无烟煤制工业燃气项目原料煤价与经济性的关系分析

2020-05-12郭彦江

煤化工 2020年2期

郭彦江

（晋煤集团煤化工研究院，山西晋城048006）

工业窑炉主要应用于陶瓷、玻璃、氧化铝、氧化锌提炼和化工等行业，需要消耗大量的燃料，特别是在建材行业中，其燃料费用在成本中占比最大[1]，以建材行业中玻璃产业为例，其产能为9 600 万t/a 左右，年能源消耗量约为4 500 万tce。工业窑炉大多以煤制气和管道天然气为燃料，其中以常压固定床发生炉的煤气作为燃料被广泛应用于陶瓷、玻璃行业[2]。

随着环保压力的持续增加，固定床发生炉正在逐年淘汰，使用比例逐渐减小。地方政府要求建材行业使用天然气，但管道天然气存在原料成本高、用气高峰期供应不稳定、局部燃烧温度高导致的烟气中NOx排放量高等问题。因此，建材行业急需一种低成本、供应稳定、低污染的燃气方案，满足现有建材行业对燃气供应市场的转型发展需求[3]。

晋煤集团与赛鼎工程有限公司合作，提出了以晋城无烟煤为原料，用碎煤加压气化技术生产工业燃气的方案，并对河北沙河26 亿m3/a 工业燃气项目的经济性进行了分析，对无烟煤制工业燃气项目的开发具有指导意义。

1 晋城无烟煤制工业燃气气化技术的选择

随着煤气化技术的发展与升级，原料煤种利用范围不断扩大，新型煤化工项目遍地开花；而国家对以无烟块煤为主要原料的固定床间歇气化炉实行逐年淘汰政策，造成无烟块煤的市场开始萎缩，给无烟煤生产企业带来压力。因此，开拓无烟煤下游利用市场是无烟煤生产企业迫切需要解决的问题。

1.1 碎煤加压气化技术是工业燃气行业的最佳选择

当前主流的煤气化技术中，流化床气化技术的市场占有率低、有效气含量低（体积分数＜50%）、燃气热值低[＜6 278 kJ/m3（＜1 500 kcal/m3）]、采用干法除尘存在一定风险，仅适合小规模的生产企业，不适合给大型园区供气[4]；气流床气化技术的投资高、产能大，不适合燃料气市场的需求；碎煤加压固定床气化技术的单炉发气量适中、投资较低，且产品气中甲烷含量高、产品热值高，是目前生产工业燃气较好的煤气化技术[5]。

1.2 晋城无烟煤是碎煤加压气化技术的优质原料

晋城无烟煤属于相对年老的无烟煤，具有灰熔融性温度高、碳含量高、挥发分低、可磨性指数低的特征，采用固定床碎煤加压气化技术用于工业燃气行业，具备以下优势。

（1）晋城无烟煤硬度大，在运输过程中破碎率低，价值损失小。

（2）晋城无烟煤挥发分相比其他煤种低，粗煤气中焦油、酚等难处理有机废物较少，采用传统碎煤加压气化技术，可以省去部分焦油、酚分离装置，减少投资；出气化炉的煤气水中几乎不含焦油和酚等有机杂质，废水中氨氮和COD 质量浓度分别在200 mg/L 和400 mg/L，废水处理难度大幅降低，处理成本大幅下降[6]。

（3）晋城无烟煤灰熔融性温度高，气化炉操作温度高于其他煤种，虽然氧耗稍高于低阶煤气化，但较高的操作温度可以提高无烟煤的气化效率，煤气产率也是最高的，有效气体积分数可达68%左右，冷煤气效率高。

（4）气化温度的提高，可以大幅降低汽氧比，减少煤气水的处理量；同时煤气水中有机物的含量降低，使废水更容易处理。

综上所述，晋城无烟煤是碎煤加压气化技术的优质原料，根据晋城无烟煤的煤质特征，赛鼎工程有限公司对碎煤加压固定床气化炉结构进行了优化设计，如粗煤气除尘降温工序由激冷流程改为废锅流程、配套煤气水处理系统的优化设计等，充分发挥晋城无烟煤的煤种优势，提升晋城无烟煤碎煤加压气化技术的市场竞争力。

2 工业燃气项目经济性分析

以河北沙河市某玻璃工业园区煤制清洁燃气项目为例，原料煤采用晋城地区无烟煤，气化技术采用赛鼎工程有限公司优化后的碎煤加压固定床气化技术，项目年产26.01 亿m3工业燃气[热值为3 619 kcal/m3（15 149 kJ/m3）]，总投资约35 亿元，年营收28.1 亿元，年利润5.57 亿元，年消耗无烟块煤186.48 万t、无烟末煤60.16 万t[7]。

2.1 计算关系式

根据项目可行性研究报告[7]，以当地天然气售价作为参考，按照热值换算关系折合出工业燃气售价[天然气热值按8 500 kcal/m3（35 580 kJ/m3）计算]，结合项目总成本率以及工业燃气产量，列出项目的总成本关系式，见方程式（1）。

假设项目总成本的唯一变量为到厂煤价（无烟块煤价格），其他均归类于固定成本（76 072 万元），列出项目的总成本关系式，见方程式（2）。

根据方程式（1）和（2），得到方程式（3）。

根据可行性研究报告中无烟块煤到厂含税价格800 元/t，天然气价格2.5 元/m3，按照方程式（3）计算出项目利润为5.23 亿元，与可行性研究报告中年平均利润基本相吻合。因此，以下将根据方程式（3）对项目经济性与到厂煤价、天然气售价的关系进行分析。

2.2 经济性分析

根据方程式（3）作出到厂煤价与天然气售价的关系图，见图1。

图1 到厂煤价与天然气售价关系

由图1 可知，要达到某一利润值，随着到厂煤价逐渐上升，天然气售价上升。以目前晋煤集团无烟块煤车板价830 元/t、晋城到沙河运费105 元/t、到厂煤价935 元/t 计算，当项目利润为-1 亿元、0、1 亿元、1.5 亿元、2 亿元、3 亿元时，对应的天然气售价分别为2.18 元/m3、2.26 元/m3、2.34 元/m3、2.39 元/m3、2.43 元/m3、2.53 元/m3，项目盈亏平衡天然气价约2.26 元/m3，较当地天然气售价低0.24 元/m3，且项目每多盈利1 亿元，天然气售价需要增加0.08 元/m3～0.1 元/m3。

以河北建材行业采购天然气全年平均售价2.5元/m3计算，当项目利润为-1 亿元、0、1 亿元、1.5 亿元、2 亿元、3 亿元时，对应的到厂煤价分别为1 130元/t、1 077 元/t、1 023 元/t、998 元/t、970 元/t、918 元/t，盈亏到厂煤价约1 077 元/t，较晋城无烟煤到厂价高142 元/t，且项目每多盈利1 亿元，到厂块煤价需要降低45 元/t～55 元/t。

以上结果表明，利用赛鼎工程有限公司优化后的碎煤加压气化技术将无烟煤制成工业燃气，与管道天然气相比，具备供应稳定与成本优势，项目经济性较好。