准格尔地区煤炭资源特性与配煤试验研究

马克富，张 博

(1.煤炭科学技术研究院有限公司 煤炭检测中心，北京 100013;2.国家煤炭质量检验检测中心，北京 100013)

0 引 言

准格尔地区地处内蒙古自治区西南部、鄂尔多斯市东部，全区总面积达7 692 km2。该地区煤炭资源丰富，含煤总面积占全区总面积的80%以上，主要分布在东部的准格尔煤田和南部的东胜煤田[1-3]。准格尔地区东部的准格尔煤田，其成煤年代属石炭二叠纪[4-5];本区主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，区内含煤11层，煤层总厚平均30.50 m，煤系地层总厚151 m，含煤系数为20%。准格尔地区南部的东胜煤田，其成煤年代属早-中侏罗纪[6];本区主要含煤地层为早-中侏罗世延安组，含5个煤组，可采煤层总厚一般在16 m～20 m，由北向南有增厚的趋势。

准格尔地区东部、南部两大煤田的成煤年代、赋存条件、煤质条件等差异较大，相互之间具有优势互补的空间。但准格尔地区煤炭资源长久以来主要以单一煤种使用，存在优质煤灰熔融性温度低、部分矿区煤质欠佳等实际问题，限制了其有效综合利用的空间。

为全面掌控准格尔地区的煤炭资源特性，充分发挥南部和东部煤炭资源的优势互补，消除由于煤炭销售品种单一而制约经济发展的难题，故而开展对准格尔地区煤炭资源特性与配煤试验研究，以期为准格尔地区拓宽煤炭产品综合利用空间提供数据支撑。

1 煤样来源与检测指标

以准格尔地区代表性煤矿产出的主要煤炭品种作为煤质分析对象，即依据商品煤样人工采样方法及煤样制备方法，对准格尔地区西部、中部、南部及东部各煤矿具有代表性的39个煤炭样品进行采取与制备，并依据相应现行国家标准对采取样本进行常规指标(灰分、全硫、发热量等)、有害微量元素指标(氟、氯、砷、汞等)、煤灰成分指标、可磨性指数和煤灰熔融性等锅炉燃煤与排渣相关指标的检测。

煤样来源分布信息汇总见表1。

表1 煤样来源分布信息汇总

2 全区煤炭资源特性及南部与东部煤质对比

2.1 准格尔地区整体煤炭资源特性

准格尔地区的煤质常规指标、有害微量元素指标与碱金属含量、煤灰成分和锅炉燃煤与排渣相关指标分别见表2、表3与表4，由此分析准格尔地区整体煤炭资源特性。

从表2～表4可看出:准格尔地区煤炭的灰分、全硫、发热量平均值分别为13.86%、0.51%、21.73 MJ/kg，按煤炭质量分级标准划分，属低灰、低硫、中高发热量煤种;准格尔地区煤中氟、氯、砷、汞、磷、碱金属的含量均较低，其平均值明显低于《商品煤质量管理暂行办法》的限值要求，满足在中国境内远距离(运距超过600 km)运输销售条件;在其煤灰成分组成中，三氧化二铝的含量分布范围较宽，为9.41%～54.65%，平均值为26.62%，从而表现出煤灰熔融性软化温度也具有较宽的分布范围，从1 120 ℃至大于1 500 ℃均有分布。

表2 准格尔地区煤质常规指标

表3 准格尔地区煤中有害微量元素指标与碱金属含量

表4 准格尔地区煤灰成分和锅炉燃煤与排渣相关指标

结合煤粉锅炉、煤化工等相关用煤技术条件标准[7-9]，综合得出准格尔地区商品煤整体具有低灰、低硫、低有害微量元素、中高发热量的优良煤质特性，适宜作为动力用煤与化工用煤。

2.2 准格尔南部与东部地区煤质特性对比

准格尔南部、东部地区煤质特征分布见表5，由此可比对两区的煤质特性。

表5 准格尔南部、东部地区煤质特征分布

由表5可看出:

