准能集团块煤产品的开发与工艺改造实践

2019-02-25戴亨

煤炭加工与综合利用 2019年2期

戴亨

(神华准格尔能源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 010300)

当前我国正处于经济深层次调整的关键时期，经济发展的内外环境异常复杂。受煤炭市场需求下降、产能建设超前、进口煤大量增长和行业转型升级等多种因素叠加影响，从2012年开始，全行业出现了结构性产能过剩、价格下降、企业亏损面扩大等问题，开展科技进步、工艺优化、细分市场工作成为煤炭企业未来必须要面对的重点[1-3]。准能集团隶属于国家能源集团，是集煤炭开采、坑口发电、铁路运输及煤炭循环经济产业为一体的大型综合能源企业，拥有年生产能力6 900万t的黑岱沟露天煤矿及哈尔乌素露天煤矿，累计生产商品煤达到6.27亿t，生产的准混系列煤炭作为优质动力煤深受各大电厂信赖，被誉为“绿色煤炭”。2016年，准能集团主动适应市场变化，努力挖掘煤质潜力，在充分调研市场的基础上，开发特种煤新产品，实现准能块煤从无到有的跨越。块煤的开发主要从分析论证准能块煤煤质指标、调研确定销售目标市场、工业气化试烧确定配煤参数、优化选煤厂现有工艺、探索块煤集装箱运输、宣传扩大销售市场等几个方面展开。

1 准能块煤质量分析

准能集团生产的商品煤全部为动力用煤，洗选后的产品掺配成不同发热量混煤供应各大电厂，对煤炭常规的发电指标积累较多，其它用途的指标积累较少。为了更加系统了解准能商品煤的质量情况，分析论证准能煤在其它领域使用的可行性，准能集团选取质量较好的洗后精煤，委托国内有资质的权威机构进行测定分析。

1.1 煤质基本特征

通过对煤样常规的工业、元素、硫形态分布及物理性质分析(表1～表4)可知，洗后精煤基本煤质特征是：全水分含量低，固定碳含量中等，灰分含量低，硫含量低，硫形态主要为有机硫。发热量中等，挥发分含量高(Vdaf>37%)，无粘结性(GR.I值为0)，煤样可磨性中等。

表1 准能精煤工业分析

表2 准能精煤元素分析(%)

表3 准能精煤硫形态分布

表4 准能精煤的物理性质

1.2 煤质工艺指标

通过对煤样的灰成分分析、灰熔融性温度分析、结渣性分析、反应活性分析、抗碎强度及热稳定性分析、煤灰粘度分析、煤的胶质层指数分析、格金干馏实验分析(表5～表12)，洗后精煤工艺指标特征是：灰成分中(SiO2+Al2O3)含量高，煤样灰熔点高。抗碎强度较好，煤的结渣性弱。反应活性在1 100 ℃时为100%，反应活性较好。

1.3 在其它领域使用的可行性

表5 准能精煤煤灰成分

表6 准能精煤灰熔融性温度 ℃

表7 准能精煤结渣性

表8 准能精煤反应活性

表9 准能精煤抗碎强度和热稳定性

表10 准能精煤煤灰粘度

表11 准能精煤煤的胶质层指数

表12 准能精煤格金干馏实验结果

2 准能块煤市场分析及销售定位

在掌握准能块煤煤质特性的基础上，为了进一步分析国内块煤市场，确定目标销售市场和销售方式，准能集团委托煤炭加工利用协会、销售集团调研块煤市场的分布及消费量。

2.1 块煤市场及应用行业

经过大量调研，我国跨省区工业块煤消费量约为3 310万t，其中华北1 000万t、占比30.2%，华东370万t、占比11.2%，华中740万t、占比22.4%，华南1 200万t、占比36.2%。按省区划分，广东、山东、江西、福建的消费量分别达到了1 000万t、700万t、500万t、200万t，合计2 400万t，占块煤消费量的72.5%，是较为集中的块煤消费地区。工业用块煤分行业消费量如表13所示。由此可见，陶瓷行业块煤消费量在块煤总消费量中占举足轻重的地位，是准能块煤预期的重要目标市场。

表13 工业用块煤分行业消费量(万t)

2.2 块煤在陶瓷行业中的应用情况

块煤在陶瓷行业主要应用于煤气发生炉制水煤气烧制瓷砖，全国陶瓷行业块煤消耗量约2 792万t，陶瓷生产基地主要集中在广东泛佛山地区(佛山、肇庆、清远、恩平)、山东淄博及临沂、江西高安、福建漳州等地区，年耗块煤2 400万t，占陶瓷行业年耗块煤量的86%，其中广东、江西、福建陶瓷行业年耗块煤量1 700万t，占陶瓷行业年耗块煤量的61%，该区域是准能块煤预期的主要目标区域(表14)。

