準(zhǔn)格爾地區(qū)煤炭資源特性與配煤試驗研究

馬克富，張 博

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 煤炭檢測中心，北京 100013;2.國家煤炭質(zhì)量檢驗檢測中心，北京 100013)

0 引 言

準(zhǔn)格爾地區(qū)地處內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部、鄂爾多斯市東部，全區(qū)總面積達7 692 km2。該地區(qū)煤炭資源豐富，含煤總面積占全區(qū)總面積的80%以上，主要分布在東部的準(zhǔn)格爾煤田和南部的東勝煤田[1-3]。準(zhǔn)格爾地區(qū)東部的準(zhǔn)格爾煤田，其成煤年代屬石炭二疊紀(jì)[4-5];本區(qū)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，區(qū)內(nèi)含煤11層，煤層總厚平均30.50 m，煤系地層總厚151 m，含煤系數(shù)為20%。準(zhǔn)格爾地區(qū)南部的東勝煤田，其成煤年代屬早-中侏羅紀(jì)[6];本區(qū)主要含煤地層為早-中侏羅世延安組，含5個煤組，可采煤層總厚一般在16 m～20 m，由北向南有增厚的趨勢。

準(zhǔn)格爾地區(qū)東部、南部兩大煤田的成煤年代、賦存條件、煤質(zhì)條件等差異較大，相互之間具有優(yōu)勢互補的空間。但準(zhǔn)格爾地區(qū)煤炭資源長久以來主要以單一煤種使用，存在優(yōu)質(zhì)煤灰熔融性溫度低、部分礦區(qū)煤質(zhì)欠佳等實際問題，限制了其有效綜合利用的空間。

為全面掌控準(zhǔn)格爾地區(qū)的煤炭資源特性，充分發(fā)揮南部和東部煤炭資源的優(yōu)勢互補，消除由于煤炭銷售品種單一而制約經(jīng)濟發(fā)展的難題，故而開展對準(zhǔn)格爾地區(qū)煤炭資源特性與配煤試驗研究，以期為準(zhǔn)格爾地區(qū)拓寬煤炭產(chǎn)品綜合利用空間提供數(shù)據(jù)支撐。

1 煤樣來源與檢測指標(biāo)

以準(zhǔn)格爾地區(qū)代表性煤礦產(chǎn)出的主要煤炭品種作為煤質(zhì)分析對象，即依據(jù)商品煤樣人工采樣方法及煤樣制備方法，對準(zhǔn)格爾地區(qū)西部、中部、南部及東部各煤礦具有代表性的39個煤炭樣品進行采取與制備，并依據(jù)相應(yīng)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對采取樣本進行常規(guī)指標(biāo)(灰分、全硫、發(fā)熱量等)、有害微量元素指標(biāo)(氟、氯、砷、汞等)、煤灰成分指標(biāo)、可磨性指數(shù)和煤灰熔融性等鍋爐燃煤與排渣相關(guān)指標(biāo)的檢測。

煤樣來源分布信息匯總見表1。

表1 煤樣來源分布信息匯總

2 全區(qū)煤炭資源特性及南部與東部煤質(zhì)對比

2.1 準(zhǔn)格爾地區(qū)整體煤炭資源特性

準(zhǔn)格爾地區(qū)的煤質(zhì)常規(guī)指標(biāo)、有害微量元素指標(biāo)與堿金屬含量、煤灰成分和鍋爐燃煤與排渣相關(guān)指標(biāo)分別見表2、表3與表4，由此分析準(zhǔn)格爾地區(qū)整體煤炭資源特性。

從表2～表4可看出:準(zhǔn)格爾地區(qū)煤炭的灰分、全硫、發(fā)熱量平均值分別為13.86%、0.51%、21.73 MJ/kg，按煤炭質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)劃分，屬低灰、低硫、中高發(fā)熱量煤種;準(zhǔn)格爾地區(qū)煤中氟、氯、砷、汞、磷、堿金屬的含量均較低，其平均值明顯低于《商品煤質(zhì)量管理暫行辦法》的限值要求，滿足在中國境內(nèi)遠距離(運距超過600 km)運輸銷售條件;在其煤灰成分組成中，三氧化二鋁的含量分布范圍較寬，為9.41%～54.65%，平均值為26.62%，從而表現(xiàn)出煤灰熔融性軟化溫度也具有較寬的分布范圍，從1 120 ℃至大于1 500 ℃均有分布。

表2 準(zhǔn)格爾地區(qū)煤質(zhì)常規(guī)指標(biāo)

表3 準(zhǔn)格爾地區(qū)煤中有害微量元素指標(biāo)與堿金屬含量

表4 準(zhǔn)格爾地區(qū)煤灰成分和鍋爐燃煤與排渣相關(guān)指標(biāo)

結(jié)合煤粉鍋爐、煤化工等相關(guān)用煤技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)[7-9]，綜合得出準(zhǔn)格爾地區(qū)商品煤整體具有低灰、低硫、低有害微量元素、中高發(fā)熱量的優(yōu)良煤質(zhì)特性，適宜作為動力用煤與化工用煤。

2.2 準(zhǔn)格爾南部與東部地區(qū)煤質(zhì)特性對比

準(zhǔn)格爾南部、東部地區(qū)煤質(zhì)特征分布見表5，由此可比對兩區(qū)的煤質(zhì)特性。

表5 準(zhǔn)格爾南部、東部地區(qū)煤質(zhì)特征分布

由表5可看出:

