配煤新技術(shù)提高煤化工經(jīng)濟效益的研究與應(yīng)用

文/王寧寧

（責(zé)任編輯：龐永厚）

中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司具有國內(nèi)已建成的最大規(guī)模的煤制烯烴裝置，生產(chǎn)主要流程為：原料煤→合成氣→甲醇→烯烴。中天合創(chuàng)煤化工項目下轄葫蘆素煤礦、門克慶煤礦和一座化工廠。化工廠煤炭供應(yīng)配套礦井為葫蘆素煤礦，該礦位于鄂爾多斯市呼吉爾特礦區(qū)。葫蘆素煤礦根據(jù)回采實際揭露與井田地質(zhì)報告有著很大出入，初期開采的2-1煤實際賦存條件差，各綜采面連續(xù)揭露斷層，造成煤炭灰分居高不下，供煤煤質(zhì)不達(dá)標(biāo)，直接影響產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣率，進(jìn)而影響甲醇及烯烴產(chǎn)量，造成經(jīng)濟效益下降。中天合創(chuàng)能源公司針對煤制烯烴氣化裝置所需原料煤的灰分對甲醇產(chǎn)量、用煤單耗及經(jīng)濟效益的影響進(jìn)行分析，并提出解決方案，以期為新建煤化工一體化項目供配煤設(shè)計提供參考和借鑒。

一、配套礦井概況及向化工廠供煤情況

1.井田地理位置、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限

葫蘆素煤礦行政區(qū)劃隸屬鄂爾多斯市烏審旗圖克鎮(zhèn)管轄，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力8.0Mt/年，服務(wù)年限145年，配備同等能力選煤廠。井田南北走向長約7.4km，東西傾斜寬約13.0km，面積為92.761km2。

2.礦井生產(chǎn)建設(shè)情況

礦井采用立井多水平開拓方式，場地內(nèi)布置主立井、副立井和中央回風(fēng)立井，在工業(yè)場地西布置西翼回風(fēng)立井。礦井初期采掘工作面布置在一水平2-1煤層一盤區(qū)（東翼）和二盤區(qū)（西翼），在井底車場東西兩翼沿2-1煤層布置東西兩翼帶式輸送機大巷、輔助運輸大巷和回風(fēng)大巷。

3.采區(qū)及工作面情況

東翼一盤區(qū)首采面為21102工作面，該工作面位于葫蘆素井田2-1煤一盤區(qū)西側(cè)，工作面長度320m，推進(jìn)長度4150m。工作面采深626.17～647.91m。煤層傾角為1°～3°，回采面積為132.79萬m2，煤層平均厚度為2.55m。

西翼二盤區(qū)首采面為21204工作面，該工作面位于葫蘆素井田2-1煤二盤區(qū)中部，工作面長度為320m，推進(jìn)長度為4260m。工作面頂板標(biāo)高+665～+678m。煤層傾角為-3°～+3°，回采面積為136.23萬m2，煤層平均厚度為2.73m。

兩個綜采面均采用“三巷布置”方式，輔運順槽承擔(dān)進(jìn)風(fēng)、運料和行人任務(wù)；主運順槽承擔(dān)運煤、進(jìn)風(fēng)任務(wù)，回風(fēng)順槽承擔(dān)回風(fēng)任務(wù)；采用走向長壁采煤法，一次采全高綜合機械化采煤工藝，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。

4.向化工廠供煤情況

葫蘆素礦井為化工廠煤炭供應(yīng)配套礦井，礦井和化工廠區(qū)通過輸煤棧橋連接供煤。礦井配套選煤廠，產(chǎn)品主要為分選出來的精煤和混煤。精煤和混煤分別由帶式輸送機運至精煤倉和混煤倉儲存，兩倉內(nèi)產(chǎn)品利用倉下可逆式帶式輸送機，按一定的精、混煤給量比例摻配成原料煤后，通過輸煤棧橋運往化工廠 。

