郭彥江

（晉煤集團(tuán)煤化工研究院，山西 晉城048006）

工業(yè)窯爐主要應(yīng)用于陶瓷、玻璃、氧化鋁、氧化鋅提煉和化工等行業(yè)，需要消耗大量的燃料，特別是在建材行業(yè)中，其燃料費(fèi)用在成本中占比最大[1]，以建材行業(yè)中玻璃產(chǎn)業(yè)為例，其產(chǎn)能為9 600 萬(wàn)t/a 左右，年能源消耗量約為4 500 萬(wàn)tce。工業(yè)窯爐大多以煤制氣和管道天然氣為燃料，其中以常壓固定床發(fā)生爐的煤氣作為燃料被廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃行業(yè)[2]。

隨著環(huán)保壓力的持續(xù)增加，固定床發(fā)生爐正在逐年淘汰，使用比例逐漸減小。地方政府要求建材行業(yè)使用天然氣，但管道天然氣存在原料成本高、用氣高峰期供應(yīng)不穩(wěn)定、局部燃燒溫度高導(dǎo)致的煙氣中NOx排放量高等問(wèn)題。因此，建材行業(yè)急需一種低成本、供應(yīng)穩(wěn)定、低污染的燃?xì)夥桨?，滿足現(xiàn)有建材行業(yè)對(duì)燃?xì)夤?yīng)市場(chǎng)的轉(zhuǎn)型發(fā)展需求[3]。

晉煤集團(tuán)與賽鼎工程有限公司合作，提出了以晉城無(wú)煙煤為原料，用碎煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)燃?xì)獾姆桨福?duì)河北沙河26 億m3/a 工業(yè)燃?xì)忭?xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，對(duì)無(wú)煙煤制工業(yè)燃?xì)忭?xiàng)目的開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

1 晉城無(wú)煙煤制工業(yè)燃?xì)鈿饣夹g(shù)的選擇

隨著煤氣化技術(shù)的發(fā)展與升級(jí)，原料煤種利用范圍不斷擴(kuò)大，新型煤化工項(xiàng)目遍地開(kāi)花；而國(guó)家對(duì)以無(wú)煙塊煤為主要原料的固定床間歇?dú)饣癄t實(shí)行逐年淘汰政策，造成無(wú)煙塊煤的市場(chǎng)開(kāi)始萎縮，給無(wú)煙煤生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)壓力。因此，開(kāi)拓?zé)o煙煤下游利用市場(chǎng)是無(wú)煙煤生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。

1.1 碎煤加壓氣化技術(shù)是工業(yè)燃?xì)庑袠I(yè)的最佳選擇

當(dāng)前主流的煤氣化技術(shù)中，流化床氣化技術(shù)的市場(chǎng)占有率低、有效氣含量低（體積分?jǐn)?shù)＜50%）、燃?xì)鉄嶂档蚚＜6 278 kJ/m3（＜1 500 kcal/m3）]、采用干法除塵存在一定風(fēng)險(xiǎn)，僅適合小規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)，不適合給大型園區(qū)供氣[4]；氣流床氣化技術(shù)的投資高、產(chǎn)能大，不適合燃料氣市場(chǎng)的需求；碎煤加壓固定床氣化技術(shù)的單爐發(fā)氣量適中、投資較低，且產(chǎn)品氣中甲烷含量高、產(chǎn)品熱值高，是目前生產(chǎn)工業(yè)燃?xì)廨^好的煤氣化技術(shù)[5]。

1.2 晉城無(wú)煙煤是碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)質(zhì)原料

晉城無(wú)煙煤屬于相對(duì)年老的無(wú)煙煤，具有灰熔融性溫度高、碳含量高、揮發(fā)分低、可磨性指數(shù)低的特征，采用固定床碎煤加壓氣化技術(shù)用于工業(yè)燃?xì)庑袠I(yè)，具備以下優(yōu)勢(shì)。

