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        巴里坤紙房礦區(qū)西山窯組B4煤層清潔利用研究

        2021-04-08 03:43:46王文強
        中國煤炭 2021年3期

        王 康,王文強

        (1.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設計研究院(中國煤炭地質(zhì)總局檢測中心),江蘇省徐州市,221006;2.中國煤炭地質(zhì)總局煤系礦產(chǎn)資源重點實驗室,江蘇省徐州市 221006)

        新疆巴里坤哈薩克自治縣地處新疆維吾爾自治區(qū)的東北部,目前已發(fā)現(xiàn)巴里坤煤田和三塘湖煤田,預測遠景儲量超過500億t。巴里坤紙房礦區(qū)礦井已經(jīng)開始建設,未來將對發(fā)展地方經(jīng)濟、促進就業(yè)發(fā)揮良好作用。劃分煤的潔凈等級是實現(xiàn)煤炭清潔利用的重要途徑,為此需要綜合分析礦區(qū)煤質(zhì),據(jù)此制定合理開發(fā)利用方案促進煤的潔凈利用具有十分重要的意義[1-7]。

        1 礦區(qū)概況

        巴里坤紙房礦區(qū)(以下簡稱“紙房礦區(qū)”)位于縣城北西方向約181 km,地處東經(jīng)91°28′26″~91°45′01″、北緯44°23′54″~44°36′14″,礦區(qū)東西長約為26 km,南北寬約為12.6 km,總面積約為304.5 km2。紙房礦區(qū)含煤地層主要為侏羅系西山窯組,根據(jù)鉆孔資料,結(jié)合地震及鉆探資料,本礦區(qū)東部煤層賦存較好,西區(qū)主要鉆遇西山窯組上段的C組煤和下段B組煤,共含煤21層,鉆孔揭露最大純煤厚度為36 m(14-1號孔)[8]。

        2 煤質(zhì)特征研究

        本次主要針對紙房礦區(qū)西山窯組主可采煤層——B4煤層進行研究,收集了73個鉆孔的煤質(zhì)化驗數(shù)據(jù),采集測試煤樣51件,分析整理了B4煤層原煤的工業(yè)分析、元素含量等指標數(shù)據(jù),同時補充測定了煤對二氧化碳反應性指標。

        2.1 主要煤質(zhì)指標

        B4煤層原煤主要煤質(zhì)指標見表1。

        表1 B4煤層原煤主要煤質(zhì)指標

        (1)灰分。B4煤層原煤的灰分為3.49%~20.52%,平均值為9.34%,依據(jù)《煤炭質(zhì)量分級 第1部分:灰分》(GB/T 15224.3-2004)判別,B4煤層原煤為特低灰分-中灰分煤,總體為特低灰分煤。

        (2)揮發(fā)分。B4煤層原煤的揮發(fā)分為36.82%~44.70%,平均值為40.94%,按照《煤的揮發(fā)分產(chǎn)率分級》(MT/T849-2000)判別,B4煤層原煤總體為高揮發(fā)分煤。

        (3)全硫。B4煤層原煤的全硫為0.29%~0.76%,平均值為0.45%,按照《煤炭質(zhì)量分級 第2部分:硫分》(GB/T 15224.3-2004)判別,B4煤層原煤總體為低硫煤。

        (4)哈氏可磨性指數(shù)。B4煤層哈氏可磨性指數(shù)范圍為41~63,平均值為48,按照《煤的哈氏可磨性指數(shù)分級》(MT/T852-2000)判別,B4煤層原煤總體為較難磨的煤。

        (5)發(fā)熱量。B4煤層原煤的干燥基低位發(fā)熱量為24.06~30.09 MJ/kg,平均值為27.74 MJ/kg,依據(jù)《煤炭質(zhì)量分級第3部分:發(fā)熱量》(GB/T 15224.3-2004)判別,B4煤層原煤是中高熱值-特高熱值煤,總體為高熱值煤。

