窯街煤電集團煤質(zhì)特征及煤炭市場潛力分析

張炳忠，王 越，劉立麟

(1.窯街煤電集團有限公司，甘肅 蘭州 730084；2.煤炭科學技術(shù)研究院有限公司 煤化工分院；3.煤炭資源開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

我國煤炭工業(yè)布局是由煤炭資源客觀賦存規(guī)律決定的，目前我國煤炭開發(fā)總體布局是“控制東部、穩(wěn)定中部、發(fā)展西部”[1]。我國東部地區(qū)可供建設(shè)新井的資源少，應控制開發(fā)強度，維持現(xiàn)有供應能力；中部地區(qū)的開發(fā)強度偏大，應放緩開發(fā)增速，保障穩(wěn)定供應；西部地區(qū)煤炭資源豐富，開發(fā)潛力大。近年來，陜西、內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)新建大型煤礦獲得核準，釋放優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能，中西部地區(qū)的煤炭市場發(fā)生深刻變化[2]。在煤炭生產(chǎn)布局方面，我國煤炭生產(chǎn)重心向晉陜蒙新等資源稟賦好、競爭力強的地區(qū)集中，新增產(chǎn)能主要集中在山西、陜西、內(nèi)蒙古西部和新疆地區(qū)，西部地區(qū)將成為未來煤炭生產(chǎn)的中心。而華北、華東、華中和西南地區(qū)的煤炭產(chǎn)能將繼續(xù)收縮[3]。

此外，《商品煤質(zhì)量管理暫行辦法》等一系列法律法規(guī)的出臺，對商品煤流通產(chǎn)生了深遠的影響。國內(nèi)煤炭市場的發(fā)展將向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)換，產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進步加快，必然促進高品質(zhì)能源需求量的增加和能源的節(jié)約，能源生產(chǎn)消費結(jié)構(gòu)將向著多元互補、潔凈化、可持續(xù)方向發(fā)展。

甘肅省的煤炭資源豐富，主要集中在隴東地區(qū)慶陽市、平?jīng)鍪屑爸胁堪足y、蘭州市轄區(qū)，少量分布于河西地區(qū)[4]。窯街煤電集團是甘肅省屬大型煤炭企業(yè)，煤炭資源豐富，賦存條件好，分布相對集中，易于開發(fā)建設(shè)和大規(guī)模開采。窯街礦區(qū)地處蘭州和西寧兩個絲綢之路經(jīng)濟帶的主要核心城市之間，經(jīng)濟發(fā)展后勁足，對能源需求量大。深入研究窯街煤電集團各礦的煤質(zhì)特征，分析煤炭市場潛力，不僅有利于企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，而且有助于我國煤炭資源的協(xié)同利用。

1 煤質(zhì)特征

窯街煤電集團有限公司現(xiàn)有海石灣、金河、三礦、天祝煤礦4對生產(chǎn)礦井，成煤時代均為中生代中侏羅世窯街組。海石灣煤礦面積6.452 7 km2，地質(zhì)資源量為352.63 Mt，核定生產(chǎn)能力為1.80 Mt/a，選煤廠建設(shè)規(guī)模為2.40 Mt/a，采用重介旋流器選煤方式。金河煤礦面積5.90 km2，地質(zhì)資源量為2 931.2萬t，核定生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，選煤廠設(shè)計生產(chǎn)能力1.50 Mt/a。窯街三礦井田面積4.68 km2，地質(zhì)資源量為5 043.5萬t，核定生產(chǎn)能力1.80 Mt/a，選煤廠生產(chǎn)能力為2.40 Mt/a。天祝煤礦面積5.281 8 km2，地質(zhì)儲量6 158.50萬t，核定生產(chǎn)能力0.90 Mt/a，選煤廠設(shè)計生產(chǎn)能力1.80 Mt/a。

煤化程度和煤巖組成是決定煤炭資源工藝性質(zhì)和利用性能的最主要因素[5]。我國西部地區(qū)煤巖煤質(zhì)性質(zhì)特殊[6，7]。窯街各礦的煤巖特征如表1所示。

