晉城無煙塊煤的利用現狀與出路探析

楊麗超 薛 梅 蘇春生

(1.晉煤集團煤化工研究院，山西省晉城市，048006；2. 力鴻智信(北京)科技有限公司，北京市順義區，101312)

晉城地區是全國無煙煤主要產地之一，2018年晉城地區無煙煤產量突破1億t，其中無煙塊煤約2500萬t。晉城無煙塊煤俗稱蘭花炭，是中國化肥工業的“精糧”。

近幾年來，隨著無煙塊煤的核心利用技術——常壓間歇式固定床氣化技術(UGI爐)逐漸喪失技術優勢和市場，造成了無煙塊煤市場的萎縮。為此，本文分析了晉城無煙塊煤的煤質特征，從煤質學角度出發探析其未來的出路問題。

1 晉城無煙塊煤的煤質特性

晉煤集團本部包括寺河礦、寺河礦二號井、成莊礦、趙莊礦、趙莊二號井、長平礦、岳城礦和鳳凰山礦8個主力礦井，無煙塊煤產量約為1250萬t/a，其中低硫塊煤約占2/3以上。

1.1 工業分析

晉煤集團各大主力礦區無煙塊煤的煤質特性如下：全水分基本都小于6.0%，為特低全水煤；長平礦、趙莊礦和趙莊二號井的3#無煙煤揮發分略大，為8%～11%，屬于年輕無煙煤(部分屬于貧煤)，其他礦區揮發分均在3.5%～6.5%之間，屬典型無煙煤；原煤灰分在20%～40%之間，為中(高)灰分煤，經洗選后大多可降低到12%以下；洗塊固定碳一般在80%左右，屬高固定碳煤，作為氣化用煤時產氣量大；經洗選后，熱值大于29 MJ/kg，屬特高熱值煤。晉煤集團各礦區無煙塊煤工業分析數據見表1。

表1 晉煤集團各礦區無煙塊煤工業分析數據

1.2 元素分析

晉煤集團各大主力礦區無煙塊煤的原煤元素分析如下：碳含量在86%～92%之間，平均為89%；氫含量在2.95%～3.99%之間，平均為3.47%；氮含量在0.93%～1.62%之間，平均為1.27%；氧含量在2.28%～8.70%之間，平均為5.49%；除鳳凰山和寺河二號井正在生產15#高硫煤，其他礦區所產無煙塊煤均為特低硫、高碳、低氫、低氮、低氧的無煙煤。晉煤集團各礦區原煤元素分析數據見表2。

表2 晉煤集團各礦區原煤元素分析數據

1.3 工藝特性

(1)晉城無煙塊煤的抗碎強度(SS)高達92.4%，成塊率高且破碎率低，有利于長距離的運輸。

(2)晉城無煙塊煤由于煤炭內部孔隙小，水分含量低而熱穩定性較高，加熱時塊煤不易破裂，有利于采用固定床氣化技術，除趙莊礦和長平礦的熱穩定性(TS+6)較低(92%)，其他礦的均大于95%，屬高熱穩定性煤。

(3)晉煤集團無煙煤除趙莊礦、趙莊二號井、長平礦無煙煤的可磨指數在60～80范圍內，為中等可磨煤；成莊礦無煙煤的可磨指數在40～50范圍內，為較難磨煤；其他礦區煤的可磨指數均≤40，為難磨煤。

(4)試驗證明，晉城無煙煤在反應初期，反應速度相對于其它煤種較慢，轉化率也較低，但是隨著時間的推移反應速度和轉化率都增加較快，在反應后期遠遠超過其它煤種。因此，可以適當延長晉城煤在爐內的停留時間使其充分反應。

(5)煤灰熔融性也常叫灰熔點，是氣化用煤的重要指標。常用的幾種表示方法有變形溫度DT、軟化溫度ST、半球溫度HT和流動溫度FT。一般固態排渣研究ST，液態排渣研究FT。晉煤集團所有礦區無煙煤的灰熔點ST均大于1350℃，FT均大于1500℃，屬高灰熔點煤。這主要是由于其煤灰成分中，酸性組分的含量較高，SiO2+Al2O3占到80%以上，而堿性組分含量低，CaO+MgO+Fe2O3僅15%左右，這是由于酸堿比較大的原因造成的。高灰熔點煤利于固態排渣，不利于液態排渣。若用于液態排渣的氣化工藝，為了保證液態融渣連續穩定排出，需要通過添加助劑或配煤來降低灰熔點。

