郭彥江

（晉煤集團煤化工研究院，山西 晉城048006）

工業(yè)窯爐主要應用于陶瓷、玻璃、氧化鋁、氧化鋅提煉和化工等行業(yè)，需要消耗大量的燃料，特別是在建材行業(yè)中，其燃料費用在成本中占比最大[1]，以建材行業(yè)中玻璃產(chǎn)業(yè)為例，其產(chǎn)能為9 600 萬t/a 左右，年能源消耗量約為4 500 萬tce。工業(yè)窯爐大多以煤制氣和管道天然氣為燃料，其中以常壓固定床發(fā)生爐的煤氣作為燃料被廣泛應用于陶瓷、玻璃行業(yè)[2]。

隨著環(huán)保壓力的持續(xù)增加，固定床發(fā)生爐正在逐年淘汰，使用比例逐漸減小。地方政府要求建材行業(yè)使用天然氣，但管道天然氣存在原料成本高、用氣高峰期供應不穩(wěn)定、局部燃燒溫度高導致的煙氣中NOx排放量高等問題。因此，建材行業(yè)急需一種低成本、供應穩(wěn)定、低污染的燃氣方案，滿足現(xiàn)有建材行業(yè)對燃氣供應市場的轉(zhuǎn)型發(fā)展需求[3]。

晉煤集團與賽鼎工程有限公司合作，提出了以晉城無煙煤為原料，用碎煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)工業(yè)燃氣的方案，并對河北沙河26 億m3/a 工業(yè)燃氣項目的經(jīng)濟性進行了分析，對無煙煤制工業(yè)燃氣項目的開發(fā)具有指導意義。

1 晉城無煙煤制工業(yè)燃氣氣化技術(shù)的選擇

隨著煤氣化技術(shù)的發(fā)展與升級，原料煤種利用范圍不斷擴大，新型煤化工項目遍地開花；而國家對以無煙塊煤為主要原料的固定床間歇氣化爐實行逐年淘汰政策，造成無煙塊煤的市場開始萎縮，給無煙煤生產(chǎn)企業(yè)帶來壓力。因此，開拓無煙煤下游利用市場是無煙煤生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的問題。

1.1 碎煤加壓氣化技術(shù)是工業(yè)燃氣行業(yè)的最佳選擇

當前主流的煤氣化技術(shù)中，流化床氣化技術(shù)的市場占有率低、有效氣含量低（體積分數(shù)＜50%）、燃氣熱值低[＜6 278 kJ/m3（＜1 500 kcal/m3）]、采用干法除塵存在一定風險，僅適合小規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)，不適合給大型園區(qū)供氣[4]；氣流床氣化技術(shù)的投資高、產(chǎn)能大，不適合燃料氣市場的需求；碎煤加壓固定床氣化技術(shù)的單爐發(fā)氣量適中、投資較低，且產(chǎn)品氣中甲烷含量高、產(chǎn)品熱值高，是目前生產(chǎn)工業(yè)燃氣較好的煤氣化技術(shù)[5]。

1.2 晉城無煙煤是碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)質(zhì)原料

晉城無煙煤屬于相對年老的無煙煤，具有灰熔融性溫度高、碳含量高、揮發(fā)分低、可磨性指數(shù)低的特征，采用固定床碎煤加壓氣化技術(shù)用于工業(yè)燃氣行業(yè)，具備以下優(yōu)勢。

（1）晉城無煙煤硬度大，在運輸過程中破碎率低，價值損失小。

（2）晉城無煙煤揮發(fā)分相比其他煤種低，粗煤氣中焦油、酚等難處理有機廢物較少，采用傳統(tǒng)碎煤加壓氣化技術(shù)，可以省去部分焦油、酚分離裝置，減少投資；出氣化爐的煤氣水中幾乎不含焦油和酚等有機雜質(zhì)，廢水中氨氮和COD 質(zhì)量濃度分別在200 mg/L 和400 mg/L，廢水處理難度大幅降低，處理成本大幅下降[6]。

（3）晉城無煙煤灰熔融性溫度高，氣化爐操作溫度高于其他煤種，雖然氧耗稍高于低階煤氣化，但較高的操作溫度可以提高無煙煤的氣化效率，煤氣產(chǎn)率也是最高的，有效氣體積分數(shù)可達68%左右，冷煤氣效率高。

（4）氣化溫度的提高，可以大幅降低汽氧比，減少煤氣水的處理量；同時煤氣水中有機物的含量降低，使廢水更容易處理。

綜上所述，晉城無煙煤是碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)質(zhì)原料，根據(jù)晉城無煙煤的煤質(zhì)特征，賽鼎工程有限公司對碎煤加壓固定床氣化爐結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，如粗煤氣除塵降溫工序由激冷流程改為廢鍋流程、配套煤氣水處理系統(tǒng)的優(yōu)化設計等，充分發(fā)揮晉城無煙煤的煤種優(yōu)勢，提升晉城無煙煤碎煤加壓氣化技術(shù)的市場競爭力。