(1)準(zhǔn)格爾南部地區(qū)煤炭的灰分、全硫、氟的含量都非常低，平均值分別為8.49%、0.24%、97 μg/g。按煤炭質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)劃分，屬特低灰、特低硫、低氟煤種，同時具有高發(fā)熱量特點，平均值為23.26 MJ/kg，煤質(zhì)條件較好，是優(yōu)質(zhì)發(fā)電、噴吹、配煤等用煤資源。但煤灰熔融性軟化溫度較低，平均值為1 186 ℃，最大值僅為1 270 ℃，屬較低軟化溫度灰，在一定程度上降低了其綜合利用空間。

(2)準(zhǔn)格爾東部地區(qū)煤炭的灰分較高、發(fā)熱量中等，分別為22.04%、20.72 MJ/kg。煤灰組成中的三氧化二鋁含量較高，均值高達43.98%，從而表現(xiàn)出具有較高的煤灰熔融性溫度，軟化溫度基本均高于1 500 ℃，并具有一定的粉煤灰提取氧化鋁價值[10-12]。該地區(qū)煤的氟含量較高，根據(jù)煤礦樣品分析統(tǒng)計，64%的樣品中氟含量高于《商品煤質(zhì)量管理暫行辦法》規(guī)定的氟含量200 μg/g限值。

由以上各地區(qū)煤質(zhì)特征分布表明，準(zhǔn)格爾南部地區(qū)煤質(zhì)條件較好，但表現(xiàn)出煤灰熔融性溫度較低;東部地區(qū)煤質(zhì)條件相對較差，但具有高煤灰熔融性溫度特點。準(zhǔn)格爾南部、東部地區(qū)的商品煤呈現(xiàn)出互補優(yōu)勢，因此以下分別選取來自該2個地區(qū)的樣品進行配煤試驗研究，進一步擴大煤炭綜合利用空間。

3 配煤試驗與結(jié)果分析

3.1 配煤試驗方法

配煤試驗方法及流程如下:

(1)依據(jù)煤樣制備標(biāo)準(zhǔn)方法將配煤原料煤制備成粒度小于3 mm的煤炭樣品;

(2)將煤炭樣品置于室內(nèi)晾置，至空氣干燥狀態(tài);

(3)按照70%:30%的配比進行實驗室配煤;

(4)將配煤產(chǎn)品混勻制備成小于0.2 mm的分析樣品，并對煤灰熔融性等指標(biāo)進行檢測。

3.2 配煤結(jié)果與分析

試驗選定準(zhǔn)格爾南部與東部地區(qū)煤樣配比為7∶3，其配煤試驗結(jié)果見表6。

表6 準(zhǔn)格爾南部與東部地區(qū)煤樣的配煤試驗結(jié)果

由表6可看出，準(zhǔn)格爾南部地區(qū)煤樣與東部地區(qū)煤樣以7∶3的配比混配后，配煤產(chǎn)品的灰分、全硫、發(fā)熱量、有害微量元素等煤質(zhì)指標(biāo)基本保持南部地區(qū)優(yōu)質(zhì)煤種的煤質(zhì)特性，發(fā)熱量降低較少。配煤產(chǎn)品灰中的氧化鋁Al2O3的含量有較大提升，由14.84%提高為31.88%，灰熔融性軟化溫度由1 140 ℃提升至1 400 ℃。表明，南部地區(qū)低灰熔融性溫度煤配入少量東部地區(qū)高灰熔融性溫度煤(ST>1 500 ℃)，就可得到較高灰熔融性溫度的配煤產(chǎn)品，原因在于煤灰中的Al2O3在煤灰熔融過程中起到關(guān)鍵的骨架作用，Al2O3含量的增加可大幅度提高煤灰熔融性溫度[13-15]。

通過對準(zhǔn)格爾南部地區(qū)與東部地區(qū)煤炭的混配，配煤產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，煤灰熔融性溫度大幅提升，基本實現(xiàn)了準(zhǔn)格爾地區(qū)內(nèi)部煤炭資源的優(yōu)勢互補，使原應(yīng)用于液態(tài)排渣鍋爐的優(yōu)質(zhì)煤可拓寬應(yīng)用至固態(tài)排渣鍋爐，進一步提升了綜合利用空間，同時也為準(zhǔn)格爾地區(qū)的石炭二疊紀(jì)煤配成低灰熔融性燃煤并應(yīng)用于液態(tài)排渣氣化床煤粉鍋爐提供了試驗基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

(1)準(zhǔn)格爾地區(qū)煤炭資源整體具有低灰、低硫、低有害微量元素、中高發(fā)熱量的優(yōu)良煤質(zhì)特性。南部地區(qū)煤炭屬特低灰、高熱值煤種，煤質(zhì)條件較好;東部地區(qū)煤質(zhì)相對較差，但煤灰中三氧化二鋁的含量較高，均值達到43.98%，具有較高煤灰熔融性溫度，軟化溫度(ST)基本都在1 500 ℃以上。

(2)準(zhǔn)格爾地區(qū)煤炭資源整體適宜作為動力用煤與化工用煤，南部地區(qū)煤炭品質(zhì)優(yōu)良，是優(yōu)質(zhì)的發(fā)電、噴吹、配煤等用煤資源，東部地區(qū)煤炭具有一定的粉煤灰提取氧化鋁價值，同時也是良好的配煤資源。

(3)準(zhǔn)格爾南部地區(qū)煤樣與東部地區(qū)煤樣以70%:30%的配比混配后，配煤產(chǎn)品的灰分、全硫、發(fā)熱量、有害微量元素等煤質(zhì)指標(biāo)基本保持南部地區(qū)優(yōu)質(zhì)煤種的煤質(zhì)特性，發(fā)熱量降幅較少。

(4)準(zhǔn)格爾南部地區(qū)低灰熔融性溫度煤配入少量東部地區(qū)高灰熔融性溫度煤(ST>1 500 ℃)，即可得到較高灰熔融性溫度的配煤產(chǎn)品，進一步拓寬了綜合利用空間。