的可行性，準(zhǔn)能集團(tuán)選取質(zhì)量較好的洗后精煤，委托國內(nèi)有資質(zhì)的權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定分析。

1.1 煤質(zhì)基本特征

通過對(duì)煤樣常規(guī)的工業(yè)、元素、硫形態(tài)分布及物理性質(zhì)分析(表1～表4)可知，洗后精煤基本煤質(zhì)特征是：全水分含量低，固定碳含量中等，灰分含量低，硫含量低，硫形態(tài)主要為有機(jī)硫。發(fā)熱量中等，揮發(fā)分含量高(Vdaf>37%)，無粘結(jié)性(GR.I值為0)，煤樣可磨性中等。

表1 準(zhǔn)能精煤工業(yè)分析

表2 準(zhǔn)能精煤元素分析(%)

表3 準(zhǔn)能精煤硫形態(tài)分布

表4 準(zhǔn)能精煤的物理性質(zhì)

1.2 煤質(zhì)工藝指標(biāo)

通過對(duì)煤樣的灰成分分析、灰熔融性溫度分析、結(jié)渣性分析、反應(yīng)活性分析、抗碎強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性分析、煤灰粘度分析、煤的膠質(zhì)層指數(shù)分析、格金干餾實(shí)驗(yàn)分析(表5～表12)，洗后精煤工藝指標(biāo)特征是：灰成分中(SiO2+Al2O3)含量高，煤樣灰熔點(diǎn)高。抗碎強(qiáng)度較好，煤的結(jié)渣性弱。反應(yīng)活性在1 100 ℃時(shí)為100%，反應(yīng)活性較好。

1.3 在其它領(lǐng)域使用的可行性

表5 準(zhǔn)能精煤煤灰成分

表6 準(zhǔn)能精煤灰熔融性溫度 ℃

表7 準(zhǔn)能精煤結(jié)渣性

表8 準(zhǔn)能精煤反應(yīng)活性

表9 準(zhǔn)能精煤抗碎強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性

表10 準(zhǔn)能精煤煤灰粘度

表11 準(zhǔn)能精煤煤的膠質(zhì)層指數(shù)

表12 準(zhǔn)能精煤格金干餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 準(zhǔn)能塊煤市場(chǎng)分析及銷售定位

在掌握準(zhǔn)能塊煤煤質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步分析國內(nèi)塊煤市場(chǎng)，確定目標(biāo)銷售市場(chǎng)和銷售方式，準(zhǔn)能集團(tuán)委托煤炭加工利用協(xié)會(huì)、銷售集團(tuán)調(diào)研塊煤市場(chǎng)的分布及消費(fèi)量。

2.1 塊煤市場(chǎng)及應(yīng)用行業(yè)

經(jīng)過大量調(diào)研，我國跨省區(qū)工業(yè)塊煤消費(fèi)量約為3 310萬t，其中華北1 000萬t、占比30.2%，華東370萬t、占比11.2%，華中740萬t、占比22.4%，華南1 200萬t、占比36.2%。按省區(qū)劃分，廣東、山東、江西、福建的消費(fèi)量分別達(dá)到了1 000萬t、700萬t、500萬t、200萬t，合計(jì)2 400萬t，占?jí)K煤消費(fèi)量的72.5%，是較為集中的塊煤消費(fèi)地區(qū)。工業(yè)用塊煤分行業(yè)消費(fèi)量如表13所示。由此可見，陶瓷行業(yè)塊煤消費(fèi)量在塊煤總消費(fèi)量中占舉足輕重的地位，是準(zhǔn)能塊煤預(yù)期的重要目標(biāo)市場(chǎng)。

表13 工業(yè)用塊煤分行業(yè)消費(fèi)量(萬t)

2.2 塊煤在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用情況

塊煤在陶瓷行業(yè)主要應(yīng)用于煤氣發(fā)生爐制水煤氣燒制瓷磚，全國陶瓷行業(yè)塊煤消耗量約2 792萬t，陶瓷生產(chǎn)基地主要集中在廣東泛佛山地區(qū)(佛山、肇慶、清遠(yuǎn)、恩平)、山東淄博及臨沂、江西高安、福建漳州等地區(qū)，年耗塊煤2 400萬t，占陶瓷行業(yè)年耗塊煤量的86%，其中廣東、江西、福建陶瓷行業(yè)年耗塊煤量1 700萬t，占陶瓷行業(yè)年耗塊煤量的61%，該區(qū)域是準(zhǔn)能塊煤預(yù)期的主要目標(biāo)區(qū)域(表14)。

