芨芨湖西井田煤灰中Na2O 的賦存影響因素分析

周梁源，丁建礎

（1.江蘇中建工程設計研究院有限公司，江蘇 連云港 222000；2.新疆龍宇準東煤化工有限責任公司，新疆 奇臺 831800）

0 引言

新疆準東煤田煤炭儲量達3000 多億t，隨著西部開發步伐的加快，一些煤制天然氣項目和發電項目落戶準東。準東煤田的煤具有低灰、低硫、高發熱量，較好的反應活性，是良好的氣化和動力用煤。但煤灰中堿金屬高達50%以上，特別是煤灰中Na2O＞4%，屬于高鈉煤，單獨用準東煤做電廠的燃料，鍋爐的換熱器產生嚴重的沾污，目前只有通過配煤進行解決；用于碎煤加壓氣化是導致爐內夾套腐蝕的主要原因之一。

近年來，廣大科技工作者在針對準東高鈉煤在鍋爐中的沾污及預防措施方面發表了一些文章，在研究煤中的存在形態方面也有不少報道，在脫鈉方面也做了大量的工作，但目前為止，尚未見到研究煤中鈉與煤的內水和灰分及地質條件對煤中鈉的影響的分析研究文獻和報道。

芨芨湖西井田是新疆準東煤田的其中一部分，煤炭儲量60 億t，擬建1500 萬t/a 的礦井，是新疆龍宇準東煤化工有限責任公司40 億m3/a 煤制天然氣的配套礦井，煤制天然氣的氣化采用碎煤加壓氣化與水煤漿氣化工藝組合，項目配套有自備熱電廠。從岌岌湖西井田提交的地質報告看，煤灰中的Na2O 含量＞4%，對今后碎煤加壓氣化爐、水煤漿爐及燃煤鍋爐的運行會產生較大的影響。根據新疆奇臺縣芨芨湖西井田勘探報告提交的資料，研究煤中Na2O 的影響因素，對指導準東煤的利用有著十分重要的意義。

1 地質概況

芨芨湖西井田位于新疆奇臺縣城北東57 km，井田地處準噶爾盆地東緣，井田北臨西黑山勘探區、井田西臨黑梭井勘探區、東接紅沙泉勘探區。區域一帶出露的地層主要有：古生界的石炭系、二迭系，中生界的三迭系、侏羅系，新生界的第三系、第四系。古生界地層構成中生界地層的基底。井田內地層自上而下為第四系、第三系上新統獨山子組、侏羅系中—上統石樹溝群，中統西山窯組，下統三工河組、下統八道灣組、三迭系中—上統小泉溝群、下統上倉房溝群。

2 煤質特征

芨芨湖西井田煤層層數多，可采、局部可采煤層多達10 層，西山窯組可采煤層10 層，從上至下編號為B6、B5、B4′、B4、B3′、B3、B2、B1、B1′、B0。

西山窯組可采煤層的煤是特低—低灰、特低硫、特低-中磷、31 號不粘煤為主體的煤類，有零星41 號長焰煤。具有高熱值、含油、氣化指標較好，是良好的工業動力發電、民用煤，也可作為氣化用煤和化工用煤。

3 煤灰中Na2O 的賦存因素研究

3.1 煤層埋藏深度的影響

將新疆準東煤田奇臺縣芨芨湖西井田勘探報告的關于煤層厚度、埋藏深度、內水、灰分的相關數據統計匯總見表1。

表1 煤層厚度及埋藏深度與煤灰數據Table 1 Coal seam thickness and burial depth in coal ash

煤層埋藏深度與煤灰中Na2O 含量關系如圖1所示。

圖1 煤層埋藏深度與煤灰中Na2O 含量關系Fig.1 Relationship between coal seam burial depth and Na2O content in coal ash

由圖1 可知，煤灰中Na2O 含量隨著埋藏深度有增加的趨勢。

3.2 煤層厚度的影響

煤層厚度與煤灰中Na2O 含量關系如圖2 所示。

圖2 煤層厚度與煤灰中Na2O 含量關系Fig.2 Relationship between coal seam thickness and Na2O content in coal ash

由圖2 可知，當煤層厚度＜10 m，煤層厚度越小Na2O 含量越高，煤層厚度＞10 m 時，煤層厚度越厚Na2O 含量越高。

3.3 煤層內水含量的影響

煤Mad 與煤灰中Na2O 關系如圖3 所示。

圖3 奇臺岌岌湖井田煤Mad 與煤灰中Na2O 關系Fig.3 Relationship between Mad and Na2O in coal ash in Qitai Kejihu coalfield

