劉書鋒， 高繼雷，張振飛，王道剛

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014；2.新汶礦業(yè)集團(tuán)潘西煤礦有限責(zé)任公司，山東 萊蕪 271107)

技術(shù)方法

萊蕪潘西煤礦降低高硫煤含硫量的幾點(diǎn)措施

劉書鋒1， 高繼雷1，張振飛1，王道剛2

(1.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014；2.新汶礦業(yè)集團(tuán)潘西煤礦有限責(zé)任公司，山東 萊蕪 271107)

根據(jù)目前國內(nèi)煤炭脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，該文分析研究了潘西煤礦的煤質(zhì)特征和硫的賦存狀態(tài)特征。為了降低商品煤中的硫分，潘西煤礦采取了篩選和撿選原煤中黃鐵礦結(jié)核降低商品煤硫分，上下組煤合理配采降低商品煤硫分，洗選法降低硫分等措施，使煤的質(zhì)量明顯提高，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

煤；硫分；降硫措施；潘西煤礦；萊蕪市

潘西煤礦位于山東省萊蕪市鋼城區(qū)辛莊鎮(zhèn)和顏莊鎮(zhèn)，屬于新汶礦業(yè)集團(tuán)。1958年建井，1960年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/a，1994—2000年，礦井進(jìn)行了改擴(kuò)建，生產(chǎn)能力提高到60萬t/a，2006年核定生產(chǎn)能力為95萬t/a。采煤方法為走向長壁后退式采煤，全部跨落法管理頂板。井田開拓方式為立井、斜井聯(lián)合開拓。與潘西煤礦相鄰的煤礦有4處：辛莊煤礦，位于潘西井田西翼，屬辛莊鎮(zhèn)辦煤礦；澇坡煤礦，位于潘西井田中部，屬辛莊鎮(zhèn)辦煤礦；潘北煤礦位于潘西井田東翼，屬潘家莊村辦煤礦；南冶煤礦，屬新汶礦業(yè)集團(tuán)，其擴(kuò)大區(qū)范圍與本普查區(qū)西部相鄰。潘西煤礦深層煤(煤19)的高硫問題一直制約著煤炭的銷售，因此探討該煤礦的降硫方案具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[1，2]。

1 煤炭脫硫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

煤炭的脫硫問題是世界主要產(chǎn)煤國一直都十分關(guān)注的問題。煤炭的脫硫技術(shù)總體上分為燃燒前脫硫、燃燒中固硫和燃燒后煙道氣脫硫3個(gè)方面。燃燒中固硫技術(shù)主要是指添加固硫劑的型煤技術(shù)和爐內(nèi)噴入鈣系脫硫劑的煤粉技術(shù)，這類技術(shù)可脫硫50%～60%，但效率不高，有易結(jié)渣、磨損和堵塞的問題。燃燒后煙道氣脫硫效率較高，但成本也較高。從科學(xué)合理利用資源考慮，應(yīng)在煤炭燃燒前盡可能脫除其硫分，避免給燃燒和煉焦等其他后續(xù)環(huán)節(jié)造成惡劣影響。燃燒中固硫和煙透氣脫硫是在燃前脫硫達(dá)不到要求時(shí)采用的辦法。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，燃前用物理方法脫硫成本最低，相當(dāng)于燃后脫硫的1/10[3]。因此燃前脫硫是煤炭脫硫的主要環(huán)節(jié)。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，對于加工利用的煤炭中全硫含量要求越來越嚴(yán)格，我國已把煤炭脫硫列為潔凈煤技術(shù)的研究項(xiàng)目[4]。

2 煤質(zhì)及硫的賦存狀態(tài)特征

2.1 煤質(zhì)

(1)煤巖特征和煤的物理性質(zhì)

煤3：黑色，條痕褐色，容重1.31，堅(jiān)硬，塊狀，斷口平坦，呈樹脂光澤，層理、節(jié)理發(fā)育，以半亮煤和暗煤為主，屬半亮型煤。

煤4：黑色，條痕褐色，容重1.37，樹脂光澤，貝殼狀或參差狀斷口，亮煤與暗煤交替成層，上部以塊狀亮煤為主，下部以松散暗煤為主，層理節(jié)理發(fā)育，屬半亮型煤。

煤7：黑色，條痕黑褐色，容重1.31，堅(jiān)硬，塊狀，節(jié)理發(fā)育，斷口平坦，暗煤為主，樹脂光澤，光澤暗淡，屬半暗型煤。

煤19：黑色，條痕黑褐色，容重1.33，暗煤為主，鏡煤和亮煤次之，樹脂或油脂光澤，層理節(jié)理發(fā)育，硬度小，較松散，斷口參差狀或貝殼狀，煤層中含夾石1～2層，且夾有黃鐵礦結(jié)核，屬半亮型煤。

