煤質(zhì)對魯奇氣化爐經(jīng)濟運行的影響分析

第5期(上)尚小廣等:煤質(zhì)對魯奇氣化爐經(jīng)濟運行的影響分析●53.煤質(zhì)對魯奇氣化爐經(jīng)濟運行的影響分析尚小廣,任富強,劉志輝,宋軍麗，梁學(xué)博(河南煤業(yè)化工集團煤氣化公司,河南鄭州450001)摘要:論述了原料煤的灰熔點(diǎn)水分、灰分、揮發(fā)分、 固定碳含量以及煤的粒度變化對魯奇氣化工藝的影響,并針對保穩定經(jīng)濟運行提出了幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞:煤質(zhì);魯奇氣化;運行;分析中圖分類(lèi)號:TQ546. 1文獻標識碼:B文章編號:1003 -3467(2011)09 -00533 -03義馬氣化廠(chǎng)是生產(chǎn)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇、二甲醚的灰熔點(diǎn)也就各不相同;因此,有一個(gè)最佳汽氧比的等化工產(chǎn)品的企業(yè)，采用魯奇( Lurgi)加壓氣化的造選擇,即控制氣化爐內的反應溫度,既不能因汽氧比氣工藝。該自20世紀70年代引進(jìn)以來(lái)",國內對高造成灰細導致排灰困難,也不能因汽氧比低造成該技術(shù)的掌握和應用已有了長(cháng)足的發(fā)展。其中，結渣而無(wú)法排灰。若人爐煤灰熔點(diǎn)相差較大,就無(wú)Lurgi氣化爐對煤種和煤質(zhì)有-定的要求,這是氣化法選擇最佳汽氧比,從而造成灰熔點(diǎn)低的煤易結渣,爐能夠長(cháng)周期穩定運行的關(guān)鍵性因素。近年來(lái),隨容易出現氣化爐工況惡化,另外還有可能達到T;溫著(zhù)煤炭?jì)r(jià)格的不斷攀升,以及冬季用煤緊張等因素，度(煤灰熔融性流動(dòng)溫度) ,熔融部分將灰熔點(diǎn)高的該廠(chǎng)原料煤已達十余種，煤質(zhì)的不穩定給裝置生產(chǎn)煤包裹,阻礙了其與氣化劑接觸,不利于完全反應，能力及長(cháng)周期穩定運行帶來(lái)了很大的困難。本文通導致碳流失,表現為爐渣中的黑核現象。相反,按照過(guò)對煤質(zhì)中不同因索對Lurgji 氣化爐經(jīng)濟運行的分低灰熔點(diǎn)煤選擇汽氧比，則高灰熔點(diǎn)的煤表現為灰析,提出了一些針對性建議及措施,以供參考。細,不利于排灰和制氣,同時(shí)增加煤氣水產(chǎn)量,加大了污水處理費用。1煤質(zhì)對魯奇氣化爐的經(jīng)濟 運行分析1.2揮發(fā)分的影響1.1 灰熔點(diǎn)的影響揮發(fā)分一般理解為烴類(lèi),是煤中有機質(zhì)加熱到魯奇氣化爐的操作溫度介于煤的T (煤灰變形-定溫度揮發(fā)出的氣態(tài)及蒸汽產(chǎn)物，它是反映煤的溫度)和T2(煤灰軟化溫度)之間,人爐煤灰熔點(diǎn)高，變質(zhì)程度的重要標志,隨著(zhù)變質(zhì)程度的提高，煤的揮則操作時(shí)就要適當降低汽氧比,相應提高爐溫,蒸汽發(fā)分逐漸降低。各種煤的揮發(fā)分產(chǎn)率如表1所示。表1不同煤種的揮發(fā)分分解率增加.煤氣水產(chǎn)量低,氣化反應完全,有利于制氣。但是受氣化爐原設計制約,蒸汽也不能無(wú)限煤種揮發(fā)分產(chǎn)率/%制降低,否則可能會(huì )燒損爐篦及內件,因此受設備材接近70質(zhì)影響,灰熔點(diǎn)不能太高,一般控制在1 150 C≤T2褐煤41.0~67.0≤1 250 C。