新疆現代煤化工企業煤炭管理的問題分析及對策

朱華杰（神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404）

1 概述

新疆某公司是新疆地區最大的煤制烯烴企業，位于國家級經濟技術開發區-甘泉堡經濟技術開發區。甘泉堡經濟技術開發區規劃面積44.7 平方公里，園區周邊煤炭，天然氣、石油、礦產等自然資源豐富，相應的燃氣，給排水及交通等基礎設施完善。有216國道、102省道、吐烏大高等級公路、石油專線公路、甘莫公路等通過工業區；小黃山至大黃山鐵路支線從工業區南面穿過，交通十分便利[1]。

該煤制烯烴企業主要以煤為原料生產聚丙烯、聚乙烯等新材料，設計負荷為68萬噸∕年聚烯烴產品，并副產丙烷、碳四、碳五、硫磺等高附加值產品，使用原料煤近300 萬噸∕年，燃料煤100萬噸∕年。原料煤分別來自吐魯番托克遜地區，昌吉準東地區，分別距離廠區150km 及300km。燃料煤分別來自昌吉準東地區，烏魯木齊米東地區，距離廠區分別200km 及35km。本文主要針對用量大運距長的水煤漿氣化原料煤管理進行總結研究分析，提出實際工作中遇到的問題，并給出相應的對策和方法，對現代煤化工的煤炭管理具有一定指導意義，其他行業煤炭管理可做借鑒。

2 水煤漿氣化爐對原料煤質的要求

水煤漿氣化是煤氣化的一種，是原料煤與水、添加劑等按一定的比例混合，送入棒磨機研磨成濃度為60%左右的水煤漿，用高壓煤漿泵把水煤漿打入氣化爐燒嘴，水煤漿與氧氣通過燒嘴霧化后進入氣化爐，水煤漿與氧氣在1300℃左右氣化爐內進行反應，生成以CO 和H2為主要成分的粗煤氣。粗煤氣經凈化變換后合成為甲醇。氣化后的灰渣以熔融狀態沿下降管流入激冷室，灰渣經過鎖斗排出氣化爐外[2]。

煤炭作為水煤漿氣化爐的原料，直接影響氣化爐的運行效果。水煤漿氣化爐對煤質有嚴格的要求，煤炭的內水、灰分、哈氏可磨指數、灰分、灰熔點、灰渣黏溫特性、熱值、有害元素含量（硫、氯、砷）等[3]。任何煤質指標的波動都會影響氣化爐的運行效果，例如煤的內水直接影響水煤漿的成漿性，內水越高成漿性越差；煤的灰分越高，氣化的煤耗、氧耗就會越高；煤的灰熔點越高，氣化爐的操作溫度就越高；有害元素高則可能影響氣化的水系統等[4]。因此，需要加強氣化原料煤的管理，確保煤質的穩定合格，才能保證氣化系統的安全、穩定、長周期運行。

3 煤質管理問題及對策

3.1 項目前期的煤質管理

現代煤化工項目前期易出現的問題主要有：a.煤源選擇不深入，沒有備用煤源或備用煤源少。b.擬用煤源的煤質勘察不夠深入全面。

現代煤化工煤源的選擇是一項繁雜、長期的工作，項目建設之初極易忽視，選擇工作簡單化處理，缺乏深入研究。例如擬用煤源的開采資質是否齊全，煤礦是否證照齊全，煤礦的核準產量是多少，可采年限是否滿足項目運行，是否有配套的儲煤場，儲煤場地是否滿足環保要求，針對地處偏遠的煤礦是否有運煤專線，運煤路線有鐵路或者公路，等等沒有一一落實。

煤礦的開采、供應存在諸多隱患，例如安全環保管控、地方政策變化、道路運輸限制、極端惡劣天氣等。往往會因為以上原因導致煤炭無法及時供應，所以煤源的選擇不能只有一處，也不能只有一地。為了最大程度應對可能出現的煤炭供應風險，建議在不同區域至少有三處原料煤源，且能滿足火車和汽車兩種運輸方式。

滿足以上要求，只是前提，更重要的是煤質能否滿足氣化設計要求。煤質是否合格、穩定直接決定煤氣化裝置的穩定運行。所以對擬用煤源的煤質做全面深入的分析研究。

如果擬用煤源是新開采的煤礦，這類煤礦沒有歷史數據作為參考，需要查閱煤礦的詳勘數據能否滿足氣化設計指標。如果詳勘指標基本滿足，則要進行進一步的實地勘測。對擬采煤層進行布網式鉆孔取樣[5]，根據煤礦核準規模和開采計劃，提前摸清未來10-20年的煤層煤質情況，為項目運行奠定原料基礎。

