配煤新技术提高煤化工经济效益的研究与应用

文/王宁宁

（责任编辑：庞永厚）

中天合创能源有限责任公司具有国内已建成的最大规模的煤制烯烃装置，生产主要流程为：原料煤→合成气→甲醇→烯烃。中天合创煤化工项目下辖葫芦素煤矿、门克庆煤矿和一座化工厂。化工厂煤炭供应配套矿井为葫芦素煤矿，该矿位于鄂尔多斯市呼吉尔特矿区。葫芦素煤矿根据回采实际揭露与井田地质报告有着很大出入，初期开采的2-1煤实际赋存条件差，各综采面连续揭露断层，造成煤炭灰分居高不下，供煤煤质不达标，直接影响产气量和产气率，进而影响甲醇及烯烃产量，造成经济效益下降。中天合创能源公司针对煤制烯烃气化装置所需原料煤的灰分对甲醇产量、用煤单耗及经济效益的影响进行分析，并提出解决方案，以期为新建煤化工一体化项目供配煤设计提供参考和借鉴。

一、配套矿井概况及向化工厂供煤情况

1.井田地理位置、设计生产能力及服务年限

葫芦素煤矿行政区划隶属鄂尔多斯市乌审旗图克镇管辖，矿井设计生产能力8.0Mt/年，服务年限145年，配备同等能力选煤厂。井田南北走向长约7.4km，东西倾斜宽约13.0km，面积为92.761km2。

2.矿井生产建设情况

矿井采用立井多水平开拓方式，场地内布置主立井、副立井和中央回风立井，在工业场地西布置西翼回风立井。矿井初期采掘工作面布置在一水平2-1煤层一盘区（东翼）和二盘区（西翼），在井底车场东西两翼沿2-1煤层布置东西两翼带式输送机大巷、辅助运输大巷和回风大巷。

3.采区及工作面情况

东翼一盘区首采面为21102工作面，该工作面位于葫芦素井田2-1煤一盘区西侧，工作面长度320m，推进长度4150m。工作面采深626.17～647.91m。煤层倾角为1°～3°，回采面积为132.79万m2，煤层平均厚度为2.55m。

西翼二盘区首采面为21204工作面，该工作面位于葫芦素井田2-1煤二盘区中部，工作面长度为320m，推进长度为4260m。工作面顶板标高+665～+678m。煤层倾角为-3°～+3°，回采面积为136.23万m2，煤层平均厚度为2.73m。

两个综采面均采用“三巷布置”方式，辅运顺槽承担进风、运料和行人任务；主运顺槽承担运煤、进风任务，回风顺槽承担回风任务；采用走向长壁采煤法，一次采全高综合机械化采煤工艺，全部垮落法处理采空区顶板。

4.向化工厂供煤情况

葫芦素矿井为化工厂煤炭供应配套矿井，矿井和化工厂区通过输煤栈桥连接供煤。矿井配套选煤厂，产品主要为分选出来的精煤和混煤。精煤和混煤分别由带式输送机运至精煤仓和混煤仓储存，两仓内产品利用仓下可逆式带式输送机，按一定的精、混煤给量比例掺配成原料煤后，通过输煤栈桥运往化工厂 。

二、煤矿生产及煤质现状

葫芦素煤矿地质条件复杂，各综采面连续揭露断层、冲刷带，原煤、产品煤灰分居高不下。一盘区21102工作面在顺槽掘进和回采过程中揭露断层11条，落差1.4m至3m不等，均为正断层。其中，在距停采线3903m处揭露冲刷带，延伸长度约770m，冲刷带内的岩性为中粗砂岩，岩石坚硬，断面大，采煤机无法强行割煤通过。经研究决定采取放震动炮的方法通过冲刷带，造成大量矸石混入原煤。接续该工作面的21103工作面主运顺槽在掘进期间揭露6条正断层，落差1.5m至5.4m不等，且背斜、冲刷带发育，煤质情况不容乐观。

