淺析西山煤電不同煤層硫分分布特征

劉榮芝

(西山煤電集團 質量處， 山西 太原 030053)

西山煤田井田內含煤地層主要為上石炭統太原組(C3t)和下二疊統山西組(P1s). 其中，2#、3#、4#煤層為二疊系下統山西組(P1s)主要可采煤層，煤層硫分在0.40%～1.10%；7#、8#和9#煤層為石炭系上統太原組(C3t)主要可采煤層，主要開采煤層的8#和9#煤硫分在1.50%～2.50%. 現階段，西山煤電集團多數礦井已由主采下統山西組煤改為主采上統太原組煤，上統太原組煤相比下統山西組煤呈現出明顯的灰高、硫高趨勢。

無論是動力煤、煉焦煤和化工煤，煤中硫分的存在對其使用效果均會產生一定的負面影響。同時環保要求日益嚴格，市場對于產品煤硫分的把控越來越嚴格。因此,對原煤硫分與商品煤硫分分布規律的研究具有重要的意義。

1 不同煤層全硫與各種形態硫之間的關系

煤中的硫主要為無機硫、有機硫和極少部分單質硫，全硫和各種形態硫相互之間有一定的關系。一般高硫煤中硫的組成成分大多數以硫鐵礦硫(即黃鐵礦硫)為主，只有少數特殊的高硫煤中的硫是以有機硫為主。煤中硫含量低于1.00%時，通常以有機硫為主[1].

1.1 各煤層原煤中全硫與形態硫含量及占比

2018年西山煤電所屬煉焦煤礦井不同煤層原煤中全硫及各種形態硫含量及占比檢測平均數據見表1.

西山煤電所屬煉焦煤礦井均為兩種或三種煤層配采，由表1可知，各煤層多屬于中硫或中高硫煤，且不同煤層硫分的賦存形態也不同，各礦井的上組煤(8#、9#煤)的硫分顯著高于下組煤(2#、3#、4#煤)；部分煤層原煤的全硫中硫鐵礦硫含量占65%以上，例如：馬蘭礦2#煤、西曲礦9#煤、東曲礦8#煤和9#煤、鎮城底礦2#煤、屯蘭礦2#煤和8#煤等；另有部分煤層原煤的全硫中有機硫含量占比達到60%以上，例如西曲礦2#煤和8#煤、馬蘭礦02#煤和8#煤、鎮城底礦8#煤、東曲礦4#煤、斜溝礦8#煤等。原煤全硫中硫鐵礦硫或有機硫的占比情況對洗選脫除硫分的效率具有明顯影響。

1.2 各煤層浮煤中全硫與形態硫含量及占比

各煤層的原煤按照GB 474-2008的煤樣制備方法減灰后分析浮煤的全硫及各種形態硫含量及占比，2018年檢測數據見表2.

表1 西山煤電各煤層原煤中全硫與形態硫含量及占比表

表2 西山煤電各煤層浮煤中全硫與形態硫含量及占比表

由表2可看出，除東曲礦8#、9#煤和馬蘭礦2#煤外，大部分煤層原煤的浮煤中有機硫占比均超過85%，即浮沉過程中多數硫鐵礦硫已沉積至沉物(高密度物)。由于硫鐵礦硫的脫除效果與其分布狀態相關，浸染狀(星散狀)分布的硫鐵礦硫很難脫除，可以認為東曲礦8#、9#煤和馬蘭礦2#煤全硫中硫鐵礦硫屬于浸染狀(星散狀)較均勻分布狀態，此種情況的原煤經洗選的降硫效果遠不及浮煤中有機硫高占比的煤。

1.3 浮沉過程對各煤層原煤硫分的脫除效率

煤中的無機硫和有機硫在洗選過程中的遷移狀態不同。煤中的無機硫主要以硫鐵礦硫(黃鐵礦)的形態存在，煤中黃鐵礦的存在狀態決定其能否通過洗選脫除，呈團塊狀或結核狀的黃鐵礦較易與煤分離而大多沉積在洗矸中脫除,呈浸染狀(星散狀)的黃鐵礦則很難用重力洗選方法除去。通常情況下，入洗原煤的全硫中硫鐵礦硫含量占比大，則洗精煤產品的硫分會較原煤硫分降低。有機硫屬于煤的有機質組成，分布相對均勻，不易洗脫，用重力洗選或浮洗的方法很難將其脫除，通常洗選后精煤的有機硫含量因有機質比例的增大而增高，如果入洗原煤全硫中有機硫的占比很大，則可能出現洗精煤硫分高于入洗原煤硫分的情況。煤中硫酸鹽硫含量一般都很低，可以不予考慮。

將2018年西山煤電各礦井煉焦煤煤層煤樣全硫中硫鐵礦硫占比按降序排列，見表3.

表3 浮沉過程對西山部分煤層原煤硫分的脫除效率表

由表3可知，各礦井不同煤層原煤浮沉(重力洗選)后硫分脫除率普遍較低，硫分脫除率高于40%的只有馬蘭礦2#煤、東曲礦8#煤、西曲礦9#煤、屯蘭礦8#煤、鎮城底礦2#煤。多數硫鐵礦硫占比高的上組煤重力洗選脫硫效率優于有機硫占比高的下組煤。原煤全硫中硫鐵礦硫占比超過60%的原煤通過浮沉(按密度分級)較易得到明顯的降硫效果；通過浮沉(按密度分級)對有機硫占比較高的原煤降硫效果差，脫硫效率基本低于25%；斜溝礦8#煤和東曲礦4#煤的浮煤硫分甚至高于原煤硫分。

不同煤層原煤通過重力分選(按密度分級)后硫分脫除率的差異在實際生產中具有明顯體現。由于通過重力分選(按密度分級)可使大部分原煤中的硫化鐵硫沉積入重產物，多數選煤廠洗中煤產品的硫分明顯高于洗精煤產品的硫分。由于斜溝礦13#原煤經過浮沉(按密度分級)幾乎未產生降硫效果，同時8#煤浮煤硫分較原煤硫分小幅度升高，所以，斜溝礦8#煤和13#煤按1∶2比例配洗的氣精煤和洗混煤兩種產品的硫分幾乎沒有差別，而且兩種產品的硫分均與配入洗原煤的硫分比較接近。

西山煤電2018年煉焦用精煤產品中全硫與形態硫含量及占比見表4.

