我国动力用煤及煤化工领域对煤质的基本要求
2019-12-29白向飞陈文敏
傅 丛，白向飞，丁 华，陈文敏
(1.煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)
中国是世界产煤、耗煤和储煤大国，如2018年一次能源生产总量达37.7亿t标准煤，其中生产原煤36.8亿t，产煤量最大的内蒙古、山西和陕西三省区原煤产量分别达到9.26亿t、8.93亿t、6.23亿t[1]，同时进口煤约2.8亿t。到2012年底，已探明在2 000 m以浅的煤炭资源量达5.9万亿t，其中已查明资源储量一万数千亿t。除煤炭储量低于美俄两国而居世界第三外，我国煤炭和焦炭产量及用煤量均居世界首位，如2018年焦炭产量达4.38亿t，占世界焦炭产量的2/3以上。煤炭总储量已占全国化石能源的94%以上，而石油和天然气的总资源量占比不足6%。预计2025年煤炭消费需求约28亿～29亿t标准煤，占能源消耗总量的50%～52%，因此煤炭在相当长的时间内依然是我国最重要的能源资源[2]。
煤炭的组成结构十分复杂，系以有机质为主并有不同数量矿物质和水分的固体矿物燃料和原料。煤的性质不仅随煤化程度的不同而变化，同时还与煤的形成时代、成煤原始物质、沉积环境以及化学介质的不同而异。此外，即使同一矿井煤的不同煤层之间的性质有时也会发生很大的差异，如受岩浆热液接触变质影响的淮北地区某些煤层既有炼焦煤也有贫煤甚至天然焦出现；贵州水城矿区发现同一煤层在东段和西段的煤类有明显的不同，阜新长焰煤中也发现有天然焦；某些深层变质的矿区(如峰峰矿区)在成煤过程中由于地壳发生激烈的变动以致发生煤层倒转现象，导致上部煤层的变质程度反而比下部煤层更高的反常状况出现，由此可见我国产煤性质的复杂性。
在我国每年消耗35亿t以上的商品煤中，有60%以上用于发电和热电厂供热，工业锅炉和窑炉以及民用占20%左右；有8亿t以上煤炭作为煤化工用煤，其中每年用炼焦煤6亿t以上[3]，但在使用过程中无论作动力用煤或化工用煤均须确保其高效洁净利用。不同工业用途对煤的基本特性要求也有所不同，为此对生产的原煤需经洗选以脱除大部分的灰分和硫分以及磷、砷、氯、氟、汞等多种微量有害元素，另外还应根据煤炭用途的不同而实现深度脱硫、脱硝及尽量减少粉尘和烟气对大气的污染，真正实现煤炭清洁高效利用和节能减排等目标。因而在煤炭清洁高效利用、节能减排中的重点领域，其主攻方向为解决发电等动力用煤的脱硫、脱硝和减少粉尘等有害物质以及温室气体CO2的排放，而对炼焦及气化、煤制油等煤化工领域的清洁高效利用和节能减排工作也同样需加强治理和解决。因而，如能充分了解我国各种不同煤的基本性质，可为煤炭价值梯级利用、清洁高效利用与节能减排工作提供科学的基础资料。
我国涉及动力用煤及煤化工领域的煤炭资源与质量评价标准体系相对较为完善，现有50多项国标及行标涉及煤质管理、煤质评价及煤炭基础标准[4-6]。其中，煤质管理标准涵括管理标准与产品标准，前者包括《商品煤质量评价与控制技术指南》(GB/T 31356—2014)、《商品煤质量抽查和验收方法》(GB/T 18666—2014)、《商品煤标识》(GB/T 25209—2010)、《商品煤杂物控制技术要求》(GB/T 31087—2014)等，后者包括《商品煤质量 发电煤粉锅炉用煤》(GB/T 7562—2018)、《商品煤质量 链条炉用煤》(GB/T 18342—2018)、《商品煤质量 水泥回转窑用煤》(GB/T 7563—2018)、《高炉喷吹用煤技术条件》(GB 18512—2008)、《商品煤质量 褐煤》(GB/T 31862—2015)、《商品煤质量 民用型煤》(GB/T 34170—2017)等。煤质评价标准目前主要包括灰分、硫分、发热量、磷、氯、砷、氟、汞等煤炭质量分级国家标准以及煤的热稳定性、固定碳、黏结指数、挥发分、全水分分级等行业标准。