二、煤礦生產(chǎn)及煤質(zhì)現(xiàn)狀

葫蘆素煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，各綜采面連續(xù)揭露斷層、沖刷帶，原煤、產(chǎn)品煤灰分居高不下。一盤區(qū)21102工作面在順槽掘進(jìn)和回采過程中揭露斷層11條，落差1.4m至3m不等，均為正斷層。其中，在距停采線3903m處揭露沖刷帶，延伸長度約770m，沖刷帶內(nèi)的巖性為中粗砂巖，巖石堅硬，斷面大，采煤機無法強行割煤通過。經(jīng)研究決定采取放震動炮的方法通過沖刷帶，造成大量矸石混入原煤。接續(xù)該工作面的21103工作面主運順槽在掘進(jìn)期間揭露6條正斷層，落差1.5m至5.4m不等，且背斜、沖刷帶發(fā)育，煤質(zhì)情況不容樂觀。

二盤區(qū)21204工作面主運順槽及主回風(fēng)巷在掘進(jìn)期間揭露9條斷層。其中，F(xiàn)12斷層在揭露點落差達(dá)23m，橫貫整個工作面，直接導(dǎo)致了該面回撤通道位置的改變。該工作面實際在回采過程中陸續(xù)揭露的F29、F28斷層影響較大，落差分別為9.5m和4.5m，基本與工作面垂直，分別在面內(nèi)延伸約100m和600m。接續(xù)該工作面的21205工作面經(jīng)過前期地質(zhì)勘探及順槽掘進(jìn)揭露，發(fā)現(xiàn)6條正斷層，落差大于5m的斷層有2條，對煤質(zhì)灰分影響較大。

就已打開的葫蘆素煤礦一盤區(qū)、二盤區(qū)各工作面來看，已揭露和發(fā)現(xiàn)斷層46條。下一步開采的四盤區(qū)，通過勘探發(fā)現(xiàn)較大斷層36條。葫蘆素井田2-1煤整體地質(zhì)賦存條件差，斷層、沖刷帶等構(gòu)造發(fā)育，原煤質(zhì)量較差，灰分最高達(dá)到36.2%。盡管已采取提升原煤分級篩篩分率、跳采、煤矸分離等辦法，但煤質(zhì)仍無法保證。由于葫蘆素煤礦原煤灰分高、煤質(zhì)差，造成洗選性較差，精煤產(chǎn)量少，混煤煤質(zhì)差，摻配成原料煤時灰分不達(dá)標(biāo)，供煤煤質(zhì)無法保證。

三、供煤煤質(zhì)對甲醇產(chǎn)量及經(jīng)濟效益的影響分析

1.原料煤灰分對甲醇產(chǎn)量及單耗的影響

水煤漿氣化裝置在同樣反應(yīng)條件下，灰分每增加1%，氧耗將增大0.75%、煤耗增大1.4%；灰分越高，產(chǎn)氣率越低，煤耗、氧耗越高。中天合創(chuàng)氣化裝置設(shè)計保證系統(tǒng)運行的原料煤灰分為10%左右，此煤種時負(fù)荷率達(dá)到100%。采用灰分為10%左右的氣化原料煤，在100%負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，每小時用煤683t，生產(chǎn)471.4tMTO甲醇，單耗為1.45t/t。在不增加負(fù)荷的情況下，灰分每增加1%，甲醇煤耗增加到1.47t/t，每小時甲醇產(chǎn)量降為464.63t，產(chǎn)量損失6.77t，減幅為1.44%，單耗增加0.02t/t。

2.原料煤灰分對經(jīng)濟效益的影響

中天合創(chuàng)氣化裝置正常滿負(fù)荷運行時，灰分變化直接表現(xiàn)為甲醇產(chǎn)量的變化。在進(jìn)料量恒定時，灰分越高，產(chǎn)氣量越低。經(jīng)測算，灰分每增加1%，噸煤產(chǎn)甲醇減少0.0097噸。以2017年甲醇價格2000元/噸計算，噸煤經(jīng)濟效益損失為2000×0.0097=19.4元/噸。

