新疆现代煤化工企业煤炭管理的问题分析及对策

朱华杰（神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831404）

1 概述

新疆某公司是新疆地区最大的煤制烯烃企业，位于国家级经济技术开发区-甘泉堡经济技术开发区。甘泉堡经济技术开发区规划面积44.7 平方公里，园区周边煤炭，天然气、石油、矿产等自然资源丰富，相应的燃气，给排水及交通等基础设施完善。有216国道、102省道、吐乌大高等级公路、石油专线公路、甘莫公路等通过工业区；小黄山至大黄山铁路支线从工业区南面穿过，交通十分便利[1]。

该煤制烯烃企业主要以煤为原料生产聚丙烯、聚乙烯等新材料，设计负荷为68万吨∕年聚烯烃产品，并副产丙烷、碳四、碳五、硫磺等高附加值产品，使用原料煤近300 万吨∕年，燃料煤100万吨∕年。原料煤分别来自吐鲁番托克逊地区，昌吉准东地区，分别距离厂区150km 及300km。燃料煤分别来自昌吉准东地区，乌鲁木齐米东地区，距离厂区分别200km 及35km。本文主要针对用量大运距长的水煤浆气化原料煤管理进行总结研究分析，提出实际工作中遇到的问题，并给出相应的对策和方法，对现代煤化工的煤炭管理具有一定指导意义，其他行业煤炭管理可做借鉴。

2 水煤浆气化炉对原料煤质的要求

水煤浆气化是煤气化的一种，是原料煤与水、添加剂等按一定的比例混合，送入棒磨机研磨成浓度为60%左右的水煤浆，用高压煤浆泵把水煤浆打入气化炉烧嘴，水煤浆与氧气通过烧嘴雾化后进入气化炉，水煤浆与氧气在1300℃左右气化炉内进行反应，生成以CO 和H2为主要成分的粗煤气。粗煤气经净化变换后合成为甲醇。气化后的灰渣以熔融状态沿下降管流入激冷室，灰渣经过锁斗排出气化炉外[2]。

煤炭作为水煤浆气化炉的原料，直接影响气化炉的运行效果。水煤浆气化炉对煤质有严格的要求，煤炭的内水、灰分、哈氏可磨指数、灰分、灰熔点、灰渣黏温特性、热值、有害元素含量（硫、氯、砷）等[3]。任何煤质指标的波动都会影响气化炉的运行效果，例如煤的内水直接影响水煤浆的成浆性，内水越高成浆性越差；煤的灰分越高，气化的煤耗、氧耗就会越高；煤的灰熔点越高，气化炉的操作温度就越高；有害元素高则可能影响气化的水系统等[4]。因此，需要加强气化原料煤的管理，确保煤质的稳定合格，才能保证气化系统的安全、稳定、长周期运行。

3 煤质管理问题及对策

3.1 项目前期的煤质管理

现代煤化工项目前期易出现的问题主要有：a.煤源选择不深入，没有备用煤源或备用煤源少。b.拟用煤源的煤质勘察不够深入全面。

现代煤化工煤源的选择是一项繁杂、长期的工作，项目建设之初极易忽视，选择工作简单化处理，缺乏深入研究。例如拟用煤源的开采资质是否齐全，煤矿是否证照齐全，煤矿的核准产量是多少，可采年限是否满足项目运行，是否有配套的储煤场，储煤场地是否满足环保要求，针对地处偏远的煤矿是否有运煤专线，运煤路线有铁路或者公路，等等没有一一落实。

煤矿的开采、供应存在诸多隐患，例如安全环保管控、地方政策变化、道路运输限制、极端恶劣天气等。往往会因为以上原因导致煤炭无法及时供应，所以煤源的选择不能只有一处，也不能只有一地。为了最大程度应对可能出现的煤炭供应风险，建议在不同区域至少有三处原料煤源，且能满足火车和汽车两种运输方式。

满足以上要求，只是前提，更重要的是煤质能否满足气化设计要求。煤质是否合格、稳定直接决定煤气化装置的稳定运行。所以对拟用煤源的煤质做全面深入的分析研究。

如果拟用煤源是新开采的煤矿，这类煤矿没有历史数据作为参考，需要查阅煤矿的详勘数据能否满足气化设计指标。如果详勘指标基本满足，则要进行进一步的实地勘测。对拟采煤层进行布网式钻孔取样[5]，根据煤矿核准规模和开采计划，提前摸清未来10-20年的煤层煤质情况，为项目运行奠定原料基础。

