芨芨湖西井田煤灰中Na2O 的赋存影响因素分析

周梁源，丁建础

（1.江苏中建工程设计研究院有限公司，江苏 连云港 222000；2.新疆龙宇准东煤化工有限责任公司，新疆 奇台 831800）

0 引言

新疆准东煤田煤炭储量达3000 多亿t，随着西部开发步伐的加快，一些煤制天然气项目和发电项目落户准东。准东煤田的煤具有低灰、低硫、高发热量，较好的反应活性，是良好的气化和动力用煤。但煤灰中碱金属高达50%以上，特别是煤灰中Na2O＞4%，属于高钠煤，单独用准东煤做电厂的燃料，锅炉的换热器产生严重的沾污，目前只有通过配煤进行解决；用于碎煤加压气化是导致炉内夹套腐蚀的主要原因之一。

近年来，广大科技工作者在针对准东高钠煤在锅炉中的沾污及预防措施方面发表了一些文章，在研究煤中的存在形态方面也有不少报道，在脱钠方面也做了大量的工作，但目前为止，尚未见到研究煤中钠与煤的内水和灰分及地质条件对煤中钠的影响的分析研究文献和报道。

芨芨湖西井田是新疆准东煤田的其中一部分，煤炭储量60 亿t，拟建1500 万t/a 的矿井，是新疆龙宇准东煤化工有限责任公司40 亿m3/a 煤制天然气的配套矿井，煤制天然气的气化采用碎煤加压气化与水煤浆气化工艺组合，项目配套有自备热电厂。从岌岌湖西井田提交的地质报告看，煤灰中的Na2O 含量＞4%，对今后碎煤加压气化炉、水煤浆炉及燃煤锅炉的运行会产生较大的影响。根据新疆奇台县芨芨湖西井田勘探报告提交的资料，研究煤中Na2O 的影响因素，对指导准东煤的利用有着十分重要的意义。

1 地质概况

芨芨湖西井田位于新疆奇台县城北东57 km，井田地处准噶尔盆地东缘，井田北临西黑山勘探区、井田西临黑梭井勘探区、东接红沙泉勘探区。区域一带出露的地层主要有：古生界的石炭系、二迭系，中生界的三迭系、侏罗系，新生界的第三系、第四系。古生界地层构成中生界地层的基底。井田内地层自上而下为第四系、第三系上新统独山子组、侏罗系中—上统石树沟群，中统西山窑组，下统三工河组、下统八道湾组、三迭系中—上统小泉沟群、下统上仓房沟群。

2 煤质特征

芨芨湖西井田煤层层数多，可采、局部可采煤层多达10 层，西山窑组可采煤层10 层，从上至下编号为B6、B5、B4′、B4、B3′、B3、B2、B1、B1′、B0。

西山窑组可采煤层的煤是特低—低灰、特低硫、特低-中磷、31 号不粘煤为主体的煤类，有零星41 号长焰煤。具有高热值、含油、气化指标较好，是良好的工业动力发电、民用煤，也可作为气化用煤和化工用煤。

3 煤灰中Na2O 的赋存因素研究

3.1 煤层埋藏深度的影响

将新疆准东煤田奇台县芨芨湖西井田勘探报告的关于煤层厚度、埋藏深度、内水、灰分的相关数据统计汇总见表1。

表1 煤层厚度及埋藏深度与煤灰数据Table 1 Coal seam thickness and burial depth in coal ash

煤层埋藏深度与煤灰中Na2O 含量关系如图1所示。

图1 煤层埋藏深度与煤灰中Na2O 含量关系Fig.1 Relationship between coal seam burial depth and Na2O content in coal ash

由图1 可知，煤灰中Na2O 含量随着埋藏深度有增加的趋势。

3.2 煤层厚度的影响

煤层厚度与煤灰中Na2O 含量关系如图2 所示。

图2 煤层厚度与煤灰中Na2O 含量关系Fig.2 Relationship between coal seam thickness and Na2O content in coal ash

由图2 可知，当煤层厚度＜10 m，煤层厚度越小Na2O 含量越高，煤层厚度＞10 m 时，煤层厚度越厚Na2O 含量越高。

3.3 煤层内水含量的影响

煤Mad 与煤灰中Na2O 关系如图3 所示。

图3 奇台岌岌湖井田煤Mad 与煤灰中Na2O 关系Fig.3 Relationship between Mad and Na2O in coal ash in Qitai Kejihu coalfield