表14 陶瓷行业集中区域块煤耗量及神华占比情况

2.3 块煤竞争性分析

国内块煤的主要来源包括神东、神府、陕北、山西、蒙东等地，煤源渠道主要分为三类。

(1)神府东胜地区的烟块煤。该区域块煤经过洗选加工，发热量在25.08 MJ/kg以上，作为块煤主力品种。供应商主要有国家能源集团、陕煤化以及陕西地区地方煤矿；

(2)陕蒙地区的原煤。多为露天矿，块煤产量高，发热量在24.24 MJ/kg左右。供应商主要有伊泰、满世等；

以上，仅是针对测绘地理大数据在城乡规划中的应用展开的一些浅显的探讨，我国测绘地理大数据的爆发式增长才刚刚开始，处理和应用手段相对还比较简单，在形式和内容上仍偏向单一，还有许多其他行业的信息没有被发掘利用，测绘地理大数据有着非常广阔的利用空间。测绘地理大数据有效提升了城乡规划的合理化、科学化水平，为“数字城市”和“智慧城市”的建设和发展发挥了重要的促进作用，相信随着科学技术的不断发展，测绘地理大数据的应用价值必将得到更高层次的提升。

(3)其它非主力煤种。电煤筛出的块煤，包括内蒙古地区21.74 MJ/kg半精煤，山西、准格尔地区22.15～22.99 MJ/kg高灰熔点煤等，此类块煤只能与高热值块煤掺配燃用，用于降低成本、配箱提高标箱重量。从煤质角度看，准能块煤发热量不高，不能直接作为制气原料，存在劣势。

山东、河北等华北地区块煤除国家能源集团供应少量沿线块煤外，基本以汽运直达为主，汽运块煤破碎率低，运输成本有时与铁路运输相近，是市场块煤集港选择的主要转运方式。国家能源集团块煤主要以铁路运输方式运至黄骅港，伊泰等块煤以铁路运输方式运至京唐港，其余块煤主要以汽运方式运至天津港。北方港块煤主要以“三散一箱”(“三散”为6～7万t级、1.7～2万t级和5 000 t级散货船装运，“一箱”为6～7万t级集装箱船装运)海运方式运至华东、华中、华南等消费地。从运输角度看，与同行业其它企业相比，国家能源集团铁路、港口布局完善，准能块煤存在一定的优势。

2.4 准能块煤市场定位

通过调研分析，准能块煤销售具备可行性，主要的目标销售市场是广东、江西、福建等地陶瓷行业，可以发挥一体化优势，与神东集团“第一类”块煤掺配，弥补准能块煤灰分高、发热量低的劣势。同时，有效依托国家能源集团完善的运输网络、成熟的销售链条，快速将块煤产品运输销售到华南地区。块煤市场也存在一定的不确定性，需要加强风险防范。例如：块煤市场不稳定，南方雨季、块煤市场淡旺季、陶瓷行业生产季节性等特点明显；陶瓷企业普遍赊销采购、负债经营，对票据要求灵活，且单个厂采购量小、批次多；块煤价格市场化程度高，陶瓷企业管理相对粗放，采购门槛低、价格完全市场化，煤炭成本占比30%～40%，燃煤效果无标准，价格在采购中占主导地位；陶瓷企业主要使用资金杠杆贷款投资，而建筑陶瓷资金回笼缓慢，一旦资金链断裂，易形成坏账[4-6]。

3 准能块煤工业掺烧试验

为了确定准能块煤与神东块煤的掺配比例，得出最优的工艺参数，解决准能块煤不能直接做制气原料的问题，同时也为了打开华南地区市场，选取广东肇庆市嘉宾陶瓷厂，按照准能块煤和神东块煤2∶8、3∶7、4∶6及5∶5四个配煤方案进行了试验。

3.1 煤气站基本情况

肇庆市嘉宾陶瓷厂拥有5条大型全自动辊道窑生产线，4开1备，每天用煤量在180～200 t，生产动力煤气50万m3左右。煤气站(两级式煤气炉)工艺流程见图1。

图1 煤气站工艺流程

3.2 神东配烧块煤基本情况

神东块煤为侏罗纪煤，属于长焰煤或不粘煤等，具有反应性高、发热量高和灰熔点低等特点。试验块煤水分为16.3%，灰分为14.5%，硫分0.62%，发热量大于20.90 MJ/kg，灰熔点小于1 200 ℃(表15)。

