浅析西山煤电不同煤层硫分分布特征

刘荣芝

(西山煤电集团 质量处， 山西 太原 030053)

西山煤田井田内含煤地层主要为上石炭统太原组(C3t)和下二叠统山西组(P1s). 其中，2#、3#、4#煤层为二叠系下统山西组(P1s)主要可采煤层，煤层硫分在0.40%～1.10%；7#、8#和9#煤层为石炭系上统太原组(C3t)主要可采煤层，主要开采煤层的8#和9#煤硫分在1.50%～2.50%. 现阶段，西山煤电集团多数矿井已由主采下统山西组煤改为主采上统太原组煤，上统太原组煤相比下统山西组煤呈现出明显的灰高、硫高趋势。

无论是动力煤、炼焦煤和化工煤，煤中硫分的存在对其使用效果均会产生一定的负面影响。同时环保要求日益严格，市场对于产品煤硫分的把控越来越严格。因此,对原煤硫分与商品煤硫分分布规律的研究具有重要的意义。

1 不同煤层全硫与各种形态硫之间的关系

煤中的硫主要为无机硫、有机硫和极少部分单质硫，全硫和各种形态硫相互之间有一定的关系。一般高硫煤中硫的组成成分大多数以硫铁矿硫(即黄铁矿硫)为主，只有少数特殊的高硫煤中的硫是以有机硫为主。煤中硫含量低于1.00%时，通常以有机硫为主[1].

1.1 各煤层原煤中全硫与形态硫含量及占比

2018年西山煤电所属炼焦煤矿井不同煤层原煤中全硫及各种形态硫含量及占比检测平均数据见表1.

西山煤电所属炼焦煤矿井均为两种或三种煤层配采，由表1可知，各煤层多属于中硫或中高硫煤，且不同煤层硫分的赋存形态也不同，各矿井的上组煤(8#、9#煤)的硫分显著高于下组煤(2#、3#、4#煤)；部分煤层原煤的全硫中硫铁矿硫含量占65%以上，例如：马兰矿2#煤、西曲矿9#煤、东曲矿8#煤和9#煤、镇城底矿2#煤、屯兰矿2#煤和8#煤等；另有部分煤层原煤的全硫中有机硫含量占比达到60%以上，例如西曲矿2#煤和8#煤、马兰矿02#煤和8#煤、镇城底矿8#煤、东曲矿4#煤、斜沟矿8#煤等。原煤全硫中硫铁矿硫或有机硫的占比情况对洗选脱除硫分的效率具有明显影响。

1.2 各煤层浮煤中全硫与形态硫含量及占比

各煤层的原煤按照GB 474-2008的煤样制备方法减灰后分析浮煤的全硫及各种形态硫含量及占比，2018年检测数据见表2.

表1 西山煤电各煤层原煤中全硫与形态硫含量及占比表

表2 西山煤电各煤层浮煤中全硫与形态硫含量及占比表

由表2可看出，除东曲矿8#、9#煤和马兰矿2#煤外，大部分煤层原煤的浮煤中有机硫占比均超过85%，即浮沉过程中多数硫铁矿硫已沉积至沉物(高密度物)。由于硫铁矿硫的脱除效果与其分布状态相关，浸染状(星散状)分布的硫铁矿硫很难脱除，可以认为东曲矿8#、9#煤和马兰矿2#煤全硫中硫铁矿硫属于浸染状(星散状)较均匀分布状态，此种情况的原煤经洗选的降硫效果远不及浮煤中有机硫高占比的煤。

1.3 浮沉过程对各煤层原煤硫分的脱除效率

煤中的无机硫和有机硫在洗选过程中的迁移状态不同。煤中的无机硫主要以硫铁矿硫(黄铁矿)的形态存在，煤中黄铁矿的存在状态决定其能否通过洗选脱除，呈团块状或结核状的黄铁矿较易与煤分离而大多沉积在洗矸中脱除,呈浸染状(星散状)的黄铁矿则很难用重力洗选方法除去。通常情况下，入洗原煤的全硫中硫铁矿硫含量占比大，则洗精煤产品的硫分会较原煤硫分降低。有机硫属于煤的有机质组成，分布相对均匀，不易洗脱，用重力洗选或浮洗的方法很难将其脱除，通常洗选后精煤的有机硫含量因有机质比例的增大而增高，如果入洗原煤全硫中有机硫的占比很大，则可能出现洗精煤硫分高于入洗原煤硫分的情况。煤中硫酸盐硫含量一般都很低，可以不予考虑。

将2018年西山煤电各矿井炼焦煤煤层煤样全硫中硫铁矿硫占比按降序排列，见表3.

表3 浮沉过程对西山部分煤层原煤硫分的脱除效率表

由表3可知，各矿井不同煤层原煤浮沉(重力洗选)后硫分脱除率普遍较低，硫分脱除率高于40%的只有马兰矿2#煤、东曲矿8#煤、西曲矿9#煤、屯兰矿8#煤、镇城底矿2#煤。多数硫铁矿硫占比高的上组煤重力洗选脱硫效率优于有机硫占比高的下组煤。原煤全硫中硫铁矿硫占比超过60%的原煤通过浮沉(按密度分级)较易得到明显的降硫效果；通过浮沉(按密度分级)对有机硫占比较高的原煤降硫效果差，脱硫效率基本低于25%；斜沟矿8#煤和东曲矿4#煤的浮煤硫分甚至高于原煤硫分。

不同煤层原煤通过重力分选(按密度分级)后硫分脱除率的差异在实际生产中具有明显体现。由于通过重力分选(按密度分级)可使大部分原煤中的硫化铁硫沉积入重产物，多数选煤厂洗中煤产品的硫分明显高于洗精煤产品的硫分。由于斜沟矿13#原煤经过浮沉(按密度分级)几乎未产生降硫效果，同时8#煤浮煤硫分较原煤硫分小幅度升高，所以，斜沟矿8#煤和13#煤按1∶2比例配洗的气精煤和洗混煤两种产品的硫分几乎没有差别，而且两种产品的硫分均与配入洗原煤的硫分比较接近。

西山煤电2018年炼焦用精煤产品中全硫与形态硫含量及占比见表4.