由图3 可得，煤的内水含量越高，煤灰中Na2O 含量越大，煤的内水含量和煤灰中Na2O 含量总体成正相关趋势。准东煤中的钠以可溶性无机盐存在于煤的空隙中，与目前发表的煤中钠的赋存形式一致。

3.4 煤层灰分含量的影响

煤（Ad） 与煤灰中Na2O 关系如图4 所示。

图4 煤（Ad） 与煤灰中Na2O 关系Fig.4 Relationship between coal(Ad)and Na2O in coal ash

由图4 可得，煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O含量成正反比关系，灰分低越高煤灰中Na2O 含量越高。根据表1 的数据，建立线性回归方程为：Na2O%=5.282-0.220 Ad，R2=0.92。

线性回归方程相关度较高。原因是成煤时期，环境中钠盐分布的丰度一样，由于煤中的矿物质分布不均衡和凝聚作用，形成灰分低的钠含量高。

3.5 煤岩组分对煤灰中Na2O 的影响

芨芨湖井田的煤岩组分与煤灰中Na2O 成分见表2。

表2 芨芨湖井田煤岩组分与煤灰中Na2O 成分Table 2 Coal composition and Na2O in coal ash in Jijihu Mine Field

3.5.1 惰质组对煤灰中Na2O 含量的影响

实验中惰质组分与煤灰中Na2O 含量的关系如图5 所示。

图5 惰质组分与煤灰中Na2O 含量的关系Fig.5 Relationship between inert group and Na2O content in coal ash

由图5 可知，惰质组对煤灰中Na2O 含量的关系不太明显。

3.5.2 镜质组对煤灰中Na2O 含量的影响

镜质组对煤灰中Na2O 含量的关系如图6 所示。

图6 镜质组分与煤灰中Na2O 含量的关系Fig.6 Relationship between vitrinite and Na2O content in coal ash

由图6 可得，总体呈镜质组越高煤灰中Na2O含量越高的趋势。

3.5.3 矿物基含量对煤灰中Na2O 的影响

矿物基和煤灰中Na2O 含量的关系如图7 所示。

图7 矿物基和煤灰中Na2O 含量的关系Fig.7 Relationship between mineral base and Na2O content in coal ash

由图7 可得，矿物基的含量越高，煤灰中的Na2O 含量越低，呈明显的线性关系。

线性回归方程为：Y=-0.3097X+6.3473，R2=0.9056（Y 为Na2O%，X 为矿物基%）。

3.6 煤灰成分对煤灰中Na2O 的影响

3.6.1 煤灰中酸性成分与煤灰中Na2O 含量的关系

煤灰中酸性成分与煤灰中Na2O 含量的关系如图8 所示。

图8 煤灰中酸性成分与煤灰中Na2O 含量的关系Fig.8 Relationship between acid components of coal ash and Na2O content in coal ash

由图8 可得，煤灰中酸性成分越低煤灰中Na2O 含量越高，这表明了与沉积环境关系密切。

3.6.2 煤灰中碱性成分与煤灰中Na2O 含量的关系

煤炭中碱性成分与煤炭中Na2O 含量的关系如图9 所示。

图9 煤灰中碱性成分与煤灰中Na2O 含量关系Fig.9 Relationship between basic components in coal ash and Na2O content in coal ash

由图9 可得，煤灰中碱性成分越高煤灰中Na2O 含量越高。

线性回归方程为： Y=0.0994X-0.6085，R2=0.7797（Y 为煤灰中的Na2O 含量%，X 为碱金属含量%）。

3.7 煤的容重对煤灰中Na2O 含量的影响

煤的容重与煤灰中Na2O 关系如图10 所示。

图10 煤的容重与煤灰中Na2O 含量的关系Fig.10 The relationship between the bulk density of coal and the content of Na2O in coal ash

由图10 可得，煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O含量成反比关系。根据表1 数据，建立线性回归方程的相关度较高。线性回归方程为：Y=-27.725X+39.262，R2=0.7773（Y 为Na2O%，X 为容重）。

4 结 论

（1） 煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O 含量成正反比关系，灰低越高煤灰中Na2O 含量越高；煤层中矿物基的含量越高，煤灰中的Na2O 含量越低；煤灰中酸性成越低煤灰中Na2O 含量越高；煤灰中碱性成分越高煤灰中Na2O 含量越高；煤的容重越小煤灰中Na2O 含量越高。

（2） 煤灰中Na2O 含量与煤层埋藏深度、水分、惰质组、镜质组等关系不明显。

（3） 上述结论，与准东煤田的沉积环境有关，具体在其他的论文中阐述。