反之,煤的灰熔點(diǎn)低,則操作時(shí)就要適煙煤長(cháng)焰煤≥42當提高汽氧比,相應降低爐溫(防止低灰熔點(diǎn)的煤氣煤35 ~44料在爐內結渣,造成排灰困難),蒸汽分解率降低，26 ~35煤氣水產(chǎn)量增加，氣化反應速度減緩,不利于制氣,焦煤18~26運行非常不經(jīng)濟。因此人爐煤灰熔點(diǎn)要盡可能控制瘦煤12~18在一定范圍內,不能變化太大。貧煤在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,人爐煤存在多樣性,人爐煤中國煤化工0TYHCNMHG收稿日期:2011 -03 -16作者簡(jiǎn)介:尚小廣(1974 -) ,男,工程師,從事煤氣化技術(shù)研究工作;聯(lián)系人:梁學(xué)博(1979 - ),男,工程師，E- ml:lingue01@ 163.0。河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2011年第28卷氣化爐用煤中揮發(fā)分含量的多少與煤氣用途有1.4水分的影響- -定的關(guān)系。當煤氣完全用作燃氣時(shí), 要求甲烷含加壓氣化爐對爐溫的要求比常壓氣化爐低,而量高熱值大,則可選用揮發(fā)分較高的煤做原料,所爐身一般比常壓氣化爐高,能提供較高的干燥層,允得煤氣中甲烷含量較大。當煤氣用作工業(yè)生產(chǎn)的合許進(jìn)爐煤的水分含量高。適量的水分對加壓氣化是成氣時(shí),一般要求使用低揮發(fā)分低硫的無(wú)煙煤.半有好處的,水分高的煤,往往揮發(fā)分較高,在干餾階焦或焦炭。另外,變質(zhì)程度輕的煤種,生產(chǎn)的煤氣焦段,煤半焦形成時(shí)的氣孔率大，當其進(jìn)入氣化層時(shí)，油產(chǎn)率高,焦油容易堵塞管道和閥門(mén)，給焦油分離帶.反應氣體通過(guò)內擴散進(jìn)人固體內部時(shí)容易進(jìn)行。因來(lái)一定困難,同時(shí)也增加了含酚廢水的處理量。更而,氣化的速度加快,生成的煤氣質(zhì)量也好。重要的是,對合成氣來(lái)講,甲烷可能成為一種不利的煤種的內在水分屬固有特性,但外在水分對氣氣體。例如,合成氨中要求氫氣含量高,而這時(shí)甲烷化爐經(jīng)濟運行影響較大。水分過(guò)高時(shí),影響主要有卻變成了一種雜質(zhì),含量不能太大,故要求揮發(fā)分小以下幾個(gè)方面:①水分過(guò)大,會(huì )導致篩分效果不好,于10%。堵騫篩板,且塊煤表面黏附末煤人爐后影響氣化爐總體來(lái)講,煤的揮發(fā)分對魯奇氣化爐運行工況工況,還容易造成煤鎖膨料掛壁,加煤不暢;②煤中影響不是很大。煤中揮發(fā)分變高,能造成副產(chǎn)品焦水分過(guò)大,蒸發(fā)汽化所需熱量增加,造成氧耗一定程油和中油的產(chǎn)率增大,粗煤氣產(chǎn)率下降,粗煤氣耗塊度增加'3] ;③原料煤雨雪季節防護不利,水分過(guò)高煤的單耗隨之增加。表2為義馬氣化廠(chǎng)2010 年6、時(shí),還可使煤氣水產(chǎn)最增加,增加污水處理費用。8月份氣化爐采用不同煤種,其揮發(fā)分與焦油產(chǎn)量、1.5煤的粒度的影響粗煤氣標煤?jiǎn)魏牡谋容^,可以看到,8月份煤的揮發(fā)魯奇氣化工藝屬于碎煤氣化,對粒度要求較高分高于6月份煤的揮發(fā)分,其對應的8月份焦油產(chǎn)(5~ 50 mm碎煤) ,粒度大小和范圍不同,會(huì )造成氣率高,粗煤氣折標煤的單耗也增加?？梢?jiàn),煤中揮發(fā)化爐同一床層截面的煤的比表面積不同,而在同一分低,煤氣產(chǎn)率增加,氣化爐運行更為經(jīng)濟。