顯微煤巖特征：有機(jī)組分以鏡質(zhì)組和惰性組為主，穩(wěn)定組、半鏡質(zhì)組分次之；有機(jī)組分含量89.9%～97.6%，其中穩(wěn)定組含量0.3%～2.8%。鏡質(zhì)組的最大反射率0.96%～1.67%，變質(zhì)階段為Ⅲ～Ⅴ階段。顯微煤巖類型上組煤多數(shù)為微鏡惰煤，下組煤多數(shù)為微鏡煤。

(2)煤的化學(xué)性質(zhì)

①煤的水分：煤3原煤水分平均值1.06%，浮煤水分平均值0.73%；煤4原煤水分平均值1.03%，浮煤水分平均值0.63%；煤7原煤水分平均值1.65%，浮煤水分平均值0.75%；煤19原煤水分平均值1.52%，浮煤水分平均值0.66%。在煤分剖面垂向變化上，氣煤、肥煤皆有原煤水分自上而下減少的趨勢。

②煤的灰分：區(qū)內(nèi)各煤層的原煤灰分產(chǎn)率多數(shù)為9%～36.7%，浮煤的灰分產(chǎn)率多數(shù)為6%～20%?；曳之a(chǎn)率最高為35.95%(煤4)，最低為9.93%(煤3)，煤3、煤4、煤19為低中灰煤，煤7為低灰煤。

礦井實(shí)際生產(chǎn)中，由于煤層的夾矸常?；烊朊褐?，使得采出后的煤灰分往往大于普查階段。

煤層可熔性以灰分熔融性軟化溫度為評價(jià)指標(biāo)，煤3、煤4、煤7屬高熔灰分煤。煤19因個(gè)別點(diǎn)低于1250℃，因此煤19為低熔灰分煤層。

各煤層的原煤灰成分主要以酸性灰渣為主，主要為SiO2，Al2O3，占總量的70%以上，其次為Fe2O3，CaO，MgO，SO3及TiO2等。

③煤的磷分：該區(qū)可采煤層磷分含量均較低，煤3、煤4、煤19的磷含量0.011%～0.042%，屬于低磷煤。煤7磷含量0.01%屬于特低磷煤。

④煤的硫分：該區(qū)各煤層的原煤全硫平均值均高于浮煤，各煤層全硫平均值隨層位向下有增高的趨勢，反映了煤的沉積環(huán)境由陸相到近海相的轉(zhuǎn)變。煤3原煤硫分平均值0.95%，浮煤硫分平均值0.88%，為低中硫煤；煤4氣煤原煤硫分平均1.42%，浮煤硫分平均值1.04%，為中硫煤；煤7原煤硫分平均值0.76%，浮煤硫分平均值0.51%，為低硫煤；煤19肥煤原煤硫分平均值4.47%，浮煤硫分平均值2.86%，為高硫煤。

2.2 硫的賦存狀態(tài)

煤炭脫硫與硫在煤炭中的賦存狀態(tài)有著密切的關(guān)系。煤炭中硫按照硫的賦存狀態(tài)可分為有機(jī)硫和無機(jī)硫，有機(jī)硫包括硫醇、硫醚、雙硫醚及硫醌和噻酚[4]，約占全硫含量的60%～70%；無機(jī)硫包括硫化物硫(硫化鐵硫)、硫酸鹽硫和元素硫，約占全硫含量的30%～40%，黃鐵礦(FeS2)是煤炭中硫的主要組成部分。在萊蕪潘西煤礦的各可采煤層中，就各種硫而言，各層煤皆以硫化鐵硫和有機(jī)硫?yàn)橹鳎蛩猁}硫含量較低(表1)。

表1 各煤層各種硫含量

硫含量的多少與成煤時(shí)的沉積環(huán)境有關(guān)，一般趨勢是海陸交互相或淺海相沉積的煤層，煤中硫含量就較高，如華北、華東多數(shù)地區(qū)石炭—二疊紀(jì)太原組的煤層，硫含量2.5%～4%；廣西、黔東晚二疊世煤層，硫含量高達(dá)7%～8%以上，且大部分為有機(jī)硫。內(nèi)陸環(huán)境或?yàn)I海三角洲平原環(huán)境下，形成的煤，硫含量就比較低。如我國古近紀(jì)、侏羅紀(jì)、晚二疊紀(jì)以及華北、華東二疊紀(jì)石盒子群、山西組煤層其含硫量一般在1.5%以下[5]。潘西煤礦太原組的煤層形成于海陸交互相沉積，其硫平均含量為4.47%，山西組的煤層則形成于陸相沉積，其硫平均含量為1.04%，與上述規(guī)律相符。

3 降硫措施

礦區(qū)主要開采石炭—二疊紀(jì)太原組[6]的煤19和山西組[6]的煤3、煤4、煤7，其中煤3、煤4、煤7為低硫分煤，含量均在1.50%以下，主采煤層煤19含硫3.13%～5.98%,平均4.47%，為高硫分煤，為降低商品煤中的硫分，潘西煤礦采取了3種措施。