（1）晉城無(wú)煙煤硬度大，在運(yùn)輸過(guò)程中破碎率低，價(jià)值損失小。

（2）晉城無(wú)煙煤揮發(fā)分相比其他煤種低，粗煤氣中焦油、酚等難處理有機(jī)廢物較少，采用傳統(tǒng)碎煤加壓氣化技術(shù)，可以省去部分焦油、酚分離裝置，減少投資；出氣化爐的煤氣水中幾乎不含焦油和酚等有機(jī)雜質(zhì)，廢水中氨氮和COD 質(zhì)量濃度分別在200 mg/L 和400 mg/L，廢水處理難度大幅降低，處理成本大幅下降[6]。

（3）晉城無(wú)煙煤灰熔融性溫度高，氣化爐操作溫度高于其他煤種，雖然氧耗稍高于低階煤氣化，但較高的操作溫度可以提高無(wú)煙煤的氣化效率，煤氣產(chǎn)率也是最高的，有效氣體積分?jǐn)?shù)可達(dá)68%左右，冷煤氣效率高。

（4）氣化溫度的提高，可以大幅降低汽氧比，減少煤氣水的處理量；同時(shí)煤氣水中有機(jī)物的含量降低，使廢水更容易處理。

綜上所述，晉城無(wú)煙煤是碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)質(zhì)原料，根據(jù)晉城無(wú)煙煤的煤質(zhì)特征，賽鼎工程有限公司對(duì)碎煤加壓固定床氣化爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如粗煤氣除塵降溫工序由激冷流程改為廢鍋流程、配套煤氣水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等，充分發(fā)揮晉城無(wú)煙煤的煤種優(yōu)勢(shì)，提升晉城無(wú)煙煤碎煤加壓氣化技術(shù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 工業(yè)燃?xì)忭?xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析

以河北沙河市某玻璃工業(yè)園區(qū)煤制清潔燃?xì)忭?xiàng)目為例，原料煤采用晉城地區(qū)無(wú)煙煤，氣化技術(shù)采用賽鼎工程有限公司優(yōu)化后的碎煤加壓固定床氣化技術(shù)，項(xiàng)目年產(chǎn)26.01 億m3工業(yè)燃?xì)鈁熱值為3 619 kcal/m3（15 149 kJ/m3）]，總投資約35 億元，年?duì)I收28.1 億元，年利潤(rùn)5.57 億元，年消耗無(wú)煙塊煤186.48 萬(wàn)t、無(wú)煙末煤60.16 萬(wàn)t[7]。

2.1 計(jì)算關(guān)系式

根據(jù)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告[7]，以當(dāng)?shù)靥烊粴馐蹆r(jià)作為參考，按照熱值換算關(guān)系折合出工業(yè)燃?xì)馐蹆r(jià)[天然氣熱值按8 500 kcal/m3（35 580 kJ/m3）計(jì)算]，結(jié)合項(xiàng)目總成本率以及工業(yè)燃?xì)猱a(chǎn)量，列出項(xiàng)目的總成本關(guān)系式，見(jiàn)方程式（1）。

假設(shè)項(xiàng)目總成本的唯一變量為到廠煤價(jià)（無(wú)煙塊煤價(jià)格），其他均歸類于固定成本（76 072 萬(wàn)元），列出項(xiàng)目的總成本關(guān)系式，見(jiàn)方程式（2）。

根據(jù)方程式（1）和（2），得到方程式（3）。

根據(jù)可行性研究報(bào)告中無(wú)煙塊煤到廠含稅價(jià)格800 元/t，天然氣價(jià)格2.5 元/m3，按照方程式（3）計(jì)算出項(xiàng)目利潤(rùn)為5.23 億元，與可行性研究報(bào)告中年平均利潤(rùn)基本相吻合。因此，以下將根據(jù)方程式（3）對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性與到廠煤價(jià)、天然氣售價(jià)的關(guān)系進(jìn)行分析。