表14 陶瓷行業(yè)集中區(qū)域塊煤耗量及神華占比情況

2.3 塊煤競(jìng)爭(zhēng)性分析

國內(nèi)塊煤的主要來源包括神東、神府、陜北、山西、蒙東等地，煤源渠道主要分為三類。

(1)神府東勝地區(qū)的煙塊煤。該區(qū)域塊煤經(jīng)過洗選加工，發(fā)熱量在25.08 MJ/kg以上，作為塊煤主力品種。供應(yīng)商主要有國家能源集團(tuán)、陜煤化以及陜西地區(qū)地方煤礦；

(2)陜蒙地區(qū)的原煤。多為露天礦，塊煤產(chǎn)量高，發(fā)熱量在24.24 MJ/kg左右。供應(yīng)商主要有伊泰、滿世等；

以上，僅是針對(duì)測(cè)繪地理大數(shù)據(jù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的應(yīng)用展開的一些淺顯的探討，我國測(cè)繪地理大數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)才剛剛開始，處理和應(yīng)用手段相對(duì)還比較簡(jiǎn)單，在形式和內(nèi)容上仍偏向單一，還有許多其他行業(yè)的信息沒有被發(fā)掘利用，測(cè)繪地理大數(shù)據(jù)有著非常廣闊的利用空間。測(cè)繪地理大數(shù)據(jù)有效提升了城鄉(xiāng)規(guī)劃的合理化、科學(xué)化水平，為“數(shù)字城市”和“智慧城市”的建設(shè)和發(fā)展發(fā)揮了重要的促進(jìn)作用，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)繪地理大數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值必將得到更高層次的提升。

(3)其它非主力煤種。電煤篩出的塊煤，包括內(nèi)蒙古地區(qū)21.74 MJ/kg半精煤，山西、準(zhǔn)格爾地區(qū)22.15～22.99 MJ/kg高灰熔點(diǎn)煤等，此類塊煤只能與高熱值塊煤摻配燃用，用于降低成本、配箱提高標(biāo)箱重量。從煤質(zhì)角度看，準(zhǔn)能塊煤發(fā)熱量不高，不能直接作為制氣原料，存在劣勢(shì)。

山東、河北等華北地區(qū)塊煤除國家能源集團(tuán)供應(yīng)少量沿線塊煤外，基本以汽運(yùn)直達(dá)為主，汽運(yùn)塊煤破碎率低，運(yùn)輸成本有時(shí)與鐵路運(yùn)輸相近，是市場(chǎng)塊煤集港選擇的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方式。國家能源集團(tuán)塊煤主要以鐵路運(yùn)輸方式運(yùn)至黃驊港，伊泰等塊煤以鐵路運(yùn)輸方式運(yùn)至京唐港，其余塊煤主要以汽運(yùn)方式運(yùn)至天津港。北方港塊煤主要以“三散一箱”(“三散”為6～7萬t級(jí)、1.7～2萬t級(jí)和5 000 t級(jí)散貨船裝運(yùn)，“一箱”為6～7萬t級(jí)集裝箱船裝運(yùn))海運(yùn)方式運(yùn)至華東、華中、華南等消費(fèi)地。從運(yùn)輸角度看，與同行業(yè)其它企業(yè)相比，國家能源集團(tuán)鐵路、港口布局完善，準(zhǔn)能塊煤存在一定的優(yōu)勢(shì)。

2.4 準(zhǔn)能塊煤市場(chǎng)定位

通過調(diào)研分析，準(zhǔn)能塊煤銷售具備可行性，主要的目標(biāo)銷售市場(chǎng)是廣東、江西、福建等地陶瓷行業(yè)，可以發(fā)揮一體化優(yōu)勢(shì)，與神東集團(tuán)“第一類”塊煤摻配，彌補(bǔ)準(zhǔn)能塊煤灰分高、發(fā)熱量低的劣勢(shì)。同時(shí)，有效依托國家能源集團(tuán)完善的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)、成熟的銷售鏈條，快速將塊煤產(chǎn)品運(yùn)輸銷售到華南地區(qū)。塊煤市場(chǎng)也存在一定的不確定性，需要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范。例如：塊煤市場(chǎng)不穩(wěn)定，南方雨季、塊煤市場(chǎng)淡旺季、陶瓷行業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性等特點(diǎn)明顯；陶瓷企業(yè)普遍賒銷采購、負(fù)債經(jīng)營(yíng)，對(duì)票據(jù)要求靈活，且單個(gè)廠采購量小、批次多；塊煤價(jià)格市場(chǎng)化程度高，陶瓷企業(yè)管理相對(duì)粗放，采購門檻低、價(jià)格完全市場(chǎng)化，煤炭成本占比30%～40%，燃煤效果無標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格在采購中占主導(dǎo)地位；陶瓷企業(yè)主要使用資金杠桿貸款投資，而建筑陶瓷資金回籠緩慢，一旦資金鏈斷裂，易形成壞賬[4-6]。