1 发电等动力用煤对煤质的基本要求
我国动力煤的平均灰分在20%～25%左右，主要由于我国煤层的平均灰分较高且机械化采煤(如综采放顶煤)时又混入大量矸石，此外动力煤洗选比例和洗选深度远不及工业发达国家，后者入洗比例高达90%～95%以上且洗煤灰分比我国约低5%。为尽量减少燃煤排放的有害物质对大气的污染，需增加我国动力煤的入洗比例及提高洗选效率。对于动力用煤，较为重要的煤质指标包括发热量、挥发分、灰分、硫分、煤灰熔融性和灰成分、结渣性和灰黏度等[7，8 ]，此外还应采用安全、经济、效率、环境指标对动力煤煤质进行综合评价[9]。
GB/T 18666—2014《商品煤质量抽查和验收方法》规定了商品煤抽查及验收时的方法提要、检验项目、煤质评定等内容，其中原煤、筛选煤和其他洗煤(包括非冶炼用精煤)检验发热量(或灰分)和全硫，冶金用精煤检验全水分、灰分、全硫等，质量评定时其灰分、发热量、全水分、全硫等测定需满足GB/T 18666—2014规定的相应允许差。
煤炭质量分级标准主要包括灰分、硫分、挥发分、发热量、黏结指数、氯、磷、砷、氟、汞等分级范围，其中给出动力煤不同级别灰分、硫分的含量范围值。如GB/T 15224.1—2010规定Ad(%)范围，即特低灰煤(SLA):≤10.00，低灰煤(LA):10.01～18.00，中灰煤(MA):18.01～25.00，中高灰煤(MHA):25.01～35.00，高灰煤(HA):>35.00～50.00；GB/T 15224.2—2010规定St,d(%)范围，即特低硫煤(SL):≤0.50，低硫煤(LS):0.51～0.90，中硫煤(MS):0.91～1.50，中高硫煤(MHS):1.51～3.00，高硫煤(HS):>3.00。
1.1 发电煤粉锅炉用煤
GB/T 7562—2018《商品煤质量 发电煤粉锅炉用煤》中对发电煤粉锅炉用煤产品等级和技术要求、试验方法、检验规则、标识、运输及储存等进行相应规定，对发电煤粉锅炉用煤产品按挥发分进行类别划分、按发热量和全硫进行质量等级划分，以“类别+发热量等级+全硫等级”的形式表示。其中产品类别包括以下4种:发电煤粉锅炉用无烟煤(Vdaf≤10.00%)、发电煤粉锅炉用低挥发分烟煤(10.00%
在发电煤粉锅炉用无烟煤以挥发分较高的WY3为适宜，且以配入一定比例的Vdaf>10%～20%的贫煤或贫瘦煤时其经济效益更佳。至于其他煤种的发电煤粉锅炉几乎均需进行配煤燃烧以满足大型电厂用煤量和质量的需要。若单种煤洗选后的硫分或挥发分和灰熔融性等指标还达不到电厂、工业锅炉或窑炉的需求，则可进一步采用动力配煤的方法尽量达到或接近锅炉设计煤种(或校核煤种)的要求以提高燃烧效率和锅炉的出力，从而达到节能减排的要求。如神东不黏煤虽灰分低、硫分低、热值较高且挥发分也适合于动力用煤，但因其煤灰中的CaO和Fe2O3及K2O等碱性成分较高，因而其灰熔融性软化温度较低，在固体排渣锅炉以及气化炉中易结渣而难以正常排渣，据此采用了高灰熔融性的保德矿气煤(低硫及较高热值)在黄骅港进行配煤，配煤后可满足国内外用户对动力煤的要求，并能远销日本和韩国及欧洲等地区。
1.2 整体煤气化联合循环发电技术用煤
综合整体煤气化技术、煤气净化技术与高效燃气循环发电技术的整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)，可大幅提高发电效率，同时又能解决燃煤污染排放控制的问题，其将是我国今后发展的方向之一。该系统的废弃物较少且可用于生产硫酸、单体硫、甲醇、汽油及尿素等副产品，其灰渣也可用于建筑业和生产水泥。目前已在多个国家建厂并运营，所用燃料多以煤炭为主，所采用的气化技术包含了气流床(shell、GE)、流化床(HTW)和液态排渣移动床气化(BGL)炉，发电规模均超30万KW，可获得较好的经济效益和社会效益。
