芨芨湖西井田煤灰中Na2O 的賦存影響因素分析

周梁源，丁建礎(chǔ)

（1.江蘇中建工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 連云港 222000；2.新疆龍宇準(zhǔn)東煤化工有限責(zé)任公司，新疆 奇臺(tái) 831800）

0 引言

新疆準(zhǔn)東煤田煤炭?jī)?chǔ)量達(dá)3000 多億t，隨著西部開(kāi)發(fā)步伐的加快，一些煤制天然氣項(xiàng)目和發(fā)電項(xiàng)目落戶準(zhǔn)東。準(zhǔn)東煤田的煤具有低灰、低硫、高發(fā)熱量，較好的反應(yīng)活性，是良好的氣化和動(dòng)力用煤。但煤灰中堿金屬高達(dá)50%以上，特別是煤灰中Na2O＞4%，屬于高鈉煤，單獨(dú)用準(zhǔn)東煤做電廠的燃料，鍋爐的換熱器產(chǎn)生嚴(yán)重的沾污，目前只有通過(guò)配煤進(jìn)行解決；用于碎煤加壓氣化是導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)夾套腐蝕的主要原因之一。

近年來(lái)，廣大科技工作者在針對(duì)準(zhǔn)東高鈉煤在鍋爐中的沾污及預(yù)防措施方面發(fā)表了一些文章，在研究煤中的存在形態(tài)方面也有不少報(bào)道，在脫鈉方面也做了大量的工作，但目前為止，尚未見(jiàn)到研究煤中鈉與煤的內(nèi)水和灰分及地質(zhì)條件對(duì)煤中鈉的影響的分析研究文獻(xiàn)和報(bào)道。

芨芨湖西井田是新疆準(zhǔn)東煤田的其中一部分，煤炭?jī)?chǔ)量60 億t，擬建1500 萬(wàn)t/a 的礦井，是新疆龍宇準(zhǔn)東煤化工有限責(zé)任公司40 億m3/a 煤制天然氣的配套礦井，煤制天然氣的氣化采用碎煤加壓氣化與水煤漿氣化工藝組合，項(xiàng)目配套有自備熱電廠。從岌岌湖西井田提交的地質(zhì)報(bào)告看，煤灰中的Na2O 含量＞4%，對(duì)今后碎煤加壓氣化爐、水煤漿爐及燃煤鍋爐的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)新疆奇臺(tái)縣芨芨湖西井田勘探報(bào)告提交的資料，研究煤中Na2O 的影響因素，對(duì)指導(dǎo)準(zhǔn)東煤的利用有著十分重要的意義。

1 地質(zhì)概況

芨芨湖西井田位于新疆奇臺(tái)縣城北東57 km，井田地處準(zhǔn)噶爾盆地東緣，井田北臨西黑山勘探區(qū)、井田西臨黑梭井勘探區(qū)、東接紅沙泉勘探區(qū)。區(qū)域一帶出露的地層主要有：古生界的石炭系、二迭系，中生界的三迭系、侏羅系，新生界的第三系、第四系。古生界地層構(gòu)成中生界地層的基底。井田內(nèi)地層自上而下為第四系、第三系上新統(tǒng)獨(dú)山子組、侏羅系中—上統(tǒng)石樹(shù)溝群，中統(tǒng)西山窯組，下統(tǒng)三工河組、下統(tǒng)八道灣組、三迭系中—上統(tǒng)小泉溝群、下統(tǒng)上倉(cāng)房溝群。

2 煤質(zhì)特征

芨芨湖西井田煤層層數(shù)多，可采、局部可采煤層多達(dá)10 層，西山窯組可采煤層10 層，從上至下編號(hào)為B6、B5、B4′、B4、B3′、B3、B2、B1、B1′、B0。

西山窯組可采煤層的煤是特低—低灰、特低硫、特低-中磷、31 號(hào)不粘煤為主體的煤類，有零星41 號(hào)長(zhǎng)焰煤。具有高熱值、含油、氣化指標(biāo)較好，是良好的工業(yè)動(dòng)力發(fā)電、民用煤，也可作為氣化用煤和化工用煤。

3 煤灰中Na2O 的賦存因素研究

3.1 煤層埋藏深度的影響

將新疆準(zhǔn)東煤田奇臺(tái)縣芨芨湖西井田勘探報(bào)告的關(guān)于煤層厚度、埋藏深度、內(nèi)水、灰分的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總見(jiàn)表1。

表1 煤層厚度及埋藏深度與煤灰數(shù)據(jù)Table 1 Coal seam thickness and burial depth in coal ash

煤層埋藏深度與煤灰中Na2O 含量關(guān)系如圖1所示。

圖1 煤層埋藏深度與煤灰中Na2O 含量關(guān)系Fig.1 Relationship between coal seam burial depth and Na2O content in coal ash

由圖1 可知，煤灰中Na2O 含量隨著埋藏深度有增加的趨勢(shì)。

3.2 煤層厚度的影響

煤層厚度與煤灰中Na2O 含量關(guān)系如圖2 所示。

圖2 煤層厚度與煤灰中Na2O 含量關(guān)系Fig.2 Relationship between coal seam thickness and Na2O content in coal ash