如果拟用煤源是已经持续开采一段时间的老矿，这种情况除了查阅煤矿的详勘数据，还要关注开采时间以来的出矿煤质历史数据是否稳定，是否能够满足设计指标。除了以上，实地的勘察与布网式钻孔取样也必不可少，最大程度掌握未来可能使用煤层的关键指标，可以降低项目运行的原料风险。

3.2 生产过程的煤质管理

项目一旦建成投产，管理的重心往往集中在生产装置的运行，对原料煤的管控容易忽视。这时原料煤的管理尤为关键，如果不把好原料煤的入口关，可能导致气化装置因煤质原因全线停炉的重大损失。原料煤入厂管理容易出现的问题主要有：a没有进行入厂采样或采样数量不足，采样代表差，导致煤质波动较大。b.入厂煤炭存在以次充好、以假乱真情况。

现代煤化工往往是用煤大户，设计60 万吨∕年聚烯烃的煤化工项目，煤气化装置每天用煤量在8000吨左右，现在运煤车辆装载量约30 吨∕车，每天需要260 余辆车。如此大量运煤车辆，取样监控是一项极为困难的工作。有研究表明。在煤炭的采样、制样、化验三个环节中，如果用方差来表示误差，采样的影响占80%，制样占16%，化验占4%，故在煤质分析中，关键在于采样[6]。现在市面上的自动采样机每次采样需要2-3分钟，人工采样时间则更长，工厂往往都会选择抽样。如果对抽样没有严格按照按GB 475-2008要求，则会造成煤样代表性差，不能实际反应入厂煤质量情况，如大量不合格煤炭入厂，可能会给气化装置带来巨大的安全隐患。

不合格煤炭，除了煤炭生产环节可能造成，极端情况也会因运输环节的问题导致。气化原料煤相对电煤煤质更好，价格相对较高，往往会有一些车辆铤而走险以次充好、以假乱真获取暴利。当然也存在运输车辆管控不严，导致车辆夹带杂物进厂，例如石块、木料、金属等，这些问题在抽样、过磅环节难以发现。煤车以次充好、替换煤或夹带杂物，在入厂抽样时不易发现，只有在煤炭卸车过程能够发现。一般的做法是在卸煤环节增设视屏监控系统或设置专人专岗跟踪卸车环节，重点关注汽车运煤，这样才能守好煤炭入仓的最后一道关口，保证进煤安全。

3.3 煤炭源头的煤质管理

煤炭源头的管理是煤质管理的第一关口。结合工厂几年的实际运行情况来看，所用原料煤的煤质波动相对较大，特别是煤气化装置所要求的关键指标，如煤炭的灰分、灰熔融性、全硫、氯离子等。在工厂运行之初，因对煤质评估不够，工厂经常因煤炭质量波动导致气化炉堵渣、带水等异常，气化单炉运行周期不足20天。通过派专人前往煤矿跟踪开采、掺配、装车等环节，最终实现了煤质的基本稳定，保证了气化炉的长周期运行。经过总结，在煤矿源头控制和减少煤质波动的方法主要有：a.在开采之前对目标煤层进行多点采样，掌握煤层煤质分布情况；b.根据煤质情况对开采煤种进行破碎掺混；c.如有临时煤场，可以在临时煤场储煤时进行二次掺混；d.在装车前对临时煤堆的装车端面采样分析，如满足指标则可装车运送。

3.4 火车运输的管理

火车运输是最佳的运输方式，可以最大程度避免运输过程出现问题。如在源头管理全面妥当，确保装车煤质合格，在火车到厂卸煤时可以最大限度降低抽样的频次。如在矿发没有跟踪装车前的煤质情况，则在火车到厂卸车时，要尽量增加抽样频次，以掌握每车次的煤质情况。

3.5 汽车运输的管理

火车运输虽然方便安全，但线路有限，这时汽车运输的优势就会凸显出来。汽车运输比较灵活，线路覆盖广，可以全天时装卸车。同样因为汽车运输的灵活，也造成线路中的管控难度大。主要出现的问题主要有：a.车辆运输情况复杂，如管控不严，存在异物混入煤车的风险；b.有中途换煤的隐患；c.停车场的管理问题。

煤矿距离厂区往往距离较远，在数百公里的路程里存在管控盲区。因气化原料煤煤质较好，价格往往高于普通电煤。因利益驱使，存在运输车辆铤而走险利用低价煤替换高价煤的极端情况。针对以上问题，除了在入厂卸煤时加强监控，还需要从以下几个方面加强运输车辆的管控。一是使用固定车辆，减少车辆流动。二是在运煤车辆上加装GPS，实时监控行进路线，杜绝车辆随意更改运输路线；三是对运煤车辆加装铅封，避免车厢中途打开。通过以上措施，可以最大程度降低运输过程中的风险，保证汽车运煤的安全稳定。

