窑街煤电集团煤质特征及煤炭市场潜力分析

张炳忠，王 越，刘立麟

(1.窑街煤电集团有限公司，甘肃 兰州 730084；2.煤炭科学技术研究院有限公司 煤化工分院；3.煤炭资源开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

我国煤炭工业布局是由煤炭资源客观赋存规律决定的，目前我国煤炭开发总体布局是“控制东部、稳定中部、发展西部”[1]。我国东部地区可供建设新井的资源少，应控制开发强度，维持现有供应能力；中部地区的开发强度偏大，应放缓开发增速，保障稳定供应；西部地区煤炭资源丰富，开发潜力大。近年来，陕西、内蒙古、新疆等地区新建大型煤矿获得核准，释放优质产能，中西部地区的煤炭市场发生深刻变化[2]。在煤炭生产布局方面，我国煤炭生产重心向晋陕蒙新等资源禀赋好、竞争力强的地区集中，新增产能主要集中在山西、陕西、内蒙古西部和新疆地区，西部地区将成为未来煤炭生产的中心。而华北、华东、华中和西南地区的煤炭产能将继续收缩[3]。

此外，《商品煤质量管理暂行办法》等一系列法律法规的出台，对商品煤流通产生了深远的影响。国内煤炭市场的发展将向质量效益型转换，产业升级和技术进步加快，必然促进高品质能源需求量的增加和能源的节约，能源生产消费结构将向着多元互补、洁净化、可持续方向发展。

甘肃省的煤炭资源丰富，主要集中在陇东地区庆阳市、平凉市及中部白银、兰州市辖区，少量分布于河西地区[4]。窑街煤电集团是甘肃省属大型煤炭企业，煤炭资源丰富，赋存条件好，分布相对集中，易于开发建设和大规模开采。窑街矿区地处兰州和西宁两个丝绸之路经济带的主要核心城市之间，经济发展后劲足，对能源需求量大。深入研究窑街煤电集团各矿的煤质特征，分析煤炭市场潜力，不仅有利于企业产品结构优化升级，而且有助于我国煤炭资源的协同利用。

1 煤质特征

窑街煤电集团有限公司现有海石湾、金河、三矿、天祝煤矿4对生产矿井，成煤时代均为中生代中侏罗世窑街组。海石湾煤矿面积6.452 7 km2，地质资源量为352.63 Mt，核定生产能力为1.80 Mt/a，选煤厂建设规模为2.40 Mt/a，采用重介旋流器选煤方式。金河煤矿面积5.90 km2，地质资源量为2 931.2万t，核定生产能力1.20 Mt/a，选煤厂设计生产能力1.50 Mt/a。窑街三矿井田面积4.68 km2，地质资源量为5 043.5万t，核定生产能力1.80 Mt/a，选煤厂生产能力为2.40 Mt/a。天祝煤矿面积5.281 8 km2，地质储量6 158.50万t，核定生产能力0.90 Mt/a，选煤厂设计生产能力1.80 Mt/a。

煤化程度和煤岩组成是决定煤炭资源工艺性质和利用性能的最主要因素[5]。我国西部地区煤岩煤质性质特殊[6，7]。窑街各矿的煤岩特征如表1所示。

由表1可知，海石湾煤的变质程度相对较高，但是煤中镜质组含量低，一方面会使煤的挥发分(Vdaf)降低，挥发分(Vdaf)在30%左右；另一方面会降低煤的黏结性，黏结指数(GR.I)仅在30左右，按照中国煤炭分类，煤种仅为弱黏煤。金河煤的煤岩特征与海石湾煤类似，煤中镜质组含量低，导致煤的挥发分(Vdaf)在33%左右，黏结指数(GR.I)仅在15左右，在中国炼焦商品煤中处于较低水平。天祝煤的变质程度最低，但是由于煤中镜质组含量高，挥发分(Vdaf)和黏结指数(GR.I)高，因而煤种为气煤。三矿为典型的不黏煤，是西部优质煤资源[8]，与神东、大同等地的不黏煤煤质相似。

表1 窑街各矿的煤岩特征

窑街各矿洗精煤的典型煤质特征如表2所示。由表2可知，海石湾煤和金河煤的全硫仅有0.10%～0.30%，灰分在5.5%左右，具有特低灰、特低硫等优良的煤质特性，挥发分低，变质程度高，是质量优良的稀缺炼焦配煤样品，是窑街煤电集团公司煤炭战略品牌。煤中有害微量元素含量低，均为特低磷煤(P-1)～低磷煤(P-2)、特低氯煤(Cl-1)、特低砷煤(As-1)～低砷煤(As-2)、特低汞煤(Hg-1)、特低氟煤(SLF)～低氟煤(LF)，显示极佳的环保属性。经过洗选之后，窑街各矿煤的提质作用明显。