关于IGCC技术对煤质的要求，则需根据其所采用的气化炉类型的不同而异。如鲁奇气化炉、流化床的温克勒炉均多用不黏煤、长焰煤和褐煤为原料，气流床气化如Shell气化炉多用烟煤，用褐煤时需脱水至16%以下，也可使用无烟煤。该技术对硫分无特别要求，因其脱硫率在98%以上，NOx排放量为常规电厂的15%～30%，CO2排放量可减少35%以上。
1.3 其他工业锅炉与窑炉用煤
1.3.1工业锅炉用煤
据统计，我国工业锅炉和窑炉总量达50多万台，分布在建材、冶金、化工、机械等各行各业，年用煤量达3.5亿t以上，平均效率约为60%，比国际先进水平约低15%，年向大气排放二氧化硫600万t以上，烟尘超过800万t，CO2排放量更高，对煤炭高效洁净利用的压力极大。其中链条炉排锅炉的用煤量约占现役锅炉的60%以上，适用的煤种十分广泛，除了热值低的褐煤以及年老无烟煤(Vdaf≤6.50%的WY1和WY2)不甚适合外，其余所有烟煤和年轻无烟煤(WY3)均可使用。
《商品煤质量 链条炉用煤》(GB/T 18342—2018)规定了链条炉用煤产品质量等级和技术要求、试验方法、检验规则等，将其用煤划分为块煤和混煤2个品种，并按发热量和全硫指标对链条炉用煤产品进行质量等级划分，以“品种+发热量等级+全硫等级”的形式表示，产品编码方式按“LT-品种中文缩写-Q-S”进行。在链条炉用煤产品目录中共计24个品类，其中链条炉用块煤、混煤各占12个。链条炉用煤要求St,d≤1.50%，Qner,ar≥16.72 MJ/kg，并按Qnet,ar指标(≥22.99 MJ/kg、≥20.90 MJ/kg、≥18.81 MJ/kg、≥16.72 MJ/kg)分为5 500、5 000、4 500、4 000共4个发热量等级，按St,d≤0.5%、0.5% 1.3.2水泥回转窑用煤 《商品煤质量 水泥回转窑用煤》(GB/T 7563—2018)规定了其产品质量等级和技术要求、试验方法等，并按发热量和全硫指标对产品进行等级划分，以“发热量等级+全硫等级”的形式表示，产品编码方式为“SN+Q+S”，共计9个品种。水泥回转窑用煤按Qnet,ar指标(≥24.24 MJ/kg、≥22.99 MJ/kg、≥20.90 MJ/kg)分为5 800、5 500、5 000共3个等级，按St,d≤0.5%、0.5% 在高炉炼铁中能部分替代焦炭的高炉喷吹用煤，从20世纪60年代始几乎均采用无烟煤制粉后进行喷吹，主要有太西、阳泉和北京等地无烟煤供鞍钢、本钢等使用，灰分、硫分特低的太西无烟煤对焦炭的置换比可约达1.20。21世纪后，因解决了烟煤易爆炸的问题，因此低灰、低硫、低煤阶的神东矿区等不黏煤也已用作喷吹用煤，而宝钢等许多企业均采用无烟煤和烟煤的混合喷吹技术，从而扩大了喷吹用煤的资源。潞安的低灰、低硫贫煤和贫瘦煤由于热值高、硫磷含量低、HGI值又高，其喷吹的经济效益远高于低阶烟煤，且该高变质烟煤还基本不具有爆炸性。目前，永城、神火等低硫、高热值无烟煤3号的洗精煤正大量用于喷吹。 与焦炭类似，喷吹煤要求低灰、低硫、低磷、低水分、高哈氏可磨性指数，但绝对干燥煤在制粉和运输过程中易产生粉尘爆炸。喷吹用煤中烟煤的Y值最高应小于10 mm，对低阶烟煤还需进行爆炸性试验，以供配煤喷吹中不同煤种的配比提供参考。 