        (6)透光率。作為確定區(qū)別褐煤與煙煤的重要依據(jù),B4煤層透光率最低為68%、最高為99%,均大于50%,因此可以判定B4煤層原煤不屬于褐煤。

        (7)粘結(jié)性。參照國家煤炭行業(yè)標準,礦區(qū)B4煤層中的原煤大多數(shù)屬于不粘結(jié)的煤,GR.I.測試值為0;個別是弱粘結(jié)的煤,GR.I.測試值均小于5。

        (8)焦油產(chǎn)率。B4煤層原煤的焦油產(chǎn)率為4.4%~14.0%,平均值為9.6%,按照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》(2014年修訂本)判定,B4煤層原煤總體為富油煤。

        2.2 化學元素

        B4煤層原煤元素含量見表2。

        表2 B4煤層原煤元素含量

        (1)有害元素。B4煤層原煤中磷(Pd)的含量為0.001 5%~0.065 0%,平均含量為0.013 0%,按照《煤中有害元素含量分級 第1部分:磷》(GB/T20475.1-2006)判別,B4煤層原煤總體為低磷煤;B4煤層原煤中的氟(Fd)含量為24~128 μg/g,平均值為57 μg/g,按照《煤中有害元素含量分級第5部分:氟》(GB/T20475.5-2020)判別,B4煤層原煤總體為特低氟煤;B4煤層原煤中的氯(Cld)含量為0.003%~0.119%,平均含量為0.050%,按照《煤中有害元素含量分級第2部分:氯》(GB/T20475.2-2006)判別,B4煤層原煤總體為特低氯煤;B4煤層原煤中的砷(Asd)含量為0~3 μg/g,平均值為2 μg/g,按照《煤中有害元素含量分級第3部分:砷》(GB/T20475.3-2012)判別,B4煤層原煤是一級含砷煤;B4煤層原煤中的鉛(Pbd)含量為0~14 μg/g,平均含量為5 μg/g,按照《煤中鉛含量分級標準》(MT/T 964-2005)判別,B4煤層是低鉛煤。

        (2)各煤層有益元素含量普遍較低,只有個別點位的釩元素達到開采品位,沒有明顯的工業(yè)利用價值。

        2.3 煤灰成分及煤灰熔融性

        礦區(qū)內(nèi)B4煤層煤灰成分主要以酸性物質(zhì)(SiO2+Al2O3+TiO2)為主,按照《煤灰軟化溫度分級》(MT/T853.1-2000)和《煤灰流動溫度分級》(MT/T853.2-2000)判別,B4煤層煤灰軟化溫度ST范圍為1 201~>1 400 ℃,是較低軟化灰-高軟化的灰;B4煤層煤灰流動溫度FT為1 212~>1 500 ℃,為較低流動灰-高流動灰。

        2.4 煤對CO2的反應性

        測定了B4煤層原煤對CO2的反應性,見表3。

        表3 B4煤層原煤對CO2反應性 %

        由表3可以看出,燃燒溫度為900、950、1 000 ℃時,B4煤層原煤對CO2反應性依次為40.0%~56.7%、57.5%~90.9%、63.4%~97.3%,表明B4煤層原煤對CO2的反應性良好。

        2.5 結(jié)渣性

        煤灰結(jié)渣致使煤中的碳未反應完全就被排出爐外,爐內(nèi)結(jié)渣嚴重時還會導致停產(chǎn)。B4煤層原煤的結(jié)渣性見表4。

        表4 B4煤層原煤的結(jié)渣性

        依據(jù)《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊》(2014年修訂本))判定,B4煤層為弱結(jié)渣性煤。

        3 煤類與潔凈等級劃分

        3.1 煤種

        按照《中國煤炭分類標準》(GB5751-2009),B4煤層原煤揮發(fā)分為36.51%~44.70%,粘結(jié)指數(shù)GR.I.小于5,透光率PM大于50%。50個測試點后判定B4煤層原煤為長焰煤,判定1個測試點為不粘煤,因此可以綜合判定B4煤層原煤為長焰煤(CY)。