(1)准格尔南部地区煤炭的灰分、全硫、氟的含量都非常低，平均值分别为8.49%、0.24%、97 μg/g。按煤炭质量分级标准划分，属特低灰、特低硫、低氟煤种，同时具有高发热量特点，平均值为23.26 MJ/kg，煤质条件较好，是优质发电、喷吹、配煤等用煤资源。但煤灰熔融性软化温度较低，平均值为1 186 ℃，最大值仅为1 270 ℃，属较低软化温度灰，在一定程度上降低了其综合利用空间。

(2)准格尔东部地区煤炭的灰分较高、发热量中等，分别为22.04%、20.72 MJ/kg。煤灰组成中的三氧化二铝含量较高，均值高达43.98%，从而表现出具有较高的煤灰熔融性温度，软化温度基本均高于1 500 ℃，并具有一定的粉煤灰提取氧化铝价值[10-12]。该地区煤的氟含量较高，根据煤矿样品分析统计，64%的样品中氟含量高于《商品煤质量管理暂行办法》规定的氟含量200 μg/g限值。

由以上各地区煤质特征分布表明，准格尔南部地区煤质条件较好，但表现出煤灰熔融性温度较低;东部地区煤质条件相对较差，但具有高煤灰熔融性温度特点。准格尔南部、东部地区的商品煤呈现出互补优势，因此以下分别选取来自该2个地区的样品进行配煤试验研究，进一步扩大煤炭综合利用空间。

3 配煤试验与结果分析

3.1 配煤试验方法

配煤试验方法及流程如下:

(1)依据煤样制备标准方法将配煤原料煤制备成粒度小于3 mm的煤炭样品;

(2)将煤炭样品置于室内晾置，至空气干燥状态;

(3)按照70%:30%的配比进行实验室配煤;

(4)将配煤产品混匀制备成小于0.2 mm的分析样品，并对煤灰熔融性等指标进行检测。

3.2 配煤结果与分析

试验选定准格尔南部与东部地区煤样配比为7∶3，其配煤试验结果见表6。

表6 准格尔南部与东部地区煤样的配煤试验结果

由表6可看出，准格尔南部地区煤样与东部地区煤样以7∶3的配比混配后，配煤产品的灰分、全硫、发热量、有害微量元素等煤质指标基本保持南部地区优质煤种的煤质特性，发热量降低较少。配煤产品灰中的氧化铝Al2O3的含量有较大提升，由14.84%提高为31.88%，灰熔融性软化温度由1 140 ℃提升至1 400 ℃。表明，南部地区低灰熔融性温度煤配入少量东部地区高灰熔融性温度煤(ST>1 500 ℃)，就可得到较高灰熔融性温度的配煤产品，原因在于煤灰中的Al2O3在煤灰熔融过程中起到关键的骨架作用，Al2O3含量的增加可大幅度提高煤灰熔融性温度[13-15]。

通过对准格尔南部地区与东部地区煤炭的混配，配煤产品品质优良，煤灰熔融性温度大幅提升，基本实现了准格尔地区内部煤炭资源的优势互补，使原应用于液态排渣锅炉的优质煤可拓宽应用至固态排渣锅炉，进一步提升了综合利用空间，同时也为准格尔地区的石炭二叠纪煤配成低灰熔融性燃煤并应用于液态排渣气化床煤粉锅炉提供了试验基础。

4 结 论

(1)准格尔地区煤炭资源整体具有低灰、低硫、低有害微量元素、中高发热量的优良煤质特性。南部地区煤炭属特低灰、高热值煤种，煤质条件较好;东部地区煤质相对较差，但煤灰中三氧化二铝的含量较高，均值达到43.98%，具有较高煤灰熔融性温度，软化温度(ST)基本都在1 500 ℃以上。

(2)准格尔地区煤炭资源整体适宜作为动力用煤与化工用煤，南部地区煤炭品质优良，是优质的发电、喷吹、配煤等用煤资源，东部地区煤炭具有一定的粉煤灰提取氧化铝价值，同时也是良好的配煤资源。

(3)准格尔南部地区煤样与东部地区煤样以70%:30%的配比混配后，配煤产品的灰分、全硫、发热量、有害微量元素等煤质指标基本保持南部地区优质煤种的煤质特性，发热量降幅较少。

(4)准格尔南部地区低灰熔融性温度煤配入少量东部地区高灰熔融性温度煤(ST>1 500 ℃)，即可得到较高灰熔融性温度的配煤产品，进一步拓宽了综合利用空间。