表2 窑街各矿的典型煤质特征

三矿煤具有特低灰、特低硫、特高热值等优良的煤质特性，化学活性好，有害微量元素含量低，是质量优良的稀缺动力用煤和化工用煤。天祝煤的沉积环境长期处于稳定的还原环境控制下[9]，生成富氢的活性组分，而且精煤的灰分低，有利于深度化学加工和生产优质产品。天祝煤的挥发分高达44%，与镜质组和壳质组含量高有关，元素分析显示，氢含量高达5.91%，在炼焦过程中有利于增加煤气和化学品产率。

2 煤炭市场潜力分析

窑街矿区长期以来都是甘肃、青海两省区域内主力煤炭供应矿区之一，为地方社会经济的发展做出了重要贡献。近年来，随着国家去产能政策的深入和煤炭生产和消费格局的变化，窑街优质炼焦及动力煤必将更受市场欢迎。

2.1 海石湾和金河煤——国内稀缺的特低硫炼焦配煤

近年来，我国炼焦精煤的灰分和硫分不断升高，尤其是肥精煤和焦精煤[10-11]。西北地区炼焦用煤比较短缺，乌海矿区虽然是西北主要的炼焦煤基地，但煤的灰分和硫分都较高。内蒙古乌海地区典型炼焦煤的煤质特征如表3所示。乌海煤的镜质体反射率与海石湾煤、金河煤相近，但是硫含量极高，配加海石湾精煤后，可以显著改善配合煤质量。因而海石湾煤用作配煤炼焦具备较大优势。

表3 内蒙古乌海地区炼焦煤的典型煤质特征

内蒙古西部地区以及陕西、山西等地焦化企业使用的肥煤、焦煤灰分和硫分普遍较高。海石湾煤和金河煤作为国内稀缺的特低灰、特低硫的炼焦配煤，可以显著降低配合煤的灰分和硫分。

海石湾和金河的精煤产品作为炼焦配煤已经享有很高的知名度和声誉，精煤产品主要销售给国内大型焦化厂或者高硫焦煤生产企业。矿区有铁路专用线和国铁相接，铁路运输方便，可以方便到达国内主要焦化厂。海石湾和金河精煤的销售网络如图1所示。

图1 海石湾和金河精煤的销售网络

我国焦化行业的环保压力较大，焦煤产量受限，炼焦煤价格一直在高位运行，焦煤市场整体看好，特别是低硫焦煤市场前景非常看好。海石湾和金河稀缺的特低硫精煤必将助力我国焦化行业的降本增效。

2.2 三矿——西部地区优质环保煤

窑街三矿具有低灰、特低硫和高热值的优点，有害微量元素含量低，是优质的动力用煤(水泥厂和火力发电)、化工用煤及民用煤。目前窑街三矿的商品煤产品主要有大块(大于50 mm)、中块(25～50 mm)和混煤(小于50 mm)。

三矿生产的优质精选大块和中块煤大部分销往青海民和、循化、华隆、玉树和乐都农村取暖民用，少部分销往甘肃永靖、兰州红古、永登连城北山地区。但是我国东部华北平原地区以及关中平原地区均对民用散煤做出相应的限制，类似窑街三矿的高挥发分烟煤已经不能被用作民用煤。随着国家环保政策的进一步落实以及地方政府法规的出台，窑街三矿煤用作民用煤也存在一定的政策风险。

窑街三矿的混煤产品主要供应甘肃、青海各大电厂和水泥建材企业，销售网络如图2所示。

图2 窑街三矿混煤的销售网络

窑街三矿周边典型动力煤矿区的煤质特征如表4所示。与靖远、热水、宁东和宁南矿区相比，三矿煤主要的优势为：① 区位优势，三矿地处兰州和西宁中间，距离上述电厂、水泥厂较近，附近经济基础好，人口多，并且铁路运输方便；② 煤质优势，窑街三矿煤的灰分低，可选性好，经过简单排矸即可产出优质动力煤，并且硫分(St，d)不大于0.3%，为超低硫煤。这些煤质本身优势也是周边矿区不可比拟的。

表4 窑街周边矿区典型煤质特征

2.3 天祝煤——极具潜力的稀缺高油气煤

天祝煤是优质的液化用煤品种。煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院利用0.1 t/d实验装置，对中国适宜液化的煤种进行液化特性评价实验，天祝煤是15种工业化液化项目的候选煤种之一。反应温度为450 ℃，反应压力为25 MPa，天祝煤的转化率可达96.17%，油产率(正己烷萃取)高达69.62%[12]。

