湛傳駿，鄧 雷，靖劍中，徐貴華

（1.貴州省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，貴州 六盤水 553000；2.國家煤炭清潔轉(zhuǎn)化產(chǎn)品質(zhì)檢中心，貴州 六盤水 553000）

0 引 言

我國能源礦產(chǎn)資源表現(xiàn)為煤多、少油氣，這就決定了煤炭在我國潔凈高效利用的主體地位，與石油和天然氣相比，我國煤炭的資源儲量相當(dāng)豐富，占世界資源儲量的15%左右，目前是世界第一產(chǎn)煤大國。喬德武認(rèn)為未來可再生能源使用量及占比將逐漸提升，全球向清潔能源逐步轉(zhuǎn)型[1-4]。六盤水素有西南煤都的稱號，因煤而建、因煤而興，是長江以南最大的主焦煤基地、國家實(shí)施西電東送西部大開發(fā)戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場之一。資料顯示[5]，六盤水的煤炭資源具有儲量大、煤種全、品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn)，全市現(xiàn)有煤礦192處，年產(chǎn)能1.16億t，電力裝機(jī)容量1 204.24萬kW，其中水城礦區(qū)現(xiàn)有煤礦38處，年產(chǎn)能1 608萬t，占六盤水13.9%，基于該種原因，研究水城礦區(qū)煤巖煤質(zhì)特征對于六盤水煤炭分質(zhì)分級利用具有重要的意義。

1 樣品采集

此次研究選取30萬t/a規(guī)模及以上在生產(chǎn)煤礦，共計34家，采樣到礦到層，標(biāo)準(zhǔn)采樣，標(biāo)碼明確，分析方法按國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，保證量值可溯源性。此次試驗(yàn)共采集樣品38批次，根據(jù)各礦井煤層的全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、氫含量、發(fā)熱量、可磨性指數(shù)、鏡質(zhì)體反射率、煤灰熔融性、粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層、全硫、氟、氯、汞、砷、磷及煤灰中鉀、鈉、鐵、鋁、硅、鈣、硫、磷、鈦、鎂等28個技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析。

2 煤巖特征

鏡質(zhì)組最大反射率介于0.812%~1.758%，平均值為1.29%，屬于中煤級煤，油浸液下煤的顯微組分如圖1所示。鏡質(zhì)體反射率直接反應(yīng)了煤化程度，其反射率與煤化程度呈現(xiàn)出正相關(guān)系，反射率越高煤化程度越強(qiáng)，根據(jù)我國目前的研究來看，Romax/%＜0.65宜直接液化用原料煤，因此水城礦區(qū)煤不適用于直接液化用煤[6-7]。

鏡質(zhì)組反射率變化與煤分類之間有良好的相關(guān)性，二者之間存在著必然的聯(lián)系，根據(jù)相關(guān)研究表明[8]（表1），水城礦區(qū)煤種主要為1/3焦煤、焦煤、肥煤和瘦煤，此類煤種適合于煉焦（圖1），并有優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)的特性。

表1 鏡質(zhì)組平均最大反射率與煤分類之間的關(guān)系Table 1 Relationship between average maximum vitrinite reflectance and coal classification

3 煤質(zhì)特性

3.1 工業(yè)分析

（1）灰分（Ad）。

水城礦區(qū)灰分主要介于5.06%～50.09%，平均值為22.14%，變化差異較大，主要為低灰煤—中灰煤（圖2a）。根據(jù)相關(guān)技術(shù)條件顯示[9-10]，適用于常壓固定床氣化和流化床氣化原料用煤，級別為Ⅲ級。

（2）揮發(fā)分（Vdaf）。

水城礦區(qū)揮發(fā)分主要介于13.73%～30.66%，平均值為20.18%，主要為，低揮發(fā)分煤—中等揮發(fā)分煤（圖2b）。煤揮發(fā)分的高低直接影響到煤質(zhì)變化程度，揮發(fā)分越高煤演化程度越輕，煤的橋鍵數(shù)目越多，越易于直接液化，按照直接液化用原料煤技術(shù)條件，該礦區(qū)煤不宜用于直接液化。