        3.2 煤的潔凈等級劃分

        煤炭清潔利用潛勢劃分是煤炭分級、分質(zhì)、清潔高效利用的依據(jù)之一。B4煤層原煤的全硫為0.29%~0.76%、灰分為3.49%~20.52%、砷元素含量為0~3%、氯元素含量為0.003%~0.119%、氟元素含量為24~128 μg/g,依據(jù)煤炭清潔利用潛勢評價體系[9]判定,并根據(jù)煤的潔凈等級劃分對比可知,紙房礦區(qū)B4煤層原煤屬于Ⅲ級較好潔凈煤。

        4 煤的清潔利用前景分析

        4.1 動力用煤前景分析

        動力煤的主要用戶之一是工業(yè)鍋爐、窯爐等,要探討動力煤的資源評價指標,需要了解動力煤的燃燒方式及其對煤質(zhì)的基本要求[10]。通過對比《商品煤質(zhì)量 鏈條爐用煤》(GB/T 18342-2018)、《商品煤質(zhì)量 發(fā)電煤粉鍋爐用煤》(GB/T 7562-2018)和《商品煤質(zhì)量 水泥回轉(zhuǎn)窯用煤》(GB/T 7563-2018)的用煤要求可知,紙房礦區(qū)B4煤層原煤可以作為鏈條爐用煤、粉煤鍋爐用煤和水泥回轉(zhuǎn)窯用煤。

        4.2 煉焦用煤前景分析

        通過對比《煉焦用煤技術(shù)條件》(GB/T 397-2009)用煤要求可知,礦區(qū)B4煤層原煤不符合煉焦用煤的要求,但除了粘結(jié)指數(shù)不符外,B4煤層原煤還具有低硫、低灰、低磷的特點,可以作為煉焦用煤的配合煤。配用一部分的長焰煤在不影響焦炭性能的前提下,緩解了煉焦煤資源不足的問題,也能起到降低焦炭的灰分和硫分以及焦配煤的成本的作用[11-12]。

        4.3 蘭炭用煤前景分析

        蘭炭正逐步取代冶金焦被廣泛運用于電石、鐵合金、硅鐵、碳化硅等產(chǎn)品的生產(chǎn),成為一種不可替代的炭素材料[13]。通過對比《蘭炭用煤技術(shù)條件》(GB/T 25210-2010)可知,B4煤層原煤總體上符合蘭炭用煤技術(shù)條件對用煤的要求。

        4.4 氣化液化用煤前景分析

        通過對比《常壓固定床氣化用煤技術(shù)條件》(GB/T 9143-2008)、《氣流床氣化用原料煤技術(shù)條件》(GB/T 29722-2013)、《直接液化用原料煤技術(shù)條件》(GB/T 23810-2009)、《氣流床氣化用原料煤技術(shù)條件》(GB/T 29722-2013)、《流化床氣化用原料煤技術(shù)條件》(GB/T 29721-2013)可知,B4煤層原煤符合常壓固定床氣化、氣流床氣化用對原料要求,部分符合流化床氣化和直接液化用煤的要求。

        5 結(jié)論

        通過綜合分析紙房礦區(qū)煤的物理特性、煤的化學性質(zhì)以及煤的工藝性質(zhì)可知,紙房礦區(qū)B4煤層主要以長焰煤為主,并含有少量的不粘煤,煤質(zhì)特征為以低灰分、高揮發(fā)分、特低硫、高熱值煤、具弱結(jié)渣性、對CO2的反應性較好,且為富油煤,屬于Ⅲ級較好潔凈煤,工業(yè)使用前景宜作為動力用煤和氣化用煤,同時可做煉焦配合煤和蘭炭用煤。

        B4煤層有害元素含量總體較低,但個別指標偏高,應當給予適當注意,建議將煤炭的開采利用與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展有機結(jié)合起來,在開采加工的過程中采取原煤洗選、淋濾、燃燒顆粒物回收、添加吸附劑或吸附裝置等技術(shù)手段進行控制,將對環(huán)境的影響降低到最低限度。

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