表15 神东部分煤种对二氧化碳的反应性

3.3 试烧结果

试验工作分两个阶段进行，第一阶段由现场操作人员，根据试验情况提高气化温度，确定最佳试验工艺条件。在此试验基础上，优选配煤比例和工艺条件，进行第二阶段长周期工业试验，对块煤新品种的经济性能进行试验和测算。按照两种煤的五种不同配比，采用循序渐进的方式进行气化试验，得到了较为详实、全面的数据。总体看，每种配比方式的混合块煤在气化过程中，气化炉运行状况比较稳定，煤气成分构成及煤气热值煤变化较小。通过试验可得出以下结论：

(1)准能块煤气化性能优良。利用准能块煤高灰熔点的特性，通过调整气化剂温度，适当提高炉温来提高煤的反应性，可实现准能块煤的充分气化，灰渣中含碳量低，达到高反应性块煤灰渣的含碳量要求。

(2)准能块煤与神东块煤的配煤是一种性能更优的气化原料煤。准块煤与神东块煤按一定比例配比，提高气化炉温后，单炉产气量和吨煤产气率并没有明显下降，而且单炉产气量略有增加，这表明准能块煤和神东块按一定比例的配煤可以优势互补，形成一种技术经济性能更优的气化原料煤。

(3)配煤气化经济效益显著。从初步的技术数据分析，2∶8、3∶7、4∶6、5∶5四种配比的综合产气量和煤气质量均可满足陶瓷厂的生产需求，4∶6和3∶7两个配比的排灰量在陶瓷厂可接受范围内，配煤气化吨煤可降低气化成本5～20元。

4 选煤厂块煤工艺改造

工业试烧成功后，准能块煤具备大量销售的条件，为了满足市场需求，准能集团对两选煤厂现有工艺进行了优化改造，增加块煤旁路系统，块煤生产能力为885万t/a。

4.1 黑岱沟选煤厂工艺优化

黑岱沟选煤厂现有4套跳汰系统、4套重介浅槽系统，生产块煤时利用其中的优煤系统生产，按照各系统的瓶颈环节核算，块煤生产能力为400万t/a。

4.1.1 跳汰系统块煤生产工艺

对现有煤流生产工艺进行优化，生产块煤时，切换系统工艺，块精煤经过369和715胶带机转载，进入9号产品仓存储，作为块煤销售。离心机脱水后的末精煤经过368和713胶带机转载，进入产品仓储存，作为电煤销售。

4.1.2 重介浅槽系统块煤生产工艺

对现有煤流生产工艺进行优化，生产块煤时，切换系统工艺，块精煤不经过4308破碎机破碎，直接进入4701/4702胶带输送机转载，进入槽仓存储，作为块煤销售。

4.1.3 块煤生产能力

黑岱沟选煤厂现有快速装车站2座，设计装车能力均为5 000 t/h。生产块煤时，上游仓储不能同时满足一列车次的装车要求，需要降低装车效率，一边生产一边装车，是块煤生产的瓶颈环节。快速装车站生产块煤的主要技术参数为：Smax=80 s/节，Smin=100 s/节，Tavg=70 t/节，Havg=11列/d，h=24 h，可得：

=435(万t/a)

=365(万t/a)

式中：Amax为最大能力，万t/a；Amin为最小能力，万t/a。

装车站最大块煤装车能力为435万t/a，最小块煤装车能力为365万t/a，取平均值为485万t/a。

4.2 哈尔乌素选煤厂工艺优化

哈尔乌素选煤厂现有6套重介浅槽系统，生产块煤时利用其中的2套优煤系统生产，按照各系统的瓶颈环节核算，块煤生产能力为485万t/a。

4.2.1 重介浅槽系统块煤生产工艺

原系统不具备生产块煤的条件，需要进行改造，在主厂房北侧A系统精煤脱介筛上设置分叉溜槽，新建785转载胶带走廊。生产块煤时，块精煤直接落入主厂房北侧785块煤胶带机上，转载进入1号产品仓和2号产品仓储存。

4.2.2 块煤生产能力

哈尔乌素选煤厂现有快速装车站2座，设计装车能力均为5 000 t/h。生产块煤时，可以同时利用1号仓和2号仓装车。2套快速装车站能力基本一致，主要技术参数为：Smax=80 s/节，Smin=100 s/节，Tavg=70 t/节，Havg=11列/d，h=24 h。

=505(万t/a)

=465(万t/a)

装车站最大块煤装车能力为505万t/a，最小块煤装车能力为465万t/a，取平均值为485万t/a。

5 准能块煤开发产生的效益

从2016年8月份发运第一列块煤开始，准能集团大力推广块煤产品，通过定期走访客户，在珠海召开了环保块煤推广会，向政府和陶瓷厂商推广准能块煤产品，市场认可度越来越高，块煤销售量逐年增加，已累计销售块煤200万t。在帮助陶瓷厂提高气化效率、降低煤气净化成本和废水处理成本的同时，准能公司销售块煤创效1.34亿元(吨煤平均创效67元)，取得了良好的经济和社会效益。