对喷吹用煤需测的项目及要求详见《高炉喷吹用煤技术条件》(GB/T 18512—2008)，该标准规定了高炉喷吹用煤的类别、技术要求、试验方法和检验验收依据，其类别包括无烟煤、贫煤、贫瘦煤、气煤(Y<10 mm)、长焰煤、不黏煤和弱黏煤。其中高炉喷吹用无烟煤的灰分(Ad，%)要求为“Ⅰ级≤8.00，Ⅱ级>8.00～10.00，Ⅲ级>10.00～12.00，Ⅳ级>12.00～14.00”，硫分(St,d，%)要求为“Ⅰ级≤0.30，Ⅱ级>0.30～0.50，Ⅲ级>0.50～1.00”，HGI值要求为“Ⅰ级>70，Ⅱ级>50～70，Ⅲ级>40～50”,钾和钠总量(%)要求为“Ⅰ级≤0.12，Ⅱ级>0.12～0.20”；即高炉喷吹用无烟煤最低要求St,d≤1.00%、Ad≤14.00%。该标准已于2018年立项修订，届时其指标结合实际应用进行相应调整。 MT/T 1030—2006《烧结矿用煤技术条件》规定了烧结矿用煤的类别为无烟煤，粒度≤50 mm，FCd>80.00%，Ad<15.00%，St,d≤1.00%，Mt<10.0%。烧结矿要求煤的发热量越高越好，如太西煤和永城、神火、阳泉等年轻无烟煤(WY3)经洗选后的高热值煤是良好的烧结矿用煤，以此代替小于10 mm的焦炭可使炼铁企业提高经济效益。YB/T 421—2014《铁烧结矿》规定烧结矿的质量评价与检验指标主要包括化学成分、转鼓指数、筛分指数、低温还原粉化指数、还原指数等，其中优质烧结矿的转鼓指数(+6.3 mm)≥78.00%，筛分指数(-5 mm)≤6.00%，抗磨指数(-0.5 mm)≤6.50%，低温还原粉化指数(+3.15 mm)≥68.00%，还原指数(RD)≥70.00%。 炼焦是世界上最先开发的煤化工项目，至今已有数千年的历史。由于焦炭的用途不同而常分为高炉炼铁用冶金焦、主要用于化铁炉燃料的铸造焦、用于造气的气化焦、用于冶炼铁合金的铁合金焦等多种。GB/T 23251—2009《煤化工用煤技术导则》中阐述了炼焦用原料煤包括主要炼焦煤煤种和辅助炼焦煤煤种，前者包括气煤、1/3焦煤、气肥煤、肥煤、焦煤、瘦煤等较强黏结性的煤，后者主要包括弱黏煤、贫瘦煤等弱黏结性煤及41号长焰煤、不黏煤、贫煤或无烟煤，但辅助煤种的配比一般在10%以下；炼焦用煤的灰分、全硫、磷分及黏结指数等指标应符合GB/T 397《炼焦用煤技术条件》。 不同用途的焦炭在配煤炼焦时对煤质的要求有所不同，如冶金焦要求冷、热强度高，灰分、硫分及磷含量低，其入炉煤的干基灰分以低于10%为宜，焦炭块度至少大于25 mm，而4 000 m3以上大型高炉的焦炭块度应在40 mm以上。铸造焦为专门用于化铁炉熔铁的焦炭，对焦炭块度以>60 mm为佳，气孔率和反应性要低，铸造焦入炉煤Ad≤9.50%、St,d≤1.00%、Pd≤0.150%为宜。气化焦要求焦炭的反应性好，但可用耐磨强度(M10)较差、气孔率大的小块焦。对不同用途的焦炭，可通过合适的配煤方案生产以满足其要求。此外，对焦炉的炉型选择，则可根据当地煤源的挥发分和黏结性的不同而选择顶装焦炉或捣固焦炉。而我国由于低阶炼焦煤的产量和储量均较多，因而不少地区均在大力推广捣固炼焦以有利于提高焦炉的产能及焦炭的强度，其在配煤时可使用55%左右的气煤与1/3焦煤，比顶装焦炉的配入量增高20%左右。 对炼焦用煤均须采用洗选后精煤以满足低灰、低硫和低磷等基本要求。精煤(浮煤)的黏结指数、胶质层指数、基氏流动度、奥阿膨胀度以及煤岩显微组分中的镜质体反射率和镜质组、壳质组、惰质组等成分更是必不可少的主要测试项目。浮煤的元素分析和挥发分产率还可预测高温煤焦油和煤气及氨等副产品产率。对顶装焦炉入炉煤的平均Vdaf以26%～32%左右、Y值以17 mm～20 mm为佳。若Vdaf较低且Y值过大则炼焦时会产生较大的膨胀压力而影响焦炉使用寿命，同时易造成推焦困难。