天祝煤的焦油产率极高，说明该煤极易转化为液态产品，非常有利于以中低温热解为龙头的煤炭分质利用。低温热解的煤气热值高达30.42 MJ/m3，焦油中轻质组分多。天祝煤灰中铝含量低，中低温热解半焦的电阻大，有利于降低铁合金和电耗成本。

2.4 窑街煤用作活性炭用煤的潜力分析

煤基活性炭是以特定的煤种或配煤为原料，主要经炭化及活化而制成的一种具有发达孔隙结构、良好化学稳定性和机械强度的高附加值环保产品。煤基活性炭因其原料来源广泛、易再生、抗磨损、流体阻力小，被广泛应用于水处理，溶剂回收，糖精、味精、药剂、油脂等的脱色净化，气体分离及气体净化等各个领域[13]。目前活性炭在净水中的应用十分广泛。发达国家的饮用水、城市生活废水、工业废水基本上都采用包括活性炭处理在内的三级净化，在美国、日本上水净化活性炭吸附设施非常普遍；发达国家用于水处理的活性炭约占活性炭总用量的40%～50%，美国每年用于水处理的活性炭占美国活性炭生产总量的45%以上[14]。我国北京、上海、杭州、无锡等城市的水处理领域普遍使用活性炭进行净化，未来活性炭在我国水处理领域将获得跨越式发展。

烟气脱硫脱硝净化专用活性焦于20世纪60年代开始工业化应用。近年来，活性焦干法烟气脱硫脱硝技术作为一种新型、高效的烟气净化技术，在国内钢铁烧结、有色金属冶炼、燃煤烟气、焦化烟气等行业大范围推广，取得了很好的净化效果，活性焦产品需求量急剧增加[15]。未来，焦化和石化领域对烟气脱硫脱硝净化专用活性焦需求量将不断扩大。

我国是世界上最大的煤基活性炭生产国，煤基活性炭产率占我国活性炭总产量的70%以上，是我国主要活性炭品种。我国煤基活性炭生产原料煤主要分布在山西大同和宁夏银川等几个主要优质煤产区，产量占全国活性炭产量的90%左右，主要产品为脱硫脱硝活性焦和水处理深度净化活性炭。

宁夏回族自治区活性炭的生产主要集中在宁夏北部，主要以太西无烟煤为原料，采用物理活化法，生产柱状活性炭，产品主要用于气体净化和水净化。山西大同的活性炭厂家以优质的大同侏罗纪烟煤为原料，采用物理活化法，生产原煤破碎活性炭、压块破碎活性炭和粉状活性炭等，产品主要用于水处理和各种液体净化等。大同侏罗纪烟煤的反应活性好，孔隙易于发育成熟，是生产活性炭的优质原料。

金河矿和三矿煤的变质程度接近，并且与我国活性炭行业广泛使用的大同侏罗纪煤的煤质极为接近，均为低灰低硫的弱粘煤，是制备煤质活性炭(活性焦)较适合的原料煤。用单一煤种生产活性炭，其孔结构及吸附性能各有特点和缺点，应用领域受到限制。采用特殊生产工艺，可以改善单一煤种生产活性炭的孔结构，进一步提高活性炭吸附性能，但会增加活性炭的生产成本。采用配煤生产技术，可以在不大幅度增加活性炭生产成本的前提下，在一定范围内改变活性炭的孔结构，改善提高活性炭的吸附性能，从而扩大活性炭的应用领域。金河精煤具有一定的黏结性，还可以减少一定的黏合剂的用量，与三矿煤发挥协同利用的效果。因而窑街煤用作活性炭极具潜力。

3 结 语

对窑街煤电集团海石湾、金河、三矿和天祝煤矿的煤质特征及煤炭市场潜力进行分析，主要研究结论如下：

(1)窑街煤均具有特低灰～低灰、特低硫～低硫等优良的煤质特性，有害微量元素含量低，显示极佳的环保属性。

(2)海石湾煤和金河煤作为国内稀缺的特低灰、特低硫的炼焦配煤，可以显著降低配合煤的灰分和硫分，变质程度高，可以显著改善配合煤质量。

(3)金河煤和三矿煤的煤质优良，两种煤协同利用制备活性炭极具潜力。

(4)天祝煤是极具潜力的稀缺高油气煤，非常有利于以中低温热解为龙头的煤炭分质利用。