由表1可知，海石灣煤的變質(zhì)程度相對較高，但是煤中鏡質(zhì)組含量低，一方面會使煤的揮發(fā)分(Vdaf)降低，揮發(fā)分(Vdaf)在30%左右；另一方面會降低煤的黏結(jié)性，黏結(jié)指數(shù)(GR.I)僅在30左右，按照中國煤炭分類，煤種僅為弱黏煤。金河煤的煤巖特征與海石灣煤類似，煤中鏡質(zhì)組含量低，導致煤的揮發(fā)分(Vdaf)在33%左右，黏結(jié)指數(shù)(GR.I)僅在15左右，在中國煉焦商品煤中處于較低水平。天祝煤的變質(zhì)程度最低，但是由于煤中鏡質(zhì)組含量高，揮發(fā)分(Vdaf)和黏結(jié)指數(shù)(GR.I)高，因而煤種為氣煤。三礦為典型的不黏煤，是西部優(yōu)質(zhì)煤資源[8]，與神東、大同等地的不黏煤煤質(zhì)相似。

表1 窯街各礦的煤巖特征

窯街各礦洗精煤的典型煤質(zhì)特征如表2所示。由表2可知，海石灣煤和金河煤的全硫僅有0.10%～0.30%，灰分在5.5%左右，具有特低灰、特低硫等優(yōu)良的煤質(zhì)特性，揮發(fā)分低，變質(zhì)程度高，是質(zhì)量優(yōu)良的稀缺煉焦配煤樣品，是窯街煤電集團公司煤炭戰(zhàn)略品牌。煤中有害微量元素含量低，均為特低磷煤(P-1)～低磷煤(P-2)、特低氯煤(Cl-1)、特低砷煤(As-1)～低砷煤(As-2)、特低汞煤(Hg-1)、特低氟煤(SLF)～低氟煤(LF)，顯示極佳的環(huán)保屬性。經(jīng)過洗選之后，窯街各礦煤的提質(zhì)作用明顯。

表2 窯街各礦的典型煤質(zhì)特征

三礦煤具有特低灰、特低硫、特高熱值等優(yōu)良的煤質(zhì)特性，化學活性好，有害微量元素含量低，是質(zhì)量優(yōu)良的稀缺動力用煤和化工用煤。天祝煤的沉積環(huán)境長期處于穩(wěn)定的還原環(huán)境控制下[9]，生成富氫的活性組分，而且精煤的灰分低，有利于深度化學加工和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。天祝煤的揮發(fā)分高達44%，與鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組含量高有關(guān)，元素分析顯示，氫含量高達5.91%，在煉焦過程中有利于增加煤氣和化學品產(chǎn)率。

2 煤炭市場潛力分析

窯街礦區(qū)長期以來都是甘肅、青海兩省區(qū)域內(nèi)主力煤炭供應礦區(qū)之一，為地方社會經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要貢獻。近年來，隨著國家去產(chǎn)能政策的深入和煤炭生產(chǎn)和消費格局的變化，窯街優(yōu)質(zhì)煉焦及動力煤必將更受市場歡迎。

2.1 海石灣和金河煤——國內(nèi)稀缺的特低硫煉焦配煤

近年來，我國煉焦精煤的灰分和硫分不斷升高，尤其是肥精煤和焦精煤[10-11]。西北地區(qū)煉焦用煤比較短缺，烏海礦區(qū)雖然是西北主要的煉焦煤基地，但煤的灰分和硫分都較高。內(nèi)蒙古烏海地區(qū)典型煉焦煤的煤質(zhì)特征如表3所示。烏海煤的鏡質(zhì)體反射率與海石灣煤、金河煤相近，但是硫含量極高，配加海石灣精煤后，可以顯著改善配合煤質(zhì)量。因而海石灣煤用作配煤煉焦具備較大優(yōu)勢。

表3 內(nèi)蒙古烏海地區(qū)煉焦煤的典型煤質(zhì)特征

內(nèi)蒙古西部地區(qū)以及陜西、山西等地焦化企業(yè)使用的肥煤、焦煤灰分和硫分普遍較高。海石灣煤和金河煤作為國內(nèi)稀缺的特低灰、特低硫的煉焦配煤，可以顯著降低配合煤的灰分和硫分。

海石灣和金河的精煤產(chǎn)品作為煉焦配煤已經(jīng)享有很高的知名度和聲譽，精煤產(chǎn)品主要銷售給國內(nèi)大型焦化廠或者高硫焦煤生產(chǎn)企業(yè)。礦區(qū)有鐵路專用線和國鐵相接，鐵路運輸方便，可以方便到達國內(nèi)主要焦化廠。海石灣和金河精煤的銷售網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 海石灣和金河精煤的銷售網(wǎng)絡(luò)