因为现代煤化工的特点，用煤量大，煤种多，所以需要大量的运输车辆保证用煤安全。为保证卸车效率和安全，需要配套大型的停车场地。为避免不同煤种卸车交错，降低卸煤效率，建议停车场设计智能管理系统，对不同煤种车辆分区停靠。系统可根据库存情况、车辆排队情况自动分配过磅及卸车任务。

3.6 煤炭储存问题及对策

因现代煤化工是高耗煤企业，为保证原料供应安全，工厂一般都配套有临沭储煤设施。企业一般需要储存能够满足10天左右用量的煤保证原料安全。如遇到节假日、极端天气、道路施工等异常情况，可能需要进一步增加库存保证工厂安全、平稳运行。以60 万吨∕年的煤制烯烃项目为例，10 天的原料煤储量在8 万吨左右，如配套热电装置，10 天的煤炭储量将在10万吨以上。

企业常用的临时储煤的设施主要有开放式储煤场、半开放式储煤场（煤棚）、全封闭储煤仓（筒式、半球式）。随着国家环保政策的不断推行，煤炭生产、使用企业环保意识和环保观念也逐渐提高，现代煤化工的储煤设施已由半封闭逐步向封闭式储装方式转变[7]。因此，封闭式球型储煤场和筒形储煤仓在近年来蓬勃的发展与广泛应用。本文结合实际使用情况，重点分析封闭式筒仓的储煤问题。

筒仓储煤环保优势明显，且占地面积小，单仓储量可达3-3.5 万吨[8]。但筒仓储煤的劣势也十分明显。总结几年的运行情况，筒仓储煤主要有以下几个问题：a.长时间储存，筒仓煤炭自然风险高，处置难度大。b.因煤炭分析时间久，不合格煤进入筒仓后处置困难。

筒仓封闭性好，在夏季温度高，如果煤炭长时间在筒仓储存，筒仓中煤层厚，氧气极易在煤体中积聚，导致煤体氧化升温发生自燃[9]。所以在夏季必须要加强筒仓温度检测及可燃气体检测（CO+CH4），在筒仓出煤时要测量跟踪煤炭温度，对于筒仓可燃气体含量急剧上升和出煤温度异常偏高的情况要极为重视，要对筒仓煤温高和可燃气体含量高的筒仓提前出煤，消除自燃隐患[9]。另外在夏季，单仓储存要低库存运行，如出现仓内煤炭自燃的极端情况，可以第一时间将煤排出，避免对筒仓造成不可逆的损伤。

当然，筒仓往往都设计配备了注氮设施，但因筒仓体积大、煤炭堆积情况复杂，氮气在仓内溢散程度有限，往往很难起到抑制筒仓煤炭自燃的效果。而且，氮气溢散在筒仓底部，对抢险操作人员也是极大的安全隐患。

煤炭分析具有延迟性。气化原料煤需要了解煤的水分、灰分、灰熔点等各项参数，煤质分析需要往往需要数个小时。而运输车辆不能等待分析数据出具后才卸车进仓，一般都是煤炭进仓后才能获得相应的分析数据。如煤质分析不合格，一般无法从筒仓排出。这就需要对每批次入厂煤进行动态跟踪，详细了解每批次煤在筒仓的料位及什么时候出煤。对于不合格的煤可以小比例掺配至合格的煤中送至气化装置，这样可以控制不合格煤对气化的影响。如有条件，也可以将不合格煤送至热电装置使用，避免对气化装置产生影响。基于煤炭分析的延时性，建立了原料煤实时跟踪及异常煤质处置的工作机制，对哪些情况可以掺配使用、掺配的比例都做了具体规定。对掺配后的混煤也第一时间分析给出结果，只有这样，气化装置才能掌握使用煤的实际情况，根据具体情况及时调整操作，最大程度保证装置的安全稳定运行。

4 结语

原料煤质量稳定是现代煤化工长周期稳定运行的关键因素之一。通过不断分析研究煤炭管理的问题，通过加强煤源选择，深入煤炭源头跟踪开采、混配、装车，强化运输管控，加强入厂煤质监督及储煤配煤的管理最终实现了原料煤质的总体安全稳定。使得气化装置从开工之初的单炉运行周期不足20天，一步一步实现了40 天、60 天到100 天的长周期安全稳定运行目标。