3.2 元素分析

（1）全硫（Sd）。

水城礦區(qū)全硫主要介于0.2 %~3.89 %，平均值為1.49%，全硫含量變化較大，主要為特低硫煤—低硫煤—中硫煤（圖2c）。主要適用于常壓固定床氣化、流化床床氣化、氣流床用原料、冶金焦。

（2）氫碳原子比（H/C）。

水城礦區(qū)主要介于0.55~0.76，平均值為0.63，碳?xì)湓颖容^為集中。碳?xì)湓颖确从沉嗣禾哭D(zhuǎn)化和油產(chǎn)率的相關(guān)性，碳?xì)湓颖仍礁?，煤炭轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率越高，按照《直接液化用原料技術(shù)條件》，適用直接液化的碳?xì)湓颖龋?.75。

3.3 工藝性能

（1）發(fā)熱量（Qgr,d）。

水城礦區(qū)發(fā)熱量主要介于21 450～32 702 J/g，平均值為27 489 J/g，主要為特高發(fā)熱量煤—高發(fā)熱量煤—中高發(fā)熱量煤（圖2d）。

（2）膠質(zhì)層（Y）。

有17批次樣品未檢測出膠質(zhì)層厚度，有21批次樣品檢測出，厚度主要介于7.8~22.9 mm，平局值為16.3 mm。測定膠質(zhì)層指數(shù)的過程是工業(yè)模擬煉焦的過程，水城礦區(qū)的煤炭不能直接用于煉焦。

（3）粘結(jié)指數(shù)（GR.I）。

有24批次樣品未檢測出粘結(jié)性，有14批次樣品檢測出，粘結(jié)性介于1.4~78.4，平均值為48.4，主要為，無黏結(jié)煤—微黏結(jié)煤—弱黏結(jié)煤—中黏結(jié)煤（圖2e）。適用于常壓固定床氣化和流化床氣化用煤原料，擔(dān)不能直接用于煉焦。（4）煤灰熔融性。

流動溫度（ST），有9批次檢測大于1 500℃，其他29批次介于1 109℃～1 463℃，平均值為1 288℃，主要為較低軟化溫度灰—中等軟化溫度—較高軟化溫度灰—高軟化溫度灰（圖2f）；流動溫度（FT）有9批次檢測大于1 500℃，其他29批次介于1 201℃～1 468℃，平均值為1 337℃，主要為較低流動溫度灰—中等流動溫度灰—較高流動溫度灰—高流動溫度灰（圖2g）。適用于常壓固定床氣化、流化床床氣化用煤原料，流動溫度高易于固體排渣。

3.4 危害元素

（1）氟、氯（F、CL）。

氟含量介于27~256μg/g，平均值為72μg/g，主要為特低氟煤（圖2h）；氯含量介于0.005%~0.03%，平均值為0.011%，主要為特低氯煤。

（2）汞、砷、磷（Hg、As、Pb）。汞含量介于0.09~0.34μg/g，平均值為0.12μg/g，主要為特低汞煤—低汞煤（圖2i）；砷含量有6批次樣品未檢出，其他32批次含量介于1.0~14.0μg/g，平均值為5 μg/g，主要為：特低砷煤—低砷煤（圖2j）；磷含量介于0.003 %~0.039 %，平均值為0.013%，主要為特低磷煤—低磷煤（圖2k）。

圖2 水城礦區(qū)煤質(zhì)指標(biāo)頻率直方圖Fig.2 Frequency histogram of coal quality index in Shuicheng mining area

3.5 煤灰成分

SiO2+AL2O3+Fe2O3：SiO2含 量 介 于42.78%~67.55%，平均為52.93%；AL2O3含量介于8.34%~33.50%，平均為23.00%；Fe2O3含量介于3.34%~24.00%，平均為9.59%；SiO2+AL2O3+Fe2O3＞70%，符合拌制砂漿和混凝土、水泥活性混合材料用粉煤灰技術(shù)條件，同時SiO2和AL2O3含量較高，可以提取使用。