2 工業(yè)燃氣項目經(jīng)濟性分析

以河北沙河市某玻璃工業(yè)園區(qū)煤制清潔燃氣項目為例，原料煤采用晉城地區(qū)無煙煤，氣化技術(shù)采用賽鼎工程有限公司優(yōu)化后的碎煤加壓固定床氣化技術(shù)，項目年產(chǎn)26.01 億m3工業(yè)燃氣[熱值為3 619 kcal/m3（15 149 kJ/m3）]，總投資約35 億元，年營收28.1 億元，年利潤5.57 億元，年消耗無煙塊煤186.48 萬t、無煙末煤60.16 萬t[7]。

2.1 計算關(guān)系式

根據(jù)項目可行性研究報告[7]，以當?shù)靥烊粴馐蹆r作為參考，按照熱值換算關(guān)系折合出工業(yè)燃氣售價[天然氣熱值按8 500 kcal/m3（35 580 kJ/m3）計算]，結(jié)合項目總成本率以及工業(yè)燃氣產(chǎn)量，列出項目的總成本關(guān)系式，見方程式（1）。

假設項目總成本的唯一變量為到廠煤價（無煙塊煤價格），其他均歸類于固定成本（76 072 萬元），列出項目的總成本關(guān)系式，見方程式（2）。

根據(jù)方程式（1）和（2），得到方程式（3）。

根據(jù)可行性研究報告中無煙塊煤到廠含稅價格800 元/t，天然氣價格2.5 元/m3，按照方程式（3）計算出項目利潤為5.23 億元，與可行性研究報告中年平均利潤基本相吻合。因此，以下將根據(jù)方程式（3）對項目經(jīng)濟性與到廠煤價、天然氣售價的關(guān)系進行分析。

2.2 經(jīng)濟性分析

根據(jù)方程式（3）作出到廠煤價與天然氣售價的關(guān)系圖，見圖1。

圖1 到廠煤價與天然氣售價關(guān)系

由圖1 可知，要達到某一利潤值，隨著到廠煤價逐漸上升，天然氣售價上升。以目前晉煤集團無煙塊煤車板價830 元/t、晉城到沙河運費105 元/t、到廠煤價935 元/t 計算，當項目利潤為-1 億元、0、1 億元、1.5 億元、2 億元、3 億元時，對應的天然氣售價分別為2.18 元/m3、2.26 元/m3、2.34 元/m3、2.39 元/m3、2.43 元/m3、2.53 元/m3，項目盈虧平衡天然氣價約2.26 元/m3，較當?shù)靥烊粴馐蹆r低0.24 元/m3，且項目每多盈利1 億元，天然氣售價需要增加0.08 元/m3～0.1 元/m3。

以河北建材行業(yè)采購天然氣全年平均售價2.5元/m3計算，當項目利潤為-1 億元、0、1 億元、1.5 億元、2 億元、3 億元時，對應的到廠煤價分別為1 130元/t、1 077 元/t、1 023 元/t、998 元/t、970 元/t、918 元/t，盈虧到廠煤價約1 077 元/t，較晉城無煙煤到廠價高142 元/t，且項目每多盈利1 億元，到廠塊煤價需要降低45 元/t～55 元/t。

以上結(jié)果表明，利用賽鼎工程有限公司優(yōu)化后的碎煤加壓氣化技術(shù)將無煙煤制成工業(yè)燃氣，與管道天然氣相比，具備供應穩(wěn)定與成本優(yōu)勢，項目經(jīng)濟性較好。

3 結(jié) 論

3.1 晉城無煙煤是碎煤加壓氣化技術(shù)的優(yōu)質(zhì)原料，利用碎煤加壓氣化技術(shù)將晉城無煙煤制成工業(yè)燃氣，既可以滿足建材行業(yè)對燃氣供應市場轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，又能緩解無煙煤生產(chǎn)企業(yè)因固定床間歇氣化爐淘汰導致的無煙煤市場萎縮壓力。

3.2 以晉城無煙塊煤運到河北沙河的到廠價935 元/t計算，盈虧平衡天然氣價約2.26 元/m3；以沙河工業(yè)用天然氣到戶售價2.5 元/m3計算，盈虧到廠煤價約1 077 元/t，表明利用賽鼎碎煤加壓氣化技術(shù)將無煙煤制成工業(yè)燃氣，與管道天然氣相比，具備供應穩(wěn)定與成本優(yōu)勢，項目經(jīng)濟性較好。

3.3 無煙煤制工業(yè)燃氣項目的利潤每增加1 億元，需增加天然氣售價0.08 元/m3～0.1元/m3或減少到廠煤價45 元/t～55 元/t。

3.4 項目每年消耗無煙塊煤約186 萬t，能有效緩解煤礦企業(yè)無煙塊煤的銷售困境，將對開拓無煙煤制工業(yè)燃料氣市場具有重要意義。