如果擬用煤源是已經持續開采一段時間的老礦，這種情況除了查閱煤礦的詳勘數據，還要關注開采時間以來的出礦煤質歷史數據是否穩定，是否能夠滿足設計指標。除了以上，實地的勘察與布網式鉆孔取樣也必不可少，最大程度掌握未來可能使用煤層的關鍵指標，可以降低項目運行的原料風險。

3.2 生產過程的煤質管理

項目一旦建成投產，管理的重心往往集中在生產裝置的運行，對原料煤的管控容易忽視。這時原料煤的管理尤為關鍵，如果不把好原料煤的入口關，可能導致氣化裝置因煤質原因全線停爐的重大損失。原料煤入廠管理容易出現的問題主要有：a沒有進行入廠采樣或采樣數量不足，采樣代表差，導致煤質波動較大。b.入廠煤炭存在以次充好、以假亂真情況。

現代煤化工往往是用煤大戶，設計60 萬噸∕年聚烯烴的煤化工項目，煤氣化裝置每天用煤量在8000噸左右，現在運煤車輛裝載量約30 噸∕車，每天需要260 余輛車。如此大量運煤車輛，取樣監控是一項極為困難的工作。有研究表明。在煤炭的采樣、制樣、化驗三個環節中，如果用方差來表示誤差，采樣的影響占80%，制樣占16%，化驗占4%，故在煤質分析中，關鍵在于采樣[6]。現在市面上的自動采樣機每次采樣需要2-3分鐘，人工采樣時間則更長，工廠往往都會選擇抽樣。如果對抽樣沒有嚴格按照按GB 475-2008要求，則會造成煤樣代表性差，不能實際反應入廠煤質量情況，如大量不合格煤炭入廠，可能會給氣化裝置帶來巨大的安全隱患。

不合格煤炭，除了煤炭生產環節可能造成，極端情況也會因運輸環節的問題導致。氣化原料煤相對電煤煤質更好，價格相對較高，往往會有一些車輛鋌而走險以次充好、以假亂真獲取暴利。當然也存在運輸車輛管控不嚴，導致車輛夾帶雜物進廠，例如石塊、木料、金屬等，這些問題在抽樣、過磅環節難以發現。煤車以次充好、替換煤或夾帶雜物，在入廠抽樣時不易發現，只有在煤炭卸車過程能夠發現。一般的做法是在卸煤環節增設視屏監控系統或設置專人專崗跟蹤卸車環節，重點關注汽車運煤，這樣才能守好煤炭入倉的最后一道關口，保證進煤安全。

3.3 煤炭源頭的煤質管理

煤炭源頭的管理是煤質管理的第一關口。結合工廠幾年的實際運行情況來看，所用原料煤的煤質波動相對較大，特別是煤氣化裝置所要求的關鍵指標，如煤炭的灰分、灰熔融性、全硫、氯離子等。在工廠運行之初，因對煤質評估不夠，工廠經常因煤炭質量波動導致氣化爐堵渣、帶水等異常，氣化單爐運行周期不足20天。通過派專人前往煤礦跟蹤開采、摻配、裝車等環節，最終實現了煤質的基本穩定，保證了氣化爐的長周期運行。經過總結，在煤礦源頭控制和減少煤質波動的方法主要有：a.在開采之前對目標煤層進行多點采樣，掌握煤層煤質分布情況；b.根據煤質情況對開采煤種進行破碎摻混；c.如有臨時煤場，可以在臨時煤場儲煤時進行二次摻混；d.在裝車前對臨時煤堆的裝車端面采樣分析，如滿足指標則可裝車運送。

3.4 火車運輸的管理

火車運輸是最佳的運輸方式，可以最大程度避免運輸過程出現問題。如在源頭管理全面妥當，確保裝車煤質合格，在火車到廠卸煤時可以最大限度降低抽樣的頻次。如在礦發沒有跟蹤裝車前的煤質情況，則在火車到廠卸車時，要盡量增加抽樣頻次，以掌握每車次的煤質情況。

3.5 汽車運輸的管理

火車運輸雖然方便安全，但線路有限，這時汽車運輸的優勢就會凸顯出來。汽車運輸比較靈活，線路覆蓋廣，可以全天時裝卸車。同樣因為汽車運輸的靈活，也造成線路中的管控難度大。主要出現的問題主要有：a.車輛運輸情況復雜，如管控不嚴，存在異物混入煤車的風險；b.有中途換煤的隱患；c.停車場的管理問題。

煤礦距離廠區往往距離較遠，在數百公里的路程里存在管控盲區。因氣化原料煤煤質較好，價格往往高于普通電煤。因利益驅使，存在運輸車輛鋌而走險利用低價煤替換高價煤的極端情況。針對以上問題，除了在入廠卸煤時加強監控，還需要從以下幾個方面加強運輸車輛的管控。一是使用固定車輛，減少車輛流動。二是在運煤車輛上加裝GPS，實時監控行進路線，杜絕車輛隨意更改運輸路線；三是對運煤車輛加裝鉛封，避免車廂中途打開。通過以上措施，可以最大程度降低運輸過程中的風險，保證汽車運煤的安全穩定。