床層截面上,氣化劑的分布是均勻的,比表面積大的表2不同揮發(fā)分的煤的焦油產(chǎn) 建及粗煤氣單耗需要的氧氣多,若粒度大小和范圍不同,就會(huì )造成氣份人爐煤量煤揮發(fā)分揮發(fā)分量焦油產(chǎn)量焦油產(chǎn)率相煤氣折標煤化爐同一床層的反應速度不同,而向下排灰拉動(dòng)床%單耗VkNm'_層下移卻是均勻的,這樣就可能會(huì )導致氣化爐內床6 91668 27.72 25410 1496層紊亂,比表面積大的煤(小粒度),因反應不完全_ 8 8250729.92 24686 1 8867.630.750和灰渣-起排出,碳在灰鎖中繼續反應使就鎖溫度1.3灰分 及矸石的影響也升高,同時(shí)灰中殘炭量升高,因碳流失從而使產(chǎn)氣煤中矸石含量及厭分增加時(shí),一是礦物質(zhì)燃燒率下降,塊煤?jiǎn)魏纳??；一瘯r(shí)要吸收熱量,大量排渣要帶走熱量,因而降低實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗告訴我們,魯奇氣化中若用煤中了煤的發(fā)熱量;二是為防止氣化爐結渣,要適當提高大于50 mm粒度的煤偏多,易造成氣化反應不完汽氧比,降低了氣化爐的操作溫度,影響了氣化強全;而小于13mm的煤偏多,容易產(chǎn)生小粒度填充度,蒸汽分解率降低,煤氣水的產(chǎn)量提高,粗煤氣產(chǎn)大粒度間隙的現象,同時(shí)還會(huì )出現大粒度遍布氣化量減少。爐床層四周,而小粒度集中于中央,引起床層不均,同時(shí)，隨著(zhù)煤中矸石含量及灰分增加,煤灰中.局部阻力增大,氣化劑通過(guò)床層時(shí)會(huì )出現阻力小的FeO.CaOMg0、K20作為助熔劑[2],對結渣起到促部位通過(guò)的氣化劑量多，阻力大的部位通過(guò)的氣化進(jìn)作用,加劇了設備磨損,- -是爐篦刮刀、護板等部劑量小,不但影響氣化爐的產(chǎn)量和氣體質(zhì)量,而且易:件,二是煤灰鎖上下閥運轉周期縮短,設備檢修頻次出現氣化爐局部過(guò)熱結渣、結大塊,造成氣化爐工況增加，開(kāi)停車(chē)頻繁?；曳诌^(guò)高時(shí),影響氣態(tài)反應物，惡化。通過(guò)多年來(lái)對粒度大小和粒度范圍的分析，反應產(chǎn)物擴散速度和熱量的傳遞速度，使氣化反應我們得出免奪氣化坩虻府培制范圍如下:5~13中國煤化工總反應處于擴散狀態(tài),阻礙了固體表面和內部氣化mm，右;25 ~ 50 mm,反應的有效進(jìn)行,碳核也會(huì )進(jìn)人灰區,導致灰鎖溫度30%|YHcNMHG時(shí)需避免出現大升高,嚴重時(shí)導致各反應層紊亂,造成氣化爐工況惡于100 mm的煤。表3為(該廠(chǎng)規范煤粒度后)2010化。年1~9月份送人氣化爐煤粒度分析結果,相對于往第5期(上)尚小廣等:煤質(zhì)對魯奇氣化爐經(jīng)濟運行的影響分析.●55年有更好的氣化爐運行狀況和粗煤氣耗塊煤?jiǎn)魏?這也證明了我們總結的經(jīng)驗值的正確性。表32010年(1~9 月)入爐塊煤粒度分析結果1月3月4月6月78月9月總計度平均值平均值 平均值平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 平 均值>50mm24.50 26. 6627.4729.71 33.3131.5628.5722.57 28. 6628.1125~50mm32.27 34. 7835. 1032.57 33. 6036.6836.3240.82 35. 2935. 275~25 mm42.87 38.0837.2437.20 32. 5931.0234.7136.62 35. 6336.22<5 mm0.440. 380.400. 360. 