表4中各炼焦煤选煤厂精煤产品中硫铁矿硫和有机硫的占比基本符合表2中各矿井原煤的浮煤中硫铁矿硫和有机硫的占比规律。马兰矿肥精煤和东曲矿贫瘦精煤全硫中硫铁矿硫占比较高而有机硫占比较低，东曲矿贫瘦精煤全硫中硫铁矿硫占比高至37.59%，与东曲矿配洗贫瘦精煤的8#、9#原煤的浮煤全硫中硫化铁硫占比分别高达51.0% 和44.3%(硫铁矿硫未能高比例脱除)呈现的规律一致；马兰矿配洗肥精煤的2#原煤的浮煤全硫中硫化铁硫占比达到55.5%(硫铁矿硫未能高比例脱除)应是导致该矿肥精煤全硫中有机硫占比偏低的主因。

表4 炼焦用精煤产品中全硫与形态硫含量及占比表

2 炼焦煤中硫分对焦化过程的影响

炼焦煤在焦化过程中有60%～85%的硫转入焦炭中，当焦炭中的硫分增大时，需要增加高炉中的石灰石用量，会导致高炉生产能力及冶炼强度降低，焦比提高。通常焦炭中的硫分每增高0.10%，焦比就要增高1.5%左右，高炉生产能力降低2%～2.5%，石灰石用量增加约2%，同时会降低生铁质量。因此炼焦用配煤的硫分不宜超过1.20%. 一般情况下，单煤硫分除肥煤可以稍高(2.00%～2.50%)外，气煤的硫分应低于1.00%，瘦煤的硫分应低于1.50%，但炼制化工用焦的精煤可提高到2.00%左右[2].

焦化过程中炼焦原料煤的灰分全部转入焦炭产品，炼焦原料煤的硫分部分转入焦炭产品。不同矿井的炼焦用煤具有不同的灰分、硫分转化率。硫分转化率采用式(1)计算：

(1)

式中：

(m)St,d—入炉煤全硫，%；

(j)St,d—焦炭全硫，%；

(m)Vd—入炉煤挥发分，%；

(j)Vd—焦炭挥发分，%.

由2018年京唐焦化公司提供的入炉煤灰分、挥发分、硫分指标与焦炭产品的灰分、挥发分、硫分指标计算出的灰分、硫分转化率见表5.

表5 西山煤电集团供京唐焦化公司各单种煤的灰分、硫分转化率表

由表5可知，山西焦煤集团6个供煤单位中西山煤电屯兰矿主焦煤灰分转化率最低，对焦炭灰分影响最小；西曲矿主焦煤硫分转化率最低，对焦炭硫分影响最小。对比同样属于优质主焦煤的西曲矿和屯兰矿焦煤的硫分转化率差别，就能理解市场用户比较容易接受西曲矿焦煤硫分规格由1.30%提高到1.50%.

3 结 论

通过分析原煤、浮煤中全硫及各种形态硫的组成、炼焦过程中硫分的转化情况，得出如下结论：

1) 西山煤电所属炼焦煤矿井的不同煤层中上组煤(8#、9#煤)的原煤硫分明显高于下组煤(2#、3#、4#煤)；多属于中硫或中高硫煤；同一煤层中不同矿井的原煤中全硫中硫铁矿硫含量与有机硫含量没有规律。马兰矿2#煤、西曲矿9#煤、东曲矿8#煤和9#煤、镇城底矿2#煤、屯兰矿2#煤和8#煤全硫中硫铁矿硫含量占65%以上；西曲矿2#煤和8#煤、马兰矿02#煤和8#煤、镇城底矿8#煤、东曲矿4#煤、斜沟矿8#煤原煤的全硫中有机硫含量占比达到60%以上。

2) 原煤全硫中硫铁矿硫占比超过60%的原煤通过重力分选可得到明显的降硫效果，重力分选对有机硫占比较高的原煤降硫效果差，脱硫效率基本低于25%；大部分西山煤层原煤的浮煤中有机硫占比超过85%.

3) 硫铁矿硫的脱除效果与其分布状态相关，浸染状(星散状)分布的硫铁矿硫很难脱除；东曲矿8#、9#煤和马兰矿2#煤全硫中硫铁矿硫属于浸染状分布状态，难以脱除。

4) 不同矿井炼焦精煤在焦化过程中灰分、硫分转化率不同。屯兰矿主焦煤灰分转化率最低，对焦炭灰分影响最小；西曲矿主焦煤硫分转化率最低，对焦炭硫分影响最小。

充分了解原煤、浮煤中全硫及各种形态硫的分布情况，掌握炼焦煤在焦化过程中的灰分、硫分转化特性，不仅有利于更科学合理地制定各矿井商品煤质量规格，指导选煤厂合理调整多煤层原煤配洗比例，以及矿井中、长期采掘衔接部署，还可以增强技术营销针对性和实效性。对于灰分或硫分转化率较低的优质炼焦煤种可以适当放宽其精煤灰分或硫分指标，实现企业经济效益最大化。