我國焦化行業(yè)的環(huán)保壓力較大，焦煤產(chǎn)量受限，煉焦煤價格一直在高位運行，焦煤市場整體看好，特別是低硫焦煤市場前景非?？春谩：Ｊ癁澈徒鸷酉∪钡奶氐土蚓罕貙⒅ξ覈够袠I(yè)的降本增效。

2.2 三礦——西部地區(qū)優(yōu)質(zhì)環(huán)保煤

窯街三礦具有低灰、特低硫和高熱值的優(yōu)點，有害微量元素含量低，是優(yōu)質(zhì)的動力用煤(水泥廠和火力發(fā)電)、化工用煤及民用煤。目前窯街三礦的商品煤產(chǎn)品主要有大塊(大于50 mm)、中塊(25～50 mm)和混煤(小于50 mm)。

三礦生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)精選大塊和中塊煤大部分銷往青海民和、循化、華隆、玉樹和樂都農(nóng)村取暖民用，少部分銷往甘肅永靖、蘭州紅古、永登連城北山地區(qū)。但是我國東部華北平原地區(qū)以及關(guān)中平原地區(qū)均對民用散煤做出相應的限制，類似窯街三礦的高揮發(fā)分煙煤已經(jīng)不能被用作民用煤。隨著國家環(huán)保政策的進一步落實以及地方政府法規(guī)的出臺，窯街三礦煤用作民用煤也存在一定的政策風險。

窯街三礦的混煤產(chǎn)品主要供應甘肅、青海各大電廠和水泥建材企業(yè)，銷售網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖2 窯街三礦混煤的銷售網(wǎng)絡(luò)

窯街三礦周邊典型動力煤礦區(qū)的煤質(zhì)特征如表4所示。與靖遠、熱水、寧東和寧南礦區(qū)相比，三礦煤主要的優(yōu)勢為：① 區(qū)位優(yōu)勢，三礦地處蘭州和西寧中間，距離上述電廠、水泥廠較近，附近經(jīng)濟基礎(chǔ)好，人口多，并且鐵路運輸方便；② 煤質(zhì)優(yōu)勢，窯街三礦煤的灰分低，可選性好，經(jīng)過簡單排矸即可產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)動力煤，并且硫分(St，d)不大于0.3%，為超低硫煤。這些煤質(zhì)本身優(yōu)勢也是周邊礦區(qū)不可比擬的。

表4 窯街周邊礦區(qū)典型煤質(zhì)特征

2.3 天祝煤——極具潛力的稀缺高油氣煤

天祝煤是優(yōu)質(zhì)的液化用煤品種。煤炭科學研究總院北京煤化工研究分院利用0.1 t/d實驗裝置，對中國適宜液化的煤種進行液化特性評價實驗，天祝煤是15種工業(yè)化液化項目的候選煤種之一。反應溫度為450 ℃，反應壓力為25 MPa，天祝煤的轉(zhuǎn)化率可達96.17%，油產(chǎn)率(正己烷萃取)高達69.62%[12]。

天祝煤的焦油產(chǎn)率極高，說明該煤極易轉(zhuǎn)化為液態(tài)產(chǎn)品，非常有利于以中低溫熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)利用。低溫熱解的煤氣熱值高達30.42 MJ/m3，焦油中輕質(zhì)組分多。天祝煤灰中鋁含量低，中低溫熱解半焦的電阻大，有利于降低鐵合金和電耗成本。

2.4 窯街煤用作活性炭用煤的潛力分析

煤基活性炭是以特定的煤種或配煤為原料，主要經(jīng)炭化及活化而制成的一種具有發(fā)達孔隙結(jié)構(gòu)、良好化學穩(wěn)定性和機械強度的高附加值環(huán)保產(chǎn)品。煤基活性炭因其原料來源廣泛、易再生、抗磨損、流體阻力小，被廣泛應用于水處理，溶劑回收，糖精、味精、藥劑、油脂等的脫色凈化，氣體分離及氣體凈化等各個領(lǐng)域[13]。目前活性炭在凈水中的應用十分廣泛。發(fā)達國家的飲用水、城市生活廢水、工業(yè)廢水基本上都采用包括活性炭處理在內(nèi)的三級凈化，在美國、日本上水凈化活性炭吸附設(shè)施非常普遍；發(fā)達國家用于水處理的活性炭約占活性炭總用量的40%～50%，美國每年用于水處理的活性炭占美國活性炭生產(chǎn)總量的45%以上[14]。我國北京、上海、杭州、無錫等城市的水處理領(lǐng)域普遍使用活性炭進行凈化，未來活性炭在我國水處理領(lǐng)域?qū)@得跨越式發(fā)展。