370.340.390.470.42 .0..401.6 固定碳含量的影響2.1集中采購并 據灰熔點(diǎn)分類(lèi)堆放影響煤的發(fā)熱量的主要因素是固定碳,固定碳據魯奇氣化爐對煤的特殊要求,煤炭采購中應含量提高,則灰分、揮發(fā)分等相應含量下降,有效成將灰熔點(diǎn)作為一項主要的控制指標,盡可能集中采分增加,有利于制氣。但隨著(zhù)固定碳含量的升高,煤購灰熔點(diǎn)相近的煤種。若因采購困難造成灰熔點(diǎn)相在魯奇爐內就需要更多的氧氣參與反應,若氣化反差較大,在煤場(chǎng)中應據煤質(zhì)、灰熔點(diǎn)等分類(lèi)堆放,人應氧氣量一定且與煤的發(fā)熱量不匹配時(shí)，由于固定爐前應將灰熔點(diǎn)相近的煤合理搭配。盡量避免在氣碳含量升高，參與反應的氧氣不足,會(huì )造成爐內反應化爐上頻繁切換使用不同灰熔點(diǎn)的煤,以利氣化爐速度減慢,煤在爐內停留時(shí)間增長(cháng)，導致各層拉長(cháng)，操作時(shí)最佳汽氧比的選擇和經(jīng)濟運行。干餾層縮短,干燥層縮短或消失。氣化爐的工況表2.2降低灰分 加強矸石手選能力現為:粗煤氣出口溫度高,在450 ~490 C ;灰鎖溫度灰分和矸石無(wú)任何利用價(jià)值,增加了運輸成本。高,在330 ~380 C ;在此溫度下,煤中的揮發(fā)分在干煤炭采購中應據價(jià)合理控制灰分,灰分含量越低越餾層生成焦油的成分多(煤焦油生產(chǎn)約在320 C開(kāi)好。此外,在備煤過(guò)程中應增加人力選矸的能力,矸始,在430 C達到最大值),焦油產(chǎn)量增加,剩余半石含量過(guò)高嚴重影響設備運行周期,造成設備檢修焦減少,進(jìn)入氣化層后,生成CO、CO2 H2、CH4的有頻次增加,開(kāi)停車(chē)頻繁。氣化爐檢修頻次增加所帶效成分減少,導致塊煤?jiǎn)魏某霈F拐點(diǎn)。圖1為2010來(lái)的費用遠遠高于選矸人力成本費用,同時(shí)氣化爐年1~8月份煤中固定碳、揮發(fā)分與粗煤氣耗塊煤?jiǎn)伍L(cháng)周期穩定運行還會(huì )帶來(lái)更好的經(jīng)濟效益。耗情況圖。2.3合理 選擇發(fā)熱量保證用煤粒度1.0以煤中固定碳含量或發(fā)熱量采購,合理選取適0.900.80合魯奇氣化工藝的煤,避免盲目追求過(guò)高固定碳含0.60 +塊煤?jiǎn)魏摹褐泄潭ㄌ?。媒中揮發(fā)分量,造成原料成本過(guò)高,氣化爐運行不經(jīng)濟。煤炭采0.50購中要嚴格控制塊煤下限率,末煤含量盡可能少,同.0.300.20時(shí)在煤運輸裝卸、進(jìn)入氣化爐過(guò)程中盡量減少不必0.要的碰撞和擠壓，充分利用塊煤。此外,煤廠(chǎng)還應加月份強雨雪季節原料煤防水,可利用加蓋遮雨布或存于團1 2010年1 ~8月份煤中固定碳.揮發(fā)分與塊煤?jiǎn)魏泥裘号镏?避免入廠(chǎng)'干煤二次受水,滿(mǎn)足氣化爐的穩定從上圖可以看出,8月份煤種固定碳升高(即發(fā)運行。熱量升高) ,但粗煤氣耗塊煤?jiǎn)魏膮s出現拐點(diǎn),呈上參考文獻:升趨勢,充分說(shuō)明并不是煤中固定碳越高越好,也就是說(shuō)固定碳的含量相對應氣化負荷等因素應有一個(gè)[1] 宿鳳明,劉 江.煤質(zhì)對固定床氣化爐氣化性能影響的工業(yè)試驗研究[J].節能技術(shù),2010,28(1) :21 -24.合理的區間?？梢?jiàn)，針對煤的固定碳對魯奇氣化爐[2] 孔令坡.淺析氣化指標對煤氣化工藝的影響[J].煤質(zhì)經(jīng)濟運行的影響,還有大量的工作值得我們去研究和分析。3]中國煤化工，中操作的影響[J].2氣化爐穩定經(jīng)濟 運行的煤質(zhì)建議及措施FHCNMHG