由圖3 可得，煤的內水含量越高，煤灰中Na2O 含量越大，煤的內水含量和煤灰中Na2O 含量總體成正相關趨勢。準東煤中的鈉以可溶性無機鹽存在于煤的空隙中，與目前發表的煤中鈉的賦存形式一致。

3.4 煤層灰分含量的影響

煤（Ad） 與煤灰中Na2O 關系如圖4 所示。

圖4 煤（Ad） 與煤灰中Na2O 關系Fig.4 Relationship between coal(Ad)and Na2O in coal ash

由圖4 可得，煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O含量成正反比關系，灰分低越高煤灰中Na2O 含量越高。根據表1 的數據，建立線性回歸方程為：Na2O%=5.282-0.220 Ad，R2=0.92。

線性回歸方程相關度較高。原因是成煤時期，環境中鈉鹽分布的豐度一樣，由于煤中的礦物質分布不均衡和凝聚作用，形成灰分低的鈉含量高。

3.5 煤巖組分對煤灰中Na2O 的影響

芨芨湖井田的煤巖組分與煤灰中Na2O 成分見表2。

表2 芨芨湖井田煤巖組分與煤灰中Na2O 成分Table 2 Coal composition and Na2O in coal ash in Jijihu Mine Field

3.5.1 惰質組對煤灰中Na2O 含量的影響

實驗中惰質組分與煤灰中Na2O 含量的關系如圖5 所示。

圖5 惰質組分與煤灰中Na2O 含量的關系Fig.5 Relationship between inert group and Na2O content in coal ash

由圖5 可知，惰質組對煤灰中Na2O 含量的關系不太明顯。

3.5.2 鏡質組對煤灰中Na2O 含量的影響

鏡質組對煤灰中Na2O 含量的關系如圖6 所示。

圖6 鏡質組分與煤灰中Na2O 含量的關系Fig.6 Relationship between vitrinite and Na2O content in coal ash

由圖6 可得，總體呈鏡質組越高煤灰中Na2O含量越高的趨勢。

3.5.3 礦物基含量對煤灰中Na2O 的影響

礦物基和煤灰中Na2O 含量的關系如圖7 所示。

圖7 礦物基和煤灰中Na2O 含量的關系Fig.7 Relationship between mineral base and Na2O content in coal ash

由圖7 可得，礦物基的含量越高，煤灰中的Na2O 含量越低，呈明顯的線性關系。

線性回歸方程為：Y=-0.3097X+6.3473，R2=0.9056（Y 為Na2O%，X 為礦物基%）。

3.6 煤灰成分對煤灰中Na2O 的影響

3.6.1 煤灰中酸性成分與煤灰中Na2O 含量的關系

煤灰中酸性成分與煤灰中Na2O 含量的關系如圖8 所示。

圖8 煤灰中酸性成分與煤灰中Na2O 含量的關系Fig.8 Relationship between acid components of coal ash and Na2O content in coal ash

由圖8 可得，煤灰中酸性成分越低煤灰中Na2O 含量越高，這表明了與沉積環境關系密切。

3.6.2 煤灰中堿性成分與煤灰中Na2O 含量的關系

煤炭中堿性成分與煤炭中Na2O 含量的關系如圖9 所示。

圖9 煤灰中堿性成分與煤灰中Na2O 含量關系Fig.9 Relationship between basic components in coal ash and Na2O content in coal ash

由圖9 可得，煤灰中堿性成分越高煤灰中Na2O 含量越高。

線性回歸方程為： Y=0.0994X-0.6085，R2=0.7797（Y 為煤灰中的Na2O 含量%，X 為堿金屬含量%）。

3.7 煤的容重對煤灰中Na2O 含量的影響

煤的容重與煤灰中Na2O 關系如圖10 所示。

圖10 煤的容重與煤灰中Na2O 含量的關系Fig.10 The relationship between the bulk density of coal and the content of Na2O in coal ash

由圖10 可得，煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O含量成反比關系。根據表1 數據，建立線性回歸方程的相關度較高。線性回歸方程為：Y=-27.725X+39.262，R2=0.7773（Y 為Na2O%，X 為容重）。

4 結 論

（1） 煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O 含量成正反比關系，灰低越高煤灰中Na2O 含量越高；煤層中礦物基的含量越高，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；煤灰中堿性成分越高煤灰中Na2O 含量越高；煤的容重越小煤灰中Na2O 含量越高。

（2） 煤灰中Na2O 含量與煤層埋藏深度、水分、惰質組、鏡質組等關系不明顯。

（3） 上述結論，與準東煤田的沉積環境有關，具體在其他的論文中闡述。