表4中各煉焦煤選煤廠精煤產品中硫鐵礦硫和有機硫的占比基本符合表2中各礦井原煤的浮煤中硫鐵礦硫和有機硫的占比規律。馬蘭礦肥精煤和東曲礦貧瘦精煤全硫中硫鐵礦硫占比較高而有機硫占比較低，東曲礦貧瘦精煤全硫中硫鐵礦硫占比高至37.59%，與東曲礦配洗貧瘦精煤的8#、9#原煤的浮煤全硫中硫化鐵硫占比分別高達51.0% 和44.3%(硫鐵礦硫未能高比例脫除)呈現的規律一致；馬蘭礦配洗肥精煤的2#原煤的浮煤全硫中硫化鐵硫占比達到55.5%(硫鐵礦硫未能高比例脫除)應是導致該礦肥精煤全硫中有機硫占比偏低的主因。

表4 煉焦用精煤產品中全硫與形態硫含量及占比表

2 煉焦煤中硫分對焦化過程的影響

煉焦煤在焦化過程中有60%～85%的硫轉入焦炭中，當焦炭中的硫分增大時，需要增加高爐中的石灰石用量，會導致高爐生產能力及冶煉強度降低，焦比提高。通常焦炭中的硫分每增高0.10%，焦比就要增高1.5%左右，高爐生產能力降低2%～2.5%，石灰石用量增加約2%，同時會降低生鐵質量。因此煉焦用配煤的硫分不宜超過1.20%. 一般情況下，單煤硫分除肥煤可以稍高(2.00%～2.50%)外，氣煤的硫分應低于1.00%，瘦煤的硫分應低于1.50%，但煉制化工用焦的精煤可提高到2.00%左右[2].

焦化過程中煉焦原料煤的灰分全部轉入焦炭產品，煉焦原料煤的硫分部分轉入焦炭產品。不同礦井的煉焦用煤具有不同的灰分、硫分轉化率。硫分轉化率采用式(1)計算：

(1)

式中：

(m)St,d—入爐煤全硫，%；

(j)St,d—焦炭全硫，%；

(m)Vd—入爐煤揮發分，%；

(j)Vd—焦炭揮發分，%.

由2018年京唐焦化公司提供的入爐煤灰分、揮發分、硫分指標與焦炭產品的灰分、揮發分、硫分指標計算出的灰分、硫分轉化率見表5.

表5 西山煤電集團供京唐焦化公司各單種煤的灰分、硫分轉化率表

由表5可知，山西焦煤集團6個供煤單位中西山煤電屯蘭礦主焦煤灰分轉化率最低，對焦炭灰分影響最小；西曲礦主焦煤硫分轉化率最低，對焦炭硫分影響最小。對比同樣屬于優質主焦煤的西曲礦和屯蘭礦焦煤的硫分轉化率差別，就能理解市場用戶比較容易接受西曲礦焦煤硫分規格由1.30%提高到1.50%.

3 結 論

通過分析原煤、浮煤中全硫及各種形態硫的組成、煉焦過程中硫分的轉化情況，得出如下結論：

1) 西山煤電所屬煉焦煤礦井的不同煤層中上組煤(8#、9#煤)的原煤硫分明顯高于下組煤(2#、3#、4#煤)；多屬于中硫或中高硫煤；同一煤層中不同礦井的原煤中全硫中硫鐵礦硫含量與有機硫含量沒有規律。馬蘭礦2#煤、西曲礦9#煤、東曲礦8#煤和9#煤、鎮城底礦2#煤、屯蘭礦2#煤和8#煤全硫中硫鐵礦硫含量占65%以上；西曲礦2#煤和8#煤、馬蘭礦02#煤和8#煤、鎮城底礦8#煤、東曲礦4#煤、斜溝礦8#煤原煤的全硫中有機硫含量占比達到60%以上。

2) 原煤全硫中硫鐵礦硫占比超過60%的原煤通過重力分選可得到明顯的降硫效果，重力分選對有機硫占比較高的原煤降硫效果差，脫硫效率基本低于25%；大部分西山煤層原煤的浮煤中有機硫占比超過85%.

3) 硫鐵礦硫的脫除效果與其分布狀態相關，浸染狀(星散狀)分布的硫鐵礦硫很難脫除；東曲礦8#、9#煤和馬蘭礦2#煤全硫中硫鐵礦硫屬于浸染狀分布狀態，難以脫除。

4) 不同礦井煉焦精煤在焦化過程中灰分、硫分轉化率不同。屯蘭礦主焦煤灰分轉化率最低，對焦炭灰分影響最小；西曲礦主焦煤硫分轉化率最低，對焦炭硫分影響最小。

充分了解原煤、浮煤中全硫及各種形態硫的分布情況，掌握煉焦煤在焦化過程中的灰分、硫分轉化特性，不僅有利于更科學合理地制定各礦井商品煤質量規格，指導選煤廠合理調整多煤層原煤配洗比例，以及礦井中、長期采掘銜接部署，還可以增強技術營銷針對性和實效性。對于灰分或硫分轉化率較低的優質煉焦煤種可以適當放寬其精煤灰分或硫分指標，實現企業經濟效益最大化。