3 準(zhǔn)能塊煤工業(yè)摻燒試驗(yàn)

為了確定準(zhǔn)能塊煤與神東塊煤的摻配比例，得出最優(yōu)的工藝參數(shù)，解決準(zhǔn)能塊煤不能直接做制氣原料的問題，同時(shí)也為了打開華南地區(qū)市場(chǎng)，選取廣東肇慶市嘉賓陶瓷廠，按照準(zhǔn)能塊煤和神東塊煤2∶8、3∶7、4∶6及5∶5四個(gè)配煤方案進(jìn)行了試驗(yàn)。

3.1 煤氣站基本情況

肇慶市嘉賓陶瓷廠擁有5條大型全自動(dòng)輥道窯生產(chǎn)線，4開1備，每天用煤量在180～200 t，生產(chǎn)動(dòng)力煤氣50萬m3左右。煤氣站(兩級(jí)式煤氣爐)工藝流程見圖1。

圖1 煤氣站工藝流程

3.2 神東配燒塊煤基本情況

神東塊煤為侏羅紀(jì)煤，屬于長(zhǎng)焰煤或不粘煤等，具有反應(yīng)性高、發(fā)熱量高和灰熔點(diǎn)低等特點(diǎn)。試驗(yàn)塊煤水分為16.3%，灰分為14.5%，硫分0.62%，發(fā)熱量大于20.90 MJ/kg，灰熔點(diǎn)小于1 200 ℃(表15)。

表15 神東部分煤種對(duì)二氧化碳的反應(yīng)性

3.3 試燒結(jié)果

試驗(yàn)工作分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段由現(xiàn)場(chǎng)操作人員，根據(jù)試驗(yàn)情況提高氣化溫度，確定最佳試驗(yàn)工藝條件。在此試驗(yàn)基礎(chǔ)上，優(yōu)選配煤比例和工藝條件，進(jìn)行第二階段長(zhǎng)周期工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)塊煤新品種的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行試驗(yàn)和測(cè)算。按照兩種煤的五種不同配比，采用循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行氣化試驗(yàn)，得到了較為詳實(shí)、全面的數(shù)據(jù)?？傮w看，每種配比方式的混合塊煤在氣化過程中，氣化爐運(yùn)行狀況比較穩(wěn)定，煤氣成分構(gòu)成及煤氣熱值煤變化較小。通過試驗(yàn)可得出以下結(jié)論：

(1)準(zhǔn)能塊煤氣化性能優(yōu)良。利用準(zhǔn)能塊煤高灰熔點(diǎn)的特性，通過調(diào)整氣化劑溫度，適當(dāng)提高爐溫來提高煤的反應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)能塊煤的充分氣化，灰渣中含碳量低，達(dá)到高反應(yīng)性塊煤灰渣的含碳量要求。

(2)準(zhǔn)能塊煤與神東塊煤的配煤是一種性能更優(yōu)的氣化原料煤。準(zhǔn)塊煤與神東塊煤按一定比例配比，提高氣化爐溫后，單爐產(chǎn)氣量和噸煤產(chǎn)氣率并沒有明顯下降，而且單爐產(chǎn)氣量略有增加，這表明準(zhǔn)能塊煤和神東塊按一定比例的配煤可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更優(yōu)的氣化原料煤。

(3)配煤氣化經(jīng)濟(jì)效益顯著。從初步的技術(shù)數(shù)據(jù)分析，2∶8、3∶7、4∶6、5∶5四種配比的綜合產(chǎn)氣量和煤氣質(zhì)量均可滿足陶瓷廠的生產(chǎn)需求，4∶6和3∶7兩個(gè)配比的排灰量在陶瓷廠可接受范圍內(nèi)，配煤氣化噸煤可降低氣化成本5～20元。

4 選煤廠塊煤工藝改造

工業(yè)試燒成功后，準(zhǔn)能塊煤具備大量銷售的條件，為了滿足市場(chǎng)需求，準(zhǔn)能集團(tuán)對(duì)兩選煤廠現(xiàn)有工藝進(jìn)行了優(yōu)化改造，增加塊煤旁路系統(tǒng)，塊煤生產(chǎn)能力為885萬t/a。

4.1 黑岱溝選煤廠工藝優(yōu)化

黑岱溝選煤廠現(xiàn)有4套跳汰系統(tǒng)、4套重介淺槽系統(tǒng)，生產(chǎn)塊煤時(shí)利用其中的優(yōu)煤系統(tǒng)生產(chǎn)，按照各系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)核算，塊煤生產(chǎn)能力為400萬t/a。