煙氣脫硫脫硝凈化專用活性焦于20世紀60年代開始工業(yè)化應用。近年來，活性焦干法煙氣脫硫脫硝技術(shù)作為一種新型、高效的煙氣凈化技術(shù)，在國內(nèi)鋼鐵燒結(jié)、有色金屬冶煉、燃煤煙氣、焦化煙氣等行業(yè)大范圍推廣，取得了很好的凈化效果，活性焦產(chǎn)品需求量急劇增加[15]。未來，焦化和石化領(lǐng)域?qū)煔饷摿蛎撓鮾艋瘜Ｓ没钚越剐枨罅繉⒉粩鄶U大。

我國是世界上最大的煤基活性炭生產(chǎn)國，煤基活性炭產(chǎn)率占我國活性炭總產(chǎn)量的70%以上，是我國主要活性炭品種。我國煤基活性炭生產(chǎn)原料煤主要分布在山西大同和寧夏銀川等幾個主要優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量占全國活性炭產(chǎn)量的90%左右，主要產(chǎn)品為脫硫脫硝活性焦和水處理深度凈化活性炭。

寧夏回族自治區(qū)活性炭的生產(chǎn)主要集中在寧夏北部，主要以太西無煙煤為原料，采用物理活化法，生產(chǎn)柱狀活性炭，產(chǎn)品主要用于氣體凈化和水凈化。山西大同的活性炭廠家以優(yōu)質(zhì)的大同侏羅紀煙煤為原料，采用物理活化法，生產(chǎn)原煤破碎活性炭、壓塊破碎活性炭和粉狀活性炭等，產(chǎn)品主要用于水處理和各種液體凈化等。大同侏羅紀煙煤的反應活性好，孔隙易于發(fā)育成熟，是生產(chǎn)活性炭的優(yōu)質(zhì)原料。

金河礦和三礦煤的變質(zhì)程度接近，并且與我國活性炭行業(yè)廣泛使用的大同侏羅紀煤的煤質(zhì)極為接近，均為低灰低硫的弱粘煤，是制備煤質(zhì)活性炭(活性焦)較適合的原料煤。用單一煤種生產(chǎn)活性炭，其孔結(jié)構(gòu)及吸附性能各有特點和缺點，應用領(lǐng)域受到限制。采用特殊生產(chǎn)工藝，可以改善單一煤種生產(chǎn)活性炭的孔結(jié)構(gòu)，進一步提高活性炭吸附性能，但會增加活性炭的生產(chǎn)成本。采用配煤生產(chǎn)技術(shù)，可以在不大幅度增加活性炭生產(chǎn)成本的前提下，在一定范圍內(nèi)改變活性炭的孔結(jié)構(gòu)，改善提高活性炭的吸附性能，從而擴大活性炭的應用領(lǐng)域。金河精煤具有一定的黏結(jié)性，還可以減少一定的黏合劑的用量，與三礦煤發(fā)揮協(xié)同利用的效果。因而窯街煤用作活性炭極具潛力。

3 結(jié) 語

對窯街煤電集團海石灣、金河、三礦和天祝煤礦的煤質(zhì)特征及煤炭市場潛力進行分析，主要研究結(jié)論如下：

(1)窯街煤均具有特低灰～低灰、特低硫～低硫等優(yōu)良的煤質(zhì)特性，有害微量元素含量低，顯示極佳的環(huán)保屬性。

(2)海石灣煤和金河煤作為國內(nèi)稀缺的特低灰、特低硫的煉焦配煤，可以顯著降低配合煤的灰分和硫分，變質(zhì)程度高，可以顯著改善配合煤質(zhì)量。

(3)金河煤和三礦煤的煤質(zhì)優(yōu)良，兩種煤協(xié)同利用制備活性炭極具潛力。

(4)天祝煤是極具潛力的稀缺高油氣煤，非常有利于以中低溫熱解為龍頭的煤炭分質(zhì)利用。