二盘区21204工作面主运顺槽及主回风巷在掘进期间揭露9条断层。其中，F12断层在揭露点落差达23m，横贯整个工作面，直接导致了该面回撤通道位置的改变。该工作面实际在回采过程中陆续揭露的F29、F28断层影响较大，落差分别为9.5m和4.5m，基本与工作面垂直，分别在面内延伸约100m和600m。接续该工作面的21205工作面经过前期地质勘探及顺槽掘进揭露，发现6条正断层，落差大于5m的断层有2条，对煤质灰分影响较大。

就已打开的葫芦素煤矿一盘区、二盘区各工作面来看，已揭露和发现断层46条。下一步开采的四盘区，通过勘探发现较大断层36条。葫芦素井田2-1煤整体地质赋存条件差，断层、冲刷带等构造发育，原煤质量较差，灰分最高达到36.2%。尽管已采取提升原煤分级筛筛分率、跳采、煤矸分离等办法，但煤质仍无法保证。由于葫芦素煤矿原煤灰分高、煤质差，造成洗选性较差，精煤产量少，混煤煤质差，掺配成原料煤时灰分不达标，供煤煤质无法保证。

三、供煤煤质对甲醇产量及经济效益的影响分析

1.原料煤灰分对甲醇产量及单耗的影响

水煤浆气化装置在同样反应条件下，灰分每增加1%，氧耗将增大0.75%、煤耗增大1.4%；灰分越高，产气率越低，煤耗、氧耗越高。中天合创气化装置设计保证系统运行的原料煤灰分为10%左右，此煤种时负荷率达到100%。采用灰分为10%左右的气化原料煤，在100%负荷生产的情况下，每小时用煤683t，生产471.4tMTO甲醇，单耗为1.45t/t。在不增加负荷的情况下，灰分每增加1%，甲醇煤耗增加到1.47t/t，每小时甲醇产量降为464.63t，产量损失6.77t，减幅为1.44%，单耗增加0.02t/t。

2.原料煤灰分对经济效益的影响

中天合创气化装置正常满负荷运行时，灰分变化直接表现为甲醇产量的变化。在进料量恒定时，灰分越高，产气量越低。经测算，灰分每增加1%，吨煤产甲醇减少0.0097吨。以2017年甲醇价格2000元/吨计算，吨煤经济效益损失为2000×0.0097=19.4元/吨。

考虑煤质降低，产品煤售价也发生变化。以2017年本地坑口价为例，灰分每发生1%的变化，煤价约有8.8元的变动。具体反映到精、混煤掺配成气化原料煤后，价、灰差比变化约在9左右。从实际精、混煤掺配为商品煤售价来看，灰分升高1%，煤价基本下降9元左右。

综上所述，在气化装置满负荷运行时，灰分每增加1%，吨煤产出收益变化为9-19.4=-10.4元。即与设计灰分比较，灰分升高1%，吨煤产出效益减少约10元。若原料煤灰分从设计值10%增加到13%，吨煤产出效益将降低到30元，仅甲醇产出下降年损失就会有30（元）×600（万吨）=1.8亿元。因而，原料煤灰分变化对煤质烯烃项目经济效益影响巨大。

四、存在的主要问题

受制于葫芦素煤矿煤质限制，配煤时，如按需求量将精、混煤掺配成原料煤供应时，则煤质灰分超标，甲醇产率低，经济效益下降；如按原料煤10%设计灰分掺配时，则精煤量不够，原料煤供应量不足，混煤大量剩余。

在前期实际生产中，只能通过调运门克庆煤矿煤炭或外购煤炭，汽运至化工厂，勉强维持生产。而汽车拉运能力小、成本高，化工储煤场倒运空间小，储量有限，且无法进行掺配，只解决了燃眉之急，原料煤灰分还是达不到设计要求，煤质和供煤量无法得到可靠保证，问题没有得到有效解决。以上情况，造成化工气化装置生产效率低和吨煤甲醇产率低，直接造成经济效益下降。同时，由于煤源不稳定，一旦气化炉供煤中断，将会造成严重的经济损失，保持化工厂稳定供煤也是亟待解决的问题。