4 清潔高效利用方向

4.1 煤化工用煤

參照《煤化工用煤技術(shù)導(dǎo)則》《常壓固定床氣化用沒技術(shù)條件》《流化床氣化用原料煤技術(shù)條件》進(jìn)行分析得出，水城礦區(qū)煤炭普片適用于常壓固定床氣化和流化床氣化原料用煤，在工藝選擇時應(yīng)優(yōu)先選擇（表2、表3）。

表2 水城礦區(qū)煤質(zhì)指標(biāo)與常壓固定床氣化用煤技術(shù)評價指標(biāo)Table 2 Coal quality indexes of Shuicheng mining area and evaluation indexes of atmospheric fixed bed gasification technology

表3 水城礦區(qū)煤質(zhì)指標(biāo)與流化床氣化用原料煤技術(shù)評價指標(biāo)Table 3 Coal quality indexes in Shuicheng mining area and technical evaluation indexes of raw coal for fluidized bed gasification

4.2 動力用煤

水城礦區(qū)毛煤具有優(yōu)質(zhì)動力煤的特點(diǎn)，普遍具有低灰、低硫、低氟、低氯、低汞、低磷等優(yōu)點(diǎn)外，還具有高發(fā)熱量的優(yōu)勢，對于一些中硫以上的毛煤，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮⑴涫褂?，根?jù)潔凈煤潛勢評價體系，該礦區(qū)可作為優(yōu)質(zhì)煤[11]。

4.3 稀缺、特殊煤

高可磨性、低灰煤。可以優(yōu)先用于橡膠、塑料等的填充原料。參照《稀缺、特殊煤炭資源的劃分與利用》的要求，有2家礦井（表4）。特低鐵、低灰分煤?？梢詢?yōu)先用作鋅等金屬的還原劑。參照《稀缺、特殊煤炭資源的劃分與利用》的要求，該礦區(qū)有1家礦井（表5），這3家礦井可以保護(hù)性開采。

表5 水城礦區(qū)特低鐵、低灰分煤分析指標(biāo)Table 5 Analysis indexes of extra-low iron and low ash coal in Shuicheng mining area

表4 水城礦區(qū)高可磨性、低灰煤分析指標(biāo)Table 4 Analysis indexes of high grindability and low ash coal in Shuicheng mining

4.4 粉煤灰的利用

高鋁、高鐵、高硅煤灰?？梢詢?yōu)先作為提取鋁等元素的原料煤，根據(jù)《用于水泥和混泥土中的粉煤灰》相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，該礦區(qū)SiO2+AL2O3+Fe2O3平局值為85%，完全滿足拌制砂漿和混凝土、水泥活性混合材料用粉煤灰技術(shù)條件。

5 結(jié) 論

（1）該礦區(qū)主要以肥煤、焦煤和瘦煤為主，主要以鏡質(zhì)組為主，不適用于直接煉焦用，需進(jìn)行配備相應(yīng)的煤種。

（2）該礦區(qū)呈現(xiàn)出，特低灰煤—低灰煤—中灰煤、特低硫煤—低硫煤—中硫煤、特低氟煤、特低氯煤、特低汞煤、特低砷煤、特低磷煤、特高發(fā)熱量煤—高發(fā)熱量煤—中高發(fā)熱量煤，具有優(yōu)質(zhì)動力煤的特點(diǎn)。

（3）根據(jù)煤化工用煤技術(shù)指標(biāo)要求，該區(qū)域煤礦滿足常壓固定床氣化和流化床氣化原料用煤。

（4）根據(jù)此次研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域沒有存在稀缺煤、特殊煤類的存在。

（5）該區(qū)域的粉煤灰表現(xiàn)出SIO2、AL2O3含量高的優(yōu)勢，同時表現(xiàn)出總鐵含量低，可以進(jìn)行高附加值的研究利用。