Y值过低，则焦炭的冷热强度均会降低而使其质量不能满足要求。此外，对炼焦煤中的碱性成分(K2O、Na2O)以不大于0.12%为佳。 我国现代煤化工产业发展已初具规模并已迈入“十三五”产业化升级示范阶段[10]，主要包括煤制油(直接与间接液化)、煤制甲醇转烯烃(乙烯、混合戊烯)、煤制混合芳烃及石腦油、乙二醇、二甲醚、天然气等项目，但不同的煤化工项目对煤质的要求也常有明显的不同。即煤质对不同气化工艺均有不同程度的影响，不同的气化装置对不同的煤质具有一定的适应性[11-22]，通过采取符合设计煤种或较核煤种要求的煤类使煤质与气化技术具有匹配性[23-25]，从而确保现代煤化工项目正常运行。完善的煤化工用煤技术标准体系应涵括基础、煤炭资源评价、用煤技术条件和用煤管理等4类标准[26，27]，其中现代煤化工用煤技术条件标准包括GB/T 23251—2009《煤化工用煤技术导则》、GB/T 23810—2009《直接液化用原料煤技术条件》、GB/T 9143—2008《常压固定床气化用煤技术条件》、GB/T 29721—2013《流化床气化用原料煤技术条件》、GB/T 29722—2013《气流床气化用原料煤技术条件》等。 中国煤的直接液化技术目前处于世界领先水平[28-30]，如神华集团煤制油的直接液化示范工厂自2008年底投产运行以来，已生产合格的石脑油和柴油等目标产品，产能已达100万t/a以上。今后计划扩展为年产油品及化学品230万t的大型液化厂，为我国的能源战略安全提供坚实的基础。 煤直接液化最适合的煤种是褐煤、长焰煤和气煤及储量较少的气肥煤。从经济效益和社会效益考虑，均要求采用洗选后的精煤，其洗中煤可用于发电及工业锅炉的燃料。因此，根据GB/T 23810—2009《直接液化用原料煤技术条件》规定，用煤的挥发分Vdaf>35.00%，褐煤、烟煤的全水分应分别不大于35.00%、16.00%，氢碳原子比应大于0.75(计算时不限煤的基准)，1级、2级惰质组含量分别≤15.00%、15.01%～45.00%，1级、2级灰分Ad≤8.00%、8.01%～12.00%，HGI>50，Rmax<0.65%，而对硫分无严格要求，因煤中硫铁矿对煤直接液化有一定的助催化作用。 对于直接液化用煤的选择，首先需经实验室的高压釜试验[30]，其煤的转化率和液化率等指标均达到要求时才能进一步进行放大试验并评估确定。对褐煤作为直接液化原料时，虽其液化时的压力和温度均比低阶烟煤降低，但褐煤的氧含量高达20%～30%以上，因此液化时的氢耗较大，煤中氧均被加入的氢气化合成无用的水分而影响液化产品的产量，同时生产成本提高。所以从经济上分析，采用年轻褐煤如云南省Vdaf>60%的年轻褐煤1号并不合算，故一般以长焰煤作为液化用煤较为合适，其次是Vdaf>40%的气煤。如我国淮南储量和产量均较大的气煤经高压釜试验也适用于直接液化用煤，生产时仅需适当调高压力和温度即可。 煤间接液化需先将煤通过气化工艺制成以一氧化碳和氢气为主的合成气，再通过专用的催化剂在一定温度和压力下合成人造石油及化学产品和部分其他副产品。煤的种类直接影响煤炭间接液化工艺的选择、设计和实施[31]，其所需的煤种随着气化炉的不同而有所不同。如移动床气化造气一般多采用块煤，但其中的鲁奇气化炉对入炉煤的粒度要求为5 mm～50 mm碎煤，而入炉煤的实际粒度范围越窄其经济效益越佳。对褐煤的粒度可偏向于13 mm～25 mm或25 mm～50 mm，对年老烟煤粒度范围以5 mm～13 mm左右为佳，以有利于提高气化的经济效益。如我国山西潞安矿区用贫煤和贫瘦煤的一体化煤清洁利用示范项目已于不久前正式生产出第1桶煤基合成油。