由圖2 可知，當(dāng)煤層厚度＜10 m，煤層厚度越小Na2O 含量越高，煤層厚度＞10 m 時(shí)，煤層厚度越厚Na2O 含量越高。

3.3 煤層內(nèi)水含量的影響

煤Mad 與煤灰中Na2O 關(guān)系如圖3 所示。

圖3 奇臺(tái)岌岌湖井田煤Mad 與煤灰中Na2O 關(guān)系Fig.3 Relationship between Mad and Na2O in coal ash in Qitai Kejihu coalfield

由圖3 可得，煤的內(nèi)水含量越高，煤灰中Na2O 含量越大，煤的內(nèi)水含量和煤灰中Na2O 含量總體成正相關(guān)趨勢(shì)。準(zhǔn)東煤中的鈉以可溶性無(wú)機(jī)鹽存在于煤的空隙中，與目前發(fā)表的煤中鈉的賦存形式一致。

3.4 煤層灰分含量的影響

煤（Ad） 與煤灰中Na2O 關(guān)系如圖4 所示。

圖4 煤（Ad） 與煤灰中Na2O 關(guān)系Fig.4 Relationship between coal(Ad)and Na2O in coal ash

由圖4 可得，煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O含量成正反比關(guān)系，灰分低越高煤灰中Na2O 含量越高。根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，建立線性回歸方程為：Na2O%=5.282-0.220 Ad，R2=0.92。

線性回歸方程相關(guān)度較高。原因是成煤時(shí)期，環(huán)境中鈉鹽分布的豐度一樣，由于煤中的礦物質(zhì)分布不均衡和凝聚作用，形成灰分低的鈉含量高。

3.5 煤巖組分對(duì)煤灰中Na2O 的影響

芨芨湖井田的煤巖組分與煤灰中Na2O 成分見(jiàn)表2。

表2 芨芨湖井田煤巖組分與煤灰中Na2O 成分Table 2 Coal composition and Na2O in coal ash in Jijihu Mine Field

3.5.1 惰質(zhì)組對(duì)煤灰中Na2O 含量的影響

實(shí)驗(yàn)中惰質(zhì)組分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系如圖5 所示。

圖5 惰質(zhì)組分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系Fig.5 Relationship between inert group and Na2O content in coal ash

由圖5 可知，惰質(zhì)組對(duì)煤灰中Na2O 含量的關(guān)系不太明顯。

3.5.2 鏡質(zhì)組對(duì)煤灰中Na2O 含量的影響

鏡質(zhì)組對(duì)煤灰中Na2O 含量的關(guān)系如圖6 所示。

圖6 鏡質(zhì)組分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系Fig.6 Relationship between vitrinite and Na2O content in coal ash

由圖6 可得，總體呈鏡質(zhì)組越高煤灰中Na2O含量越高的趨勢(shì)。

3.5.3 礦物基含量對(duì)煤灰中Na2O 的影響

礦物基和煤灰中Na2O 含量的關(guān)系如圖7 所示。

圖7 礦物基和煤灰中Na2O 含量的關(guān)系Fig.7 Relationship between mineral base and Na2O content in coal ash

由圖7 可得，礦物基的含量越高，煤灰中的Na2O 含量越低，呈明顯的線性關(guān)系。

線性回歸方程為：Y=-0.3097X+6.3473，R2=0.9056（Y 為Na2O%，X 為礦物基%）。

3.6 煤灰成分對(duì)煤灰中Na2O 的影響

3.6.1 煤灰中酸性成分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系

煤灰中酸性成分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系如圖8 所示。

圖8 煤灰中酸性成分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系Fig.8 Relationship between acid components of coal ash and Na2O content in coal ash

由圖8 可得，煤灰中酸性成分越低煤灰中Na2O 含量越高，這表明了與沉積環(huán)境關(guān)系密切。

3.6.2 煤灰中堿性成分與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系

煤炭中堿性成分與煤炭中Na2O 含量的關(guān)系如圖9 所示。

圖9 煤灰中堿性成分與煤灰中Na2O 含量關(guān)系Fig.9 Relationship between basic components in coal ash and Na2O content in coal ash

由圖9 可得，煤灰中堿性成分越高煤灰中Na2O 含量越高。

線性回歸方程為： Y=0.0994X-0.6085，R2=0.7797（Y 為煤灰中的Na2O 含量%，X 為堿金屬含量%）。

3.7 煤的容重對(duì)煤灰中Na2O 含量的影響

煤的容重與煤灰中Na2O 關(guān)系如圖10 所示。

圖10 煤的容重與煤灰中Na2O 含量的關(guān)系Fig.10 The relationship between the bulk density of coal and the content of Na2O in coal ash

由圖10 可得，煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O含量成反比關(guān)系。根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，建立線性回歸方程的相關(guān)度較高。線性回歸方程為：Y=-27.725X+39.262，R2=0.7773（Y 為Na2O%，X 為容重）。

4 結(jié) 論

（1） 煤的灰分（Ad） 和煤灰中Na2O 含量成正反比關(guān)系，灰低越高煤灰中Na2O 含量越高；煤層中礦物基的含量越高，煤灰中的Na2O 含量越低；煤灰中酸性成越低煤灰中Na2O 含量越高；煤灰中堿性成分越高煤灰中Na2O 含量越高；煤的容重越小煤灰中Na2O 含量越高。

（2） 煤灰中Na2O 含量與煤層埋藏深度、水分、惰質(zhì)組、鏡質(zhì)組等關(guān)系不明顯。

（3） 上述結(jié)論，與準(zhǔn)東煤田的沉積環(huán)境有關(guān)，具體在其他的論文中闡述。