考慮煤質(zhì)降低，產(chǎn)品煤售價也發(fā)生變化。以2017年本地坑口價為例，灰分每發(fā)生1%的變化，煤價約有8.8元的變動。具體反映到精、混煤摻配成氣化原料煤后，價、灰差比變化約在9左右。從實際精、混煤摻配為商品煤售價來看，灰分升高1%，煤價基本下降9元左右。

綜上所述，在氣化裝置滿負(fù)荷運行時，灰分每增加1%，噸煤產(chǎn)出收益變化為9-19.4=-10.4元。即與設(shè)計灰分比較，灰分升高1%，噸煤產(chǎn)出效益減少約10元。若原料煤灰分從設(shè)計值10%增加到13%，噸煤產(chǎn)出效益將降低到30元，僅甲醇產(chǎn)出下降年損失就會有30（元）×600（萬噸）=1.8億元。因而，原料煤灰分變化對煤質(zhì)烯烴項目經(jīng)濟效益影響巨大。

四、存在的主要問題

受制于葫蘆素煤礦煤質(zhì)限制，配煤時，如按需求量將精、混煤摻配成原料煤供應(yīng)時，則煤質(zhì)灰分超標(biāo)，甲醇產(chǎn)率低，經(jīng)濟效益下降；如按原料煤10%設(shè)計灰分摻配時，則精煤量不夠，原料煤供應(yīng)量不足，混煤大量剩余。

在前期實際生產(chǎn)中，只能通過調(diào)運門克慶煤礦煤炭或外購煤炭，汽運至化工廠，勉強維持生產(chǎn)。而汽車?yán)\能力小、成本高，化工儲煤場倒運空間小，儲量有限，且無法進(jìn)行摻配，只解決了燃眉之急，原料煤灰分還是達(dá)不到設(shè)計要求，煤質(zhì)和供煤量無法得到可靠保證，問題沒有得到有效解決。以上情況，造成化工氣化裝置生產(chǎn)效率低和噸煤甲醇產(chǎn)率低，直接造成經(jīng)濟效益下降。同時，由于煤源不穩(wěn)定，一旦氣化爐供煤中斷，將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失，保持化工廠穩(wěn)定供煤也是亟待解決的問題。

五、解決方案

葫蘆素煤礦地質(zhì)條件現(xiàn)狀及洗選設(shè)施、工藝相對固定，今后一段時間內(nèi)煤質(zhì)難有較大的提升空間。對此，經(jīng)研究決定，通過采取外部干預(yù)手段，調(diào)運外部精煤進(jìn)行配煤，保證氣化原料煤煤質(zhì)，補充供煤缺口。此方案是最經(jīng)濟合理的方案。即充分利用現(xiàn)有輸煤棧橋，設(shè)計建設(shè)葫蘆素礦井選煤廠外來煤儲運系統(tǒng)，作為化工廠外部煤源的補充。在原有摻配供煤的基礎(chǔ)上，通過汽運門克慶煤礦精煤至外來煤儲運系統(tǒng)，摻配葫蘆素煤礦多余的低熱值混煤，保證化工原料煤灰分10%的煤質(zhì)要求和1.7萬噸/天的穩(wěn)定供煤量，提高氣化裝置效率和噸煤甲醇產(chǎn)率，進(jìn)而保障煤制烯烴裝置穩(wěn)定、可靠運行，提高經(jīng)濟效益。