總之，從煤質來看，晉城無煙煤具有固定碳高、抗碎強度高、熱穩定性高、灰熔點高以及可磨性差、反應活性差、粘溫特性差等特點，尤其適合于固定床固態排渣的氣化技術，同時還具有固定碳高、發熱量高、揮發分低、煙氣少、環保性好以及硫分低塊煤產量高等特點，相對于其它煤種是較好的燃料。

2 無煙煤的市場現狀

目前無煙塊煤主要用于化工、建材、民用等領域，其中化工是其主要供貨市場，用煤量超過塊煤總消費量的90%。

2.1 化工

無煙塊煤是UGI氣化爐最好的原料，主要用于傳統煤化工，通過UGI氣化爐生產合成氨、尿素和甲醇等產品。近年來，隨著新型煤氣化技術逐漸成熟并被大量應用，UGI氣化爐的市場逐漸縮減。與此同時，國家在產業政策上也逐步取消了對傳統產能的電價、所得稅、運輸費等優惠政策，而且在環保政策持續高壓下，UGI氣化爐由于先天的技術結構原因，無法解決一些環保問題，亦加快了其退出市場的步伐。氮肥行業“十三五”發展規劃指出，到2020年，采用無煙煤為原料的合成氨產能將下降到41%，但2017年的統計數據表明，以無煙煤為原料的合成氨產能為2410萬t，占總產能的37%，已經提前3年完成規劃目標。據統計，2015-2017年，魯西、瑞星和華昌分別有347.5萬t、347萬t和388萬t的UGI合成氨產能退出；2016-2020年，晉煤集團煤化工板塊可能退出UGI氣化爐共480套，減少耗用無煙塊煤864萬t，這將對晉城無煙塊煤的市場造成巨大沖擊。

2.2 建材

無煙塊煤可通過固定床煤氣發生爐生產工業燃料氣用于玻璃、陶瓷、有色冶煉等建材行業。基于固定床煤氣發生爐與UGI氣化爐原理相同，無煙塊煤亦是其最好的原料。據統計，2005年全國建材行業有4000臺煤氣發生爐，與化工用的UGI爐數量相當。之后，由于無煙塊煤價格高的原因，建材行業紛紛將固定床煤氣發生爐改為兩段爐，從而可以使用價格較低的塊狀煙煤，致使無煙塊煤失去了在建材行業的大量市場。但近些年隨著環保政策的收緊，以及兩段爐帶來的環保問題，建材行業也紛紛面臨氣化爐技術升級以及“煤改氣”等問題。

2.3 民用

無煙塊煤相比其它煤種是最好的民用煤，但一直以來由于價格較高的原因限制了其在民用市場的推廣使用。2013年以來為了改善民用散燒煤帶來的環保問題，國家和地方曾制定了一系列民用潔凈煤的政策。政策提出符合要求的無煙塊煤可作為民用潔凈煤直接使用，但這些政策主要針對潔凈型煤，無煙塊煤只是作為補充煤種，且缺乏相應的類似于潔凈型煤的補貼政策，在這樣的背景下，無煙塊煤沒能打開民用市場。

目前無煙塊煤的市場整體現狀為化工市場正在大幅縮減，建材市場已基本淪陷，民用市場從未打開，無煙塊煤在產量不變的情況下，市場不斷縮減。解決晉城無煙塊煤的利用問題，尋找無煙塊煤出路的問題亟需解決。

3 晉城無煙塊煤的出路

從煤質角度考慮，晉城無煙塊煤是優質的固定床氣化爐原料，需要加大加快適應晉城無煙塊煤的固定床氣化技術的研究力度和速度，來替代退出的UGI氣化爐，可向化工和建材行業推廣。同時，晉城無煙塊煤是優質的民用燃料，可以考慮開發適應晉城無煙塊煤的更環保的民用燃料爐，無煙塊煤配套專業爐將會更好地向民用市場推廣。

除此以外，技術開發的速度也很重要，若趕不上UGI氣化爐退出的步伐，無煙塊煤的出路只能是破碎再利用，這樣不僅會增加煤炭的生產成本，而且發揮不出晉城無煙塊煤 優質資源的特點，甚至將其優勢變為劣勢。