神华宁煤集团年产400万t的间接液化项目也于2018年建成投产，以当地的低灰低硫的不黏煤为原料，其中气化的炉型采用气流床气化技术生产，其油品的合成工艺采用高温浆态状技术，比南非的间接液化技术更为先进，且合成催化剂由国内独立自主研发而成。 此外，兖矿在榆林市榆横化工园区也已建成投产初期规模为100万t/a的间接液化厂。神华榆林1 000万t/a、神华新疆320万t/a的间接液化厂也正在规划中。间接液化的投资比直接液化厂大且经济效益暂不及直接液化厂，但其优点是适应煤种范围广，几乎从褐煤、烟煤和无烟煤均可作为间接液化的原料煤,灰分越低其经济效益越好。 用煤制甲醇、二甲醚、合成氨、烯烃、乙二醇、天然气(以甲烷为主)等关键技术是均需先将煤通过不同类型气化炉制成合成气(以CO和H2为主)、再用不同的催化剂生产不同的煤化工产品。目前国内外采用的气化炉型主要为移动床、流化床、气流床和熔融床4种，但熔融床虽在国内多部门的协作攻关下仍有关键问题未能攻克，因而目前国内外还未有此类大规模的气化炉投入生产，因此目前主要采用的气化技术主要是前3种气化炉。 (1)移动床气化炉采用的原料是块煤或碎煤(5 mm～50 mm)，均要求St,d≤1.5%，Ad≤25%,热稳定性和落下强度均应大于60%，黏结指数GR.I≤50，无烟煤、烟煤、褐煤的水分(Mt)分别要求小于6.00%、10.00%、20.00%，煤灰熔融软化温度:ST≥1 250℃，但对于Ad≤18%的煤，ST可放宽至≥1 150℃；无烟煤作为气化用煤时，块煤粒度不宜过大，块煤粒度对烟煤以(25～50)mm或(13～25)mm为宜。 (2)按GB/T 29721—2013要求，流化床气化炉因其气化温度较低而气流速度较高，故要求使用低阶的褐煤、长焰煤和不黏煤等反应性好的煤。流化床气化炉在建国后就从原苏联引进(Winkler炉)，如吉化就以舒兰、营城等褐煤和长焰煤为气化原料煤，兰化以甘肃窑街和阿干镇的长焰煤、不黏煤作为气化原料煤，流化床气化的用煤粒度以(5～8)mm左右的小粒度煤为宜。GB/T 29721—2013中规定流化床气化用煤的全水分(Mt)、灰分(Ad)均应不大于40%，黏结指数GR.I≤50，全硫(St,d，%)分成Ⅰ级(≤1.00)、Ⅱ级(>1.00～2.00)、Ⅲ级(>2.00～3.00)，一般要求煤的St,d<2.00%。Ad≤40%、ST≥1 150℃、GR.I≤50的煤均可使用。 (3)GB/T 29722—2013中规定了气流床气化用原料煤的技术要求、试验方法、质量检验等。气流床气化炉包括用湿煤(水煤浆)的GE气化炉和用干煤粉(粒度小于0.10 mm的煤粉占85%以上)的shell型气化炉，其对煤质的要求详见GB/T 29722—2013《气流床气化用原料煤技术条件》。①Shell型气化炉对煤种要求不严，原则上从褐煤、烟煤和无烟煤甚至高硫、高灰煤均可采用，但从经济效益考虑，显然用低灰、低硫煤更合算。对入炉烟煤的灰分应小于25%、HGI>40，若Ad≥30%则会严重影响气化炉的经济效益。在实际生产中若以褐煤为原料则炉温可适当下调，使用无烟煤为原料时其反应温度适当提高。由于其采用液态排渣，故对煤灰的流动温度(FT)值也尽量要求低于1 450 ℃。②GE气化炉也为液态排渣炉，故要求热壁炉的煤灰流动温度(FT)不超过1 350 ℃，冷壁炉可放宽至≤1 450 ℃，否则气化时需添加石灰石等助熔剂使FT值降至1 350 ℃以下，故其气化温度一般在1 350 ℃～1 500 ℃，即要求气化温度大于煤灰的FT值50 ℃～150 ℃，所以以采用西北及华北地区低FT的不黏煤、弱黏煤和长焰煤为佳。 ③在参考GE气化炉的基础上多喷嘴对置式水煤浆气化炉也被国内有关单位开发，其相应示范厂的气化压力为4.0 MPa，气化温度与GE炉类似，投入量1 150 t/d，碳转化率达98%以上，有效成分(CO+H2)约为85%，可生产甲醇、氮肥或同时进行发电；要求水煤浆浓度在55%以上、Ad≤25%。基于气流床气化原理的国内航天气化炉(HT-L)也采用干煤粉为原料，在高温高压下快速气化并采取液态排渣，因此也以低灰熔融煤为宜，若采用晋城等高灰熔融性无烟煤则需添加一定量的石灰石为助熔剂。 综上所述，我国主要煤化工项目对煤质的要求，即为不同气化炉对所用煤种的基本要求。 (1)生产兰炭对煤质的要求。低阶煤经过低温干馏(约550 ℃)产生低温焦油和煤气后剩余的残留物(半焦)即为兰炭的生产过程，适合生产兰炭的煤种包括不黏煤、弱黏煤和长焰煤及热稳定性甚佳的年老褐煤，并需粒度大于13 mm～80 mm的各级块煤，其灰分、水分、硫、磷等越低越好，如采用强黏结性的气煤为原料，则低温干馏过程中会产生煤粒互相黏结而影响气流的畅通，并导致半焦大面积结饼而影响正常出焦,但对Y值小于10 mm的气煤也可少量配入其它煤种以生产兰炭。兰炭可用于气化、高炉喷吹、炼铁合金和生产电石及烧结矿作为无烟燃料，可替代无烟煤和焦炭高效洁净利用[32]，因此对其要求Vdaf≤15%，且经中温干馏(700～900 )℃生产的Vdaf≤5.00%为最佳；灰分也不宜超过15%，硫分不大于1%，因此用作兰炭的低阶煤最好经过洗选，其用煤的技术要求与试验方法详见GB/T 25210—2010。如20世纪80年代针对大同侏罗纪中块弱黏煤已建立兰炭生产厂，陕西和内蒙、甘肃等地近期也针对其优质的侏罗纪不黏煤和长焰煤陆续建成兰炭生产厂。另外，对兰炭用煤中的Al2O3含量最高不得超过3%，对某些热稳定性较高的年老褐煤经过脱水至Mt≤16%时也可作为生产兰炭的原料，但应采用洗选后的精煤为宜。 (2)无烟煤生产电石对煤质的要求。电石是高能耗产品，其由无烟煤(或焦炭)和石灰石在电石炉中于1 800 ℃～2 200 ℃高温下生产而得；生产电石时以石灰石和焦炭或无烟煤为原料，但焦炭的成本太高，故国内电石厂普遍采用无烟煤代替焦炭作为原料。冶炼电石炉分为开启炉和密闭炉，前者可全部使用无烟煤，后者通常可采用70%焦炭和30%无烟煤作为混合料，其中以最年老的1号无烟煤最佳，因该无烟煤的固定碳最高，挥发分与焦炭相对接近。电石用无烟煤的干基灰分应小于7%,全水分应低于2%(密闭炉)和5%(开启炉)，硫分不超过1.50%，磷含量小于0.04%,煤粒级为3 mm～40 mm，真相对密度应分别高于1.45(开启炉)和大于1.60(密闭炉),故密闭电石炉对无烟煤的质量要求更高。总之，生产电石的无烟煤几乎均需洗选，电石在有机合成方面有广泛的用途，但由电石生产的乙炔常用于金属的切割和焊接。 (3)生产炭素材料对无烟煤的质量要求。炭素材料的种类很多，如活性炭、电极糊、炭化硅、人造刚玉、石墨电极、电极板、炭纤维和炭粒砂等均属炭素材料范围。其中生产量较大的是煤质活性炭，对原料煤的质量要求也较高，如制造高档柱状活性炭时其无烟煤干基灰分以低于3%为佳。太原新华炭素厂曾长期用阳泉无烟煤经处理后生产中低档活性炭，因此即使用太西无烟煤制造高档活性炭时也需经洗选才能达到灰分的要求。而中、低档的活性炭在生产时可使用灰分5%～6%的无烟煤，生产柱状活性炭时还要求无烟煤的热稳定性好。但新疆黑山矿区等特优质长焰煤也可制作活性炭，其Ad大部在1.7%～3.5%左右，St,d平均低至0.43%，Vdaf>37%～39%以上，GR.I<2且热稳定性甚佳，是极适合于制作柱状活性炭之用煤。制作活性炭的工艺是先对煤进行炭化后再活化，因而对煤类的要求不高，但对灰分有严格要求。 在炭素材料中对煤质要求最高的是生产石墨电极和电极板等无烟煤，其灰分以降至2%以下为佳，如再经过盐酸和氢氟酸处理，其干基灰分可降至1%以下。