五、解决方案

葫芦素煤矿地质条件现状及洗选设施、工艺相对固定，今后一段时间内煤质难有较大的提升空间。对此，经研究决定，通过采取外部干预手段，调运外部精煤进行配煤，保证气化原料煤煤质，补充供煤缺口。此方案是最经济合理的方案。即充分利用现有输煤栈桥，设计建设葫芦素矿井选煤厂外来煤储运系统，作为化工厂外部煤源的补充。在原有掺配供煤的基础上，通过汽运门克庆煤矿精煤至外来煤储运系统，掺配葫芦素煤矿多余的低热值混煤，保证化工原料煤灰分10%的煤质要求和1.7万吨/天的稳定供煤量，提高气化装置效率和吨煤甲醇产率，进而保障煤制烯烃装置稳定、可靠运行，提高经济效益。

1.具体思路

在葫芦素煤矿西侧建设外来煤储运场，采用刮板输送机+带式输送机的方案。即在储运场地面开槽，槽内安装一条变频刮板输送机，上部安装钢篦子，在外来煤带式输送机地道W1号转载点搭接安装皮带秤的带式输送机，并通过半埋式栈桥在W2号转载点搭接到葫芦素煤矿至化工输煤栈桥带式输送机。配煤时，首先根据化工原料煤需求量缺口和门克庆煤矿精煤及葫芦素煤矿混煤灰分、发热量等指标情况，计算配煤所需精煤、混煤量，然后通过汽车从门克庆煤矿拉运精煤，在场外地磅房过磅后运至储运场，配合装载机推卸至钢篦子上落入槽内刮板输送机，保证入料均匀稳定，刮板机司机通过操控刮板运行速度控制给煤量，经带式输送机转载后在W2号转载点落至输煤栈桥带式输送机上。同时，葫芦素煤矿混煤仓下带式输送机运转，将混煤输送至输煤栈桥带式输送机上，在W2号转载点与外来精煤进行汇流掺配。葫芦素煤矿混煤与门克庆煤矿精煤通过控制给煤量，按一定的精、混煤比例汇入输煤栈桥带式输送机，经输煤栈桥1号转载点、2号转载点、3号转载点充分混合掺配后，输送至化工厂。

表1 外来煤储运系统工艺设备选型明细表

2.主要生产系统及场地、设备参数

本系统设计能力满足最大1.5万吨/天的输煤量。生产系统主要包括封闭式储运场、地磅、值班室、变频刮板输送机、W1号转载点、配电室、带式输送机、W2号转载点。

封闭式储运场平面尺寸为84.0m×57.0m，采用钢结构设计，屋面为拱形钢网架。储运场地面为混凝土地面，容量约7700t，场内配装载机，用于辅助作业。刮板输送机有效落料区长25m，可满足4台车辆同时卸车。

变频刮板输送机输送能力为1600t/h，槽宽1.2m，浅埋式布置，电机功率2×200kW，头尾变频调速驱动，尾部液压拉紧。

带式输送机带宽B=1400mm，额定运量Q=1600t/h，带速3.15m/s，电机功率110kW，采用电动机+限矩型液力耦合器+减速器驱动。

转载点为钢筋混凝土框架结构，条形基础。地面以上墙体为加气混凝土砌块。

该系统主要工艺设备为变频刮板输送机、带式输送机。系统设计简单，技术成熟先进，工艺简洁灵活，设备流程少，故障率小，建设周期短，投资少，后期运行维护成本低。具体设备选型见表1。

六、结语

通过建设葫芦素矿井选煤厂外来煤储运系统，实现对中天合创化工厂供煤煤质进行外部干涉调整，有效规避了葫芦素煤矿因地质条件原因造成煤质差、精煤产量少、混煤大量剩余的问题，保证了化工气化原料煤灰分10%的用煤指标和气化装置的满负荷、高效率运行，吨煤甲醇产量基本达到最高值，经济效益提升显著。同时，消耗了大部分葫芦素煤矿剩余低热值混煤，弥补了原料煤的供煤缺口，保证了化工煤源的稳定供应和煤制烯烃装置的正常生产运行。