2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)方程式（3）作出到廠煤價(jià)與天然氣售價(jià)的關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

圖1 到廠煤價(jià)與天然氣售價(jià)關(guān)系

由圖1 可知，要達(dá)到某一利潤(rùn)值，隨著到廠煤價(jià)逐漸上升，天然氣售價(jià)上升。以目前晉煤集團(tuán)無(wú)煙塊煤車板價(jià)830 元/t、晉城到沙河運(yùn)費(fèi)105 元/t、到廠煤價(jià)935 元/t 計(jì)算，當(dāng)項(xiàng)目利潤(rùn)為-1 億元、0、1 億元、1.5 億元、2 億元、3 億元時(shí)，對(duì)應(yīng)的天然氣售價(jià)分別為2.18 元/m3、2.26 元/m3、2.34 元/m3、2.39 元/m3、2.43 元/m3、2.53 元/m3，項(xiàng)目盈虧平衡天然氣價(jià)約2.26 元/m3，較當(dāng)?shù)靥烊粴馐蹆r(jià)低0.24 元/m3，且項(xiàng)目每多盈利1 億元，天然氣售價(jià)需要增加0.08 元/m3～0.1 元/m3。

以河北建材行業(yè)采購(gòu)天然氣全年平均售價(jià)2.5元/m3計(jì)算，當(dāng)項(xiàng)目利潤(rùn)為-1 億元、0、1 億元、1.5 億元、2 億元、3 億元時(shí)，對(duì)應(yīng)的到廠煤價(jià)分別為1 130元/t、1 077 元/t、1 023 元/t、998 元/t、970 元/t、918 元/t，盈虧到廠煤價(jià)約1 077 元/t，較晉城無(wú)煙煤到廠價(jià)高142 元/t，且項(xiàng)目每多盈利1 億元，到廠塊煤價(jià)需要降低45 元/t～55 元/t。

以上結(jié)果表明，利用賽鼎工程有限公司優(yōu)化后的碎煤加壓氣化技術(shù)將無(wú)煙煤制成工業(yè)燃?xì)猓c管道天然氣相比，具備供應(yīng)穩(wěn)定與成本優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性較好。

3 結(jié) 論

3.1 晉城無(wú)煙煤是碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)質(zhì)原料，利用碎煤加壓氣化技術(shù)將晉城無(wú)煙煤制成工業(yè)燃?xì)?，既可以滿足建材行業(yè)對(duì)燃?xì)夤?yīng)市場(chǎng)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，又能緩解無(wú)煙煤生產(chǎn)企業(yè)因固定床間歇?dú)饣癄t淘汰導(dǎo)致的無(wú)煙煤市場(chǎng)萎縮壓力。

3.2 以晉城無(wú)煙塊煤運(yùn)到河北沙河的到廠價(jià)935 元/t計(jì)算，盈虧平衡天然氣價(jià)約2.26 元/m3；以沙河工業(yè)用天然氣到戶售價(jià)2.5 元/m3計(jì)算，盈虧到廠煤價(jià)約1 077 元/t，表明利用賽鼎碎煤加壓氣化技術(shù)將無(wú)煙煤制成工業(yè)燃?xì)猓c管道天然氣相比，具備供應(yīng)穩(wěn)定與成本優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性較好。

3.3 無(wú)煙煤制工業(yè)燃?xì)忭?xiàng)目的利潤(rùn)每增加1 億元，需增加天然氣售價(jià)0.08 元/m3～0.1元/m3或減少到廠煤價(jià)45 元/t～55 元/t。

3.4 項(xiàng)目每年消耗無(wú)煙塊煤約186 萬(wàn)t，能有效緩解煤礦企業(yè)無(wú)煙塊煤的銷售困境，將對(duì)開(kāi)拓?zé)o煙煤制工業(yè)燃料氣市場(chǎng)具有重要意義。