若经1 500 ℃～2 000 ℃温度下煅烧，还可提高其密度、抗碎强度及导电性，其石墨化程度可达15%～20%。如用太西低灰煤为原料时，仍需先后用摇床2次精选后灰分才能达到要求。但低阶煤因碳含量太低而不适于作为生产高档炭素材料的原料。炭粒砂也需用优质无烟煤为原料，灰分应低于2%，煤灰中三氧化二铁含量要低，对煤的物理性质还有特殊要求，如高硬度、质地均一、块状、致密而光亮、低挥发分。 煤炭除了作为我国的一次能源以外，还广泛地应用于煤制油、煤制气、煤炼焦、煤制甲醇、二甲醚、乙二醇、烯烃、芳烃、天然气、合成氨、活性炭等炭素材料。我国动力用煤及煤化工领域各种不同工业用途对煤质的基本要求可初步归纳如下: (1)发电煤粉锅炉用煤需符合GB/T 7562—2018《商品煤质量 发电煤粉锅炉用煤》中对产品等级与技术要求等相应规定，对其产品先按挥发分进行类别划分，再按发热量和全硫指标进行质量等级划分；IGCC用煤需根据其所采用的气化炉类型的不同而异，但对硫分无特别要求；链条锅炉、水泥回转窑用煤须分别符合GB/T 18342—2018、GB/T 7563—2018规定，发热量均需满足Qner,ar≥20.90 MJ/kg要求，链条锅炉用煤按发热量和全硫指标对产品划分为链条炉用块煤、混煤各12个质量等级品种，水泥回转窑用煤按发热量和全硫指标各3个等级对产品划分为9个品种；喷吹煤要求低灰、低硫、低磷、低水分、高哈氏可磨性指数、低Y值(烟煤应小于10 mm)且低阶烟煤还需测定其爆炸性，对喷吹用煤需测的项目及要求详见高炉喷吹用无烟煤、烟煤的技术要求(GB/T 18512)。 (2)对炼焦用煤须采用洗选后精煤以满足低灰、低硫和低磷等基本要求，对顶装焦炉入炉煤的平均Vdaf以26%～32%、Y值以17 mm～20 mm为佳，对炼焦煤中的碱性成分(K2O、Na2O)以不大于0.12%为佳。对捣固焦炉入炉煤的Vdaf可增至30%以上，Y值可降低至16 mm～18 mm。 (3)不同的煤化工项目对煤质的要求也有明显的不同，如直接液化用煤须满足《直接液化用原料煤技术条件》(GB/T 23810—2009)，间接液化所需的煤种随着气化炉型的不同而有所不同；鲁奇气化炉对入炉煤的粒度要求为5 mm～50 mm各粒度碎煤，对褐煤的粒度可偏向于13 mm～25 mm或25 mm～50 mm，对年老煤粒度范围以6 mm～13 mm左右为佳；流化床气化用煤宜采用5 mm～8 mm左右的小粒度煤，Shell型气化炉入炉烟煤的灰分应小于15%，若St,d<1%则有利于减少对大气的污染。GE气化炉要求煤灰流动温度FT不超过1 350 ℃，否则需添加助熔剂。 (4)适合生产兰炭的煤种主要包括不黏煤、弱黏煤和长焰煤等低阶煤，并需粒度大于13 mm～80 mm的各级块煤，其灰分、水分、硫、磷等越低越好，其Vdaf要求不超过15%且以小于5%为最佳，灰分也不宜超过10%，硫分不大于1%。生产电石的无烟煤几乎均需经过洗选，其无烟煤的干基灰分应小于7%,全水分应低于2%(密闭炉)和5%(开启炉)，硫分不超过1.50%，磷含量小于0.04%，粒度为3 mm～40 mm，真相对密度应分别高于1.45(开启炉)和大于1.60(密闭炉)。生产炭素材料的原料以低灰优质无烟煤为主，有的产品要求Ad<2%，制备高档活性炭的煤灰分以3%～<5%为宜，对原煤须进行深度精选才能达到相应的技术要求。1.4 高炉喷吹及烧结矿等冶金用动力煤
2 炼焦用煤对煤质的基本要求
3 现代煤化工用煤对煤质的要求
3.1 煤直接液化对煤质的要求
3.2 煤间接液化对煤质的要求
3.3 煤气化技术对煤质的基本要求
4 兰炭及电石等煤化工项目对煤质的要求
5 小 结