因為現代煤化工的特點，用煤量大，煤種多，所以需要大量的運輸車輛保證用煤安全。為保證卸車效率和安全，需要配套大型的停車場地。為避免不同煤種卸車交錯，降低卸煤效率，建議停車場設計智能管理系統，對不同煤種車輛分區停靠。系統可根據庫存情況、車輛排隊情況自動分配過磅及卸車任務。

3.6 煤炭儲存問題及對策

因現代煤化工是高耗煤企業，為保證原料供應安全，工廠一般都配套有臨沭儲煤設施。企業一般需要儲存能夠滿足10天左右用量的煤保證原料安全。如遇到節假日、極端天氣、道路施工等異常情況，可能需要進一步增加庫存保證工廠安全、平穩運行。以60 萬噸∕年的煤制烯烴項目為例，10 天的原料煤儲量在8 萬噸左右，如配套熱電裝置，10 天的煤炭儲量將在10萬噸以上。

企業常用的臨時儲煤的設施主要有開放式儲煤場、半開放式儲煤場（煤棚）、全封閉儲煤倉（筒式、半球式）。隨著國家環保政策的不斷推行，煤炭生產、使用企業環保意識和環保觀念也逐漸提高，現代煤化工的儲煤設施已由半封閉逐步向封閉式儲裝方式轉變[7]。因此，封閉式球型儲煤場和筒形儲煤倉在近年來蓬勃的發展與廣泛應用。本文結合實際使用情況，重點分析封閉式筒倉的儲煤問題。

筒倉儲煤環保優勢明顯，且占地面積小，單倉儲量可達3-3.5 萬噸[8]。但筒倉儲煤的劣勢也十分明顯。總結幾年的運行情況，筒倉儲煤主要有以下幾個問題：a.長時間儲存，筒倉煤炭自然風險高，處置難度大。b.因煤炭分析時間久，不合格煤進入筒倉后處置困難。

筒倉封閉性好，在夏季溫度高，如果煤炭長時間在筒倉儲存，筒倉中煤層厚，氧氣極易在煤體中積聚，導致煤體氧化升溫發生自燃[9]。所以在夏季必須要加強筒倉溫度檢測及可燃氣體檢測（CO+CH4），在筒倉出煤時要測量跟蹤煤炭溫度，對于筒倉可燃氣體含量急劇上升和出煤溫度異常偏高的情況要極為重視，要對筒倉煤溫高和可燃氣體含量高的筒倉提前出煤，消除自燃隱患[9]。另外在夏季，單倉儲存要低庫存運行，如出現倉內煤炭自燃的極端情況，可以第一時間將煤排出，避免對筒倉造成不可逆的損傷。

當然，筒倉往往都設計配備了注氮設施，但因筒倉體積大、煤炭堆積情況復雜，氮氣在倉內溢散程度有限，往往很難起到抑制筒倉煤炭自燃的效果。而且，氮氣溢散在筒倉底部，對搶險操作人員也是極大的安全隱患。

煤炭分析具有延遲性。氣化原料煤需要了解煤的水分、灰分、灰熔點等各項參數，煤質分析需要往往需要數個小時。而運輸車輛不能等待分析數據出具后才卸車進倉，一般都是煤炭進倉后才能獲得相應的分析數據。如煤質分析不合格，一般無法從筒倉排出。這就需要對每批次入廠煤進行動態跟蹤，詳細了解每批次煤在筒倉的料位及什么時候出煤。對于不合格的煤可以小比例摻配至合格的煤中送至氣化裝置，這樣可以控制不合格煤對氣化的影響。如有條件，也可以將不合格煤送至熱電裝置使用，避免對氣化裝置產生影響。基于煤炭分析的延時性，建立了原料煤實時跟蹤及異常煤質處置的工作機制，對哪些情況可以摻配使用、摻配的比例都做了具體規定。對摻配后的混煤也第一時間分析給出結果，只有這樣，氣化裝置才能掌握使用煤的實際情況，根據具體情況及時調整操作，最大程度保證裝置的安全穩定運行。

4 結語

原料煤質量穩定是現代煤化工長周期穩定運行的關鍵因素之一。通過不斷分析研究煤炭管理的問題，通過加強煤源選擇，深入煤炭源頭跟蹤開采、混配、裝車，強化運輸管控，加強入廠煤質監督及儲煤配煤的管理最終實現了原料煤質的總體安全穩定。使得氣化裝置從開工之初的單爐運行周期不足20天，一步一步實現了40 天、60 天到100 天的長周期安全穩定運行目標。