3.1 通過篩選和撿選降低商品煤硫分的含量

潘西煤礦專門成立了60多人的揀選工區(qū)，揀選工區(qū)的主要任務(wù)是將礦井中生產(chǎn)的所有原煤利用多級震動(dòng)篩進(jìn)行篩選，選出塊煤和矸石，然后通過手選的方式分別選出塊煤、黃鐵礦結(jié)核和矸石。根據(jù)多年來潘西礦統(tǒng)計(jì)，每年揀選的黃鐵礦結(jié)核達(dá)3000t以上，大大降低了商品煤硫分的含量，同時(shí)將揀選后的黃鐵礦結(jié)核銷售給周圍的硫磺廠，獲得較為可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

3.2 通過合理配采降低商品煤硫分的含量

潘西煤礦上組煤的煤3、煤4、煤7含硫均在1.50%以下，屬低中硫煤，下組煤的煤19含硫量平均4.47%，因此可通過上下組煤合理配采降低商品硫分含量，主要措施是在生產(chǎn)中保持上下組煤各一個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，兩個(gè)工作面同時(shí)生產(chǎn)。多年來統(tǒng)計(jì)結(jié)果，上組煤的產(chǎn)量占45%左右，下組煤產(chǎn)量占55%左右。通過配采可降低商品硫分含量至2%左右。通過篩選撿選與上下組煤合理配采，使潘西礦商品煤含硫量控制在2%左右，達(dá)到了環(huán)保部門及用戶要求。多年來根據(jù)潘西礦及電廠的煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果表明，潘西煤礦商品煤含硫量均在2%左右(表2)。

表2 配煤后(商品煤)的質(zhì)量分析結(jié)果

3.3 通過洗選廠洗選降低硫分

潘西煤礦選煤廠于2008年7月12日破土動(dòng)工，9月22日完工試運(yùn)轉(zhuǎn)，10月1日正式投產(chǎn)，采用跳汰選煤，跳汰機(jī)為2段6m2。設(shè)計(jì)能力年入洗原煤量30萬t，2008年洗選2.25萬t。

用1.40密度液對煤層進(jìn)行洗選，所得浮煤進(jìn)行有關(guān)項(xiàng)目測試，浮煤的灰分產(chǎn)率、硫分、磷分等均有所降低，煤的質(zhì)量明顯提高(表3)。

表3 2009—2012年洗選后煤樣質(zhì)量情況

4 結(jié)語

根據(jù)對國內(nèi)外脫硫技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合本礦區(qū)的實(shí)際情況，潘西煤礦采取了篩選和撿選原煤中黃鐵礦結(jié)核降低商品煤硫分的含量、上下組煤的合理配采來降低商品煤硫分的含量、洗選廠洗選來降低硫分3種措施，大大提高了商品煤的質(zhì)量，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 劉書鋒,高繼雷,喬增寶,等.山東萊蕪煤田潘西煤礦深部煤層特征及賦煤規(guī)律淺析[J].山東國土資源，2013，29(7)：38-41.

[2] 王煥忠.萊蕪煤田降硫方案的初探[J].煤炭加工與綜合利用，1999，(6)：26-29.

[3] 俞珠峰.潔凈煤技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：12-16.

[4] 郭俊紅.談潔凈煤技術(shù)在煤炭工業(yè)發(fā)展中的意義和作用[J].山西能源與節(jié)能，2003,(1)：29-31.

[5] 虞繼舜.煤化學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[6] 張?jiān)銎?，劉明渭，宋志勇，等．山東省巖石地層[M]．武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1996.

CountermeasuresonReducingSulfurContentinHighSulfurCoalofPanxiCoalMineinLaiwuCity

LIU Shufeng1, GAO Jilei1, ZHANG Zhenfei1, WANG Daogang2

(1. No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Jinan 250014, China; 2. Panxi Coal Mine Limited Corporation of Xinwen Mineralogy Corporation, Shandong Laiwu 271107, China)

According to present condition of desulfurization technology in coal mine, characteristics of coal quality and sulfur occurrence characteristics of Panxi coal mine have been analyzed and studied in this paper. In order to reduce the sulfur content in commercial coal, some countermeasures are carried out, such as selecting and picking pyrite nodules, reasonable partition between upper and lower parts of coal, and washing coal to reduce sulfur content in commercial coal. Thus, the quality of coal has been improved significantly, and achieved a good economic benefit.

Coal; sulfur; sulfur reduction measures; Panxi coal mine; Laiwu city

P618.11

：B

2013-05-15；

：2013-11-18；編輯：曹麗麗

劉書鋒(1972—)，男，山東濟(jì)南人，工程師，主要從事地質(zhì)勘查與找礦工作；E-mail：dkkyylsf@126.com。