配煤新技術提高煤化工經濟效益的研究與應用

文/王寧寧

（責任編輯：龐永厚）

中天合創能源有限責任公司具有國內已建成的最大規模的煤制烯烴裝置，生產主要流程為：原料煤→合成氣→甲醇→烯烴。中天合創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。葫蘆素煤礦根據回采實際揭露與井田地質報告有著很大出入，初期開采的2-1煤實際賦存條件差，各綜采面連續揭露斷層，造成煤炭灰分居高不下，供煤煤質不達標，直接影響產氣量和產氣率，進而影響甲醇及烯烴產量，造成經濟效益下降。中天合創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量、用煤單耗及經濟效益的影響進行分析，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、設計生產能力及服務年限

葫蘆素煤礦行政區劃隸屬鄂爾多斯市烏審旗圖克鎮管轄，礦井設計生產能力8.0Mt/年，服務年限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.礦井生產建設情況

礦井采用立井多水平開拓方式，場地內布置主立井、副立井和中央回風立井，在工業場地西布置西翼回風立井。礦井初期采掘工作面布置在一水平2-1煤層一盤區（東翼）和二盤區（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大巷。

3.采區及工作面情況

東翼一盤區首采面為21102工作面，該工作面位于葫蘆素井田2-1煤一盤區西側，工作面長度320m，推進長度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煤二盤區中部，工作面長度為320m，推進長度為4260m。工作面頂板標高+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，輔運順槽承擔進風、運料和行人任務；主運順槽承擔運煤、進風任務，回風順槽承擔回風任務；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頂板。

4.向化工廠供煤情況

葫蘆素礦井為化工廠煤炭供應配套礦井，礦井和化工廠區通過輸煤棧橋連接供煤。礦井配套選煤廠，產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，兩倉內產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、煤礦生產及煤質現狀

葫蘆素煤礦地質條件復雜，各綜采面連續揭露斷層、沖刷帶，原煤、產品煤灰分居高不下。一盤區21102工作面在順槽掘進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。接續該工作面的21103工作面主運順槽在掘進期間揭露6條正斷層，落差1.5m至5.4m不等，且背斜、沖刷帶發育，煤質情況不容樂觀。

二盤區21204工作面主運順槽及主回風巷在掘進期間揭露9條斷層。其中，F12斷層在揭露點落差達23m，橫貫整個工作面，直接導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，分別在面內延伸約100m和600m。接續該工作面的21205工作面經過前期地質勘探及順槽掘進揭露，發現6條正斷層，落差大于5m的斷層有2條，對煤質灰分影響較大。

就已打開的葫蘆素煤礦一盤區、二盤區各工作面來看，已揭露和發現斷層46條。下一步開采的四盤區，通過勘探發現較大斷層36條。葫蘆素井田2-1煤整體地質賦存條件差，斷層、沖刷帶等構造發育，原煤質量較差，灰分最高達到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，但煤質仍無法保證。由于葫蘆素煤礦原煤灰分高、煤質差，造成洗選性較差，精煤產量少，混煤煤質差，摻配成原料煤時灰分不達標，供煤煤質無法保證。

三、供煤煤質對甲醇產量及經濟效益的影響分析

1.原料煤灰分對甲醇產量及單耗的影響

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

2.原料煤灰分對經濟效益的影響

中天合創氣化裝置正常滿負荷運行時，灰分變化直接表現為甲醇產量的變化。在進料量恒定時，灰分越高，產氣量越低。經測算，灰分每增加1%，噸煤產甲醇減少0.0097噸。以2017年甲醇價格2000元/噸計算，噸煤經濟效益損失為2000×0.0097=19.4元/噸。

考慮煤質降低，產品煤售價也發生變化。以2017年本地坑口價為例，灰分每發生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，在氣化裝置滿負荷運行時，灰分每增加1%，噸煤產出收益變化為9-19.4=-10.4元。即與設計灰分比較，灰分升高1%，噸煤產出效益減少約10元。若原料煤灰分從設計值10%增加到13%，噸煤產出效益將降低到30元，僅甲醇產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烯烴項目經濟效益影響巨大。

四、存在的主要問題

受制于葫蘆素煤礦煤質限制，配煤時，如按需求量將精、混煤摻配成原料煤供應時，則煤質灰分超標，甲醇產率低，經濟效益下降；如按原料煤10%設計灰分摻配時，則精煤量不夠，原料煤供應量不足，混煤大量剩余。

在前期實際生產中，只能通過調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。而汽車拉運能力小、成本高，化工儲煤場倒運空間小，儲量有限，且無法進行摻配，只解決了燃眉之急，原料煤灰分還是達不到設計要求，煤質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效率低和噸煤甲醇產率低，直接造成經濟效益下降。同時，由于煤源不穩定，一旦氣化爐供煤中斷，將會造成嚴重的經濟損失，保持化工廠穩定供煤也是亟待解決的問題。

五、解決方案

葫蘆素煤礦地質條件現狀及洗選設施、工藝相對固定，今后一段時間內煤質難有較大的提升空間。對此，經研究決定，通過采取外部干預手段，調運外部精煤進行配煤，保證氣化原料煤煤質，補充供煤缺口。此方案是最經濟合理的方案。即充分利用現有輸煤棧橋，設計建設葫蘆素礦井選煤廠外來煤儲運系統，作為化工廠外部煤源的補充。在原有摻配供煤的基礎上，通過汽運門克慶煤礦精煤至外來煤儲運系統，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%的煤質要求和1.7萬噸/天的穩定供煤量，提高氣化裝置效率和噸煤甲醇產率，進而保障煤制烯烴裝置穩定、可靠運行，提高經濟效益。

1.具體思路

在葫蘆素煤礦西側建設外來煤儲運場，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、發熱量等指標情況，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刮板輸送機，保證入料均勻穩定，刮板機司機通過操控刮板運行速度控制給煤量，經帶式輸送機轉載后在W2號轉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，將混煤輸送至輸煤棧橋帶式輸送機上，在W2號轉載點與外來精煤進行匯流摻配。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，經輸煤棧橋1號轉載點、2號轉載點、3號轉載點充分混合摻配后，輸送至化工廠。

表1 外來煤儲運系統工藝設備選型明細表

2.主要生產系統及場地、設備參數

本系統設計能力滿足最大1.5萬噸/天的輸煤量。生產系統主要包括封閉式儲運場、地磅、值班室、變頻刮板輸送機、W1號轉載點、配電室、帶式輸送機、W2號轉載點。

封閉式儲運場平面尺寸為84.0m×57.0m，采用鋼結構設計，屋面為拱形鋼網架。儲運場地面為混凝土地面，容量約7700t，場內配裝載機，用于輔助作業。刮板輸送機有效落料區長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，頭尾變頻調速驅動，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+減速器驅動。

轉載點為鋼筋混凝土框架結構，條形基礎。地面以上墻體為加氣混凝土砌塊。

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

六、結語

通過建設葫蘆素礦井選煤廠外來煤儲運系統，實現對中天合創化工廠供煤煤質進行外部干涉調整，有效規避了葫蘆素煤礦因地質條件原因造成煤質差、精煤產量少、混煤大量剩余的問題，保證了化工氣化原料煤灰分10%的用煤指標和氣化裝置的滿負荷、高效率運行，噸煤甲醇產量基本達到最高值，經濟效益提升顯著。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定供應和煤制烯烴裝置的正常生產運行。