4.1.1 跳汰系統(tǒng)塊煤生產(chǎn)工藝

對(duì)現(xiàn)有煤流生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)塊煤時(shí)，切換系統(tǒng)工藝，塊精煤經(jīng)過369和715膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載，進(jìn)入9號(hào)產(chǎn)品倉存儲(chǔ)，作為塊煤銷售。離心機(jī)脫水后的末精煤經(jīng)過368和713膠帶機(jī)轉(zhuǎn)載，進(jìn)入產(chǎn)品倉儲(chǔ)存，作為電煤銷售。

4.1.2 重介淺槽系統(tǒng)塊煤生產(chǎn)工藝

對(duì)現(xiàn)有煤流生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)塊煤時(shí)，切換系統(tǒng)工藝，塊精煤不經(jīng)過4308破碎機(jī)破碎，直接進(jìn)入4701/4702膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載，進(jìn)入槽倉存儲(chǔ)，作為塊煤銷售。

4.1.3 塊煤生產(chǎn)能力

黑岱溝選煤廠現(xiàn)有快速裝車站2座，設(shè)計(jì)裝車能力均為5 000 t/h。生產(chǎn)塊煤時(shí)，上游倉儲(chǔ)不能同時(shí)滿足一列車次的裝車要求，需要降低裝車效率，一邊生產(chǎn)一邊裝車，是塊煤生產(chǎn)的瓶頸環(huán)節(jié)?？焖傺b車站生產(chǎn)塊煤的主要技術(shù)參數(shù)為：Smax=80 s/節(jié)，Smin=100 s/節(jié)，Tavg=70 t/節(jié)，Havg=11列/d，h=24 h，可得：

=435(萬t/a)

=365(萬t/a)

式中：Amax為最大能力，萬t/a；Amin為最小能力，萬t/a。

裝車站最大塊煤裝車能力為435萬t/a，最小塊煤裝車能力為365萬t/a，取平均值為485萬t/a。

4.2 哈爾烏素選煤廠工藝優(yōu)化

哈爾烏素選煤廠現(xiàn)有6套重介淺槽系統(tǒng)，生產(chǎn)塊煤時(shí)利用其中的2套優(yōu)煤系統(tǒng)生產(chǎn)，按照各系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)核算，塊煤生產(chǎn)能力為485萬t/a。

4.2.1 重介淺槽系統(tǒng)塊煤生產(chǎn)工藝

原系統(tǒng)不具備生產(chǎn)塊煤的條件，需要進(jìn)行改造，在主廠房北側(cè)A系統(tǒng)精煤脫介篩上設(shè)置分叉溜槽，新建785轉(zhuǎn)載膠帶走廊。生產(chǎn)塊煤時(shí)，塊精煤直接落入主廠房北側(cè)785塊煤膠帶機(jī)上，轉(zhuǎn)載進(jìn)入1號(hào)產(chǎn)品倉和2號(hào)產(chǎn)品倉儲(chǔ)存。

4.2.2 塊煤生產(chǎn)能力

哈爾烏素選煤廠現(xiàn)有快速裝車站2座，設(shè)計(jì)裝車能力均為5 000 t/h。生產(chǎn)塊煤時(shí)，可以同時(shí)利用1號(hào)倉和2號(hào)倉裝車。2套快速裝車站能力基本一致，主要技術(shù)參數(shù)為：Smax=80 s/節(jié)，Smin=100 s/節(jié)，Tavg=70 t/節(jié)，Havg=11列/d，h=24 h。

=505(萬t/a)

=465(萬t/a)

裝車站最大塊煤裝車能力為505萬t/a，最小塊煤裝車能力為465萬t/a，取平均值為485萬t/a。

5 準(zhǔn)能塊煤開發(fā)產(chǎn)生的效益

從2016年8月份發(fā)運(yùn)第一列塊煤開始，準(zhǔn)能集團(tuán)大力推廣塊煤產(chǎn)品，通過定期走訪客戶，在珠海召開了環(huán)保塊煤推廣會(huì)，向政府和陶瓷廠商推廣準(zhǔn)能塊煤產(chǎn)品，市場(chǎng)認(rèn)可度越來越高，塊煤銷售量逐年增加，已累計(jì)銷售塊煤200萬t。在幫助陶瓷廠提高氣化效率、降低煤氣凈化成本和廢水處理成本的同時(shí)，準(zhǔn)能公司銷售塊煤創(chuàng)效1.34億元(噸煤平均創(chuàng)效67元)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

6 結(jié) 論

煤炭企業(yè)積極應(yīng)對(duì)煤炭市場(chǎng)變化，開發(fā)高附加值的產(chǎn)品，實(shí)施提質(zhì)增效，提高企業(yè)盈利能力，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和企業(yè)利益。實(shí)踐證明，準(zhǔn)能集團(tuán)開發(fā)的塊煤產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，準(zhǔn)能塊煤新產(chǎn)品的開發(fā)對(duì)煤炭企業(yè)探索清潔高效利用提供了較好的借鑒思路。