1.具體思路

在葫蘆素煤礦西側(cè)建設(shè)外來煤儲運場，采用刮板輸送機+帶式輸送機的方案。即在儲運場地面開槽，槽內(nèi)安裝一條變頻刮板輸送機，上部安裝鋼篦子，在外來煤帶式輸送機地道W1號轉(zhuǎn)載點搭接安裝皮帶秤的帶式輸送機，并通過半埋式棧橋在W2號轉(zhuǎn)載點搭接到葫蘆素煤礦至化工輸煤棧橋帶式輸送機。配煤時，首先根據(jù)化工原料煤需求量缺口和門克慶煤礦精煤及葫蘆素煤礦混煤灰分、發(fā)熱量等指標(biāo)情況，計算配煤所需精煤、混煤量，然后通過汽車從門克慶煤礦拉運精煤，在場外地磅房過磅后運至儲運場，配合裝載機推卸至鋼篦子上落入槽內(nèi)刮板輸送機，保證入料均勻穩(wěn)定，刮板機司機通過操控刮板運行速度控制給煤量，經(jīng)帶式輸送機轉(zhuǎn)載后在W2號轉(zhuǎn)載點落至輸煤棧橋帶式輸送機上。同時，葫蘆素煤礦混煤倉下帶式輸送機運轉(zhuǎn)，將混煤輸送至輸煤棧橋帶式輸送機上，在W2號轉(zhuǎn)載點與外來精煤進(jìn)行匯流摻配。葫蘆素煤礦混煤與門克慶煤礦精煤通過控制給煤量，按一定的精、混煤比例匯入輸煤棧橋帶式輸送機，經(jīng)輸煤棧橋1號轉(zhuǎn)載點、2號轉(zhuǎn)載點、3號轉(zhuǎn)載點充分混合摻配后，輸送至化工廠。

表1 外來煤儲運系統(tǒng)工藝設(shè)備選型明細(xì)表

2.主要生產(chǎn)系統(tǒng)及場地、設(shè)備參數(shù)

本系統(tǒng)設(shè)計能力滿足最大1.5萬噸/天的輸煤量。生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括封閉式儲運場、地磅、值班室、變頻刮板輸送機、W1號轉(zhuǎn)載點、配電室、帶式輸送機、W2號轉(zhuǎn)載點。

封閉式儲運場平面尺寸為84.0m×57.0m，采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，屋面為拱形鋼網(wǎng)架。儲運場地面為混凝土地面，容量約7700t，場內(nèi)配裝載機，用于輔助作業(yè)。刮板輸送機有效落料區(qū)長25m，可滿足4臺車輛同時卸車。

變頻刮板輸送機輸送能力為1600t/h，槽寬1.2m，淺埋式布置，電機功率2×200kW，頭尾變頻調(diào)速驅(qū)動，尾部液壓拉緊。

帶式輸送機帶寬B=1400mm，額定運量Q=1600t/h，帶速3.15m/s，電機功率110kW，采用電動機+限矩型液力耦合器+減速器驅(qū)動。

轉(zhuǎn)載點為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)。地面以上墻體為加氣混凝土砌塊。

該系統(tǒng)主要工藝設(shè)備為變頻刮板輸送機、帶式輸送機。系統(tǒng)設(shè)計簡單，技術(shù)成熟先進(jìn)，工藝簡潔靈活，設(shè)備流程少，故障率小，建設(shè)周期短，投資少，后期運行維護成本低。具體設(shè)備選型見表1。

六、結(jié)語

通過建設(shè)葫蘆素礦井選煤廠外來煤儲運系統(tǒng)，實現(xiàn)對中天合創(chuàng)化工廠供煤煤質(zhì)進(jìn)行外部干涉調(diào)整，有效規(guī)避了葫蘆素煤礦因地質(zhì)條件原因造成煤質(zhì)差、精煤產(chǎn)量少、混煤大量剩余的問題，保證了化工氣化原料煤灰分10%的用煤指標(biāo)和氣化裝置的滿負(fù)荷、高效率運行，噸煤甲醇產(chǎn)量基本達(dá)到最高值，經(jīng)濟效益提升顯著。同時，消耗了大部分葫蘆素煤礦剩余低熱值混煤，彌補了原料煤的供煤缺口，保證了化工煤源的穩(wěn)定供應(yīng)和煤制烯烴裝置的正常生產(chǎn)運行。