如何有效提高恩德爐氣化中碳的轉化率

張連明

（黑化集團公司 工程技術部，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

目前，全國各地都在加快煤化工行業的步伐，選擇以煤炭氣化為龍頭的產業鏈在各地悄悄興起，恩德爐氣化成為行業的關注。因為恩德爐自身的優勢是：投資小，上馬快，操作簡單，煤源廣闊。全國已有十余家選用，二十余臺爐投入運行，并且運行良好。但是，恩德爐存在的弊端也不容忽視，那就是恩德爐的灰分含碳量居高，碳的轉化率偏低，造成煤炭資源的浪費，環境的污染，同時，給生產的安全，穩定，長周期運行構成威脅。各地恩德爐運行廠家經多年的努力調整和改進，取得了顯著提高。具體體現在以下幾方面。

1 煤種選擇

從恩德爐設計角度上來講，恩德爐氣化采用的是流化床粉煤氣化技術，適應的煤種為褐煤，長焰煤、不粘煤和弱粘煤。對煤的適應性寬，煤源廣闊。但是，要使恩德爐運行良好，提高原料煤轉化率，就要對煤的性質方面有嚴格要求。

1.1 選擇反應性好的原料煤

煤的反應性即煤的活性，原料煤對氣化介質應有足夠的化學反應性，以保證較高的氣化效率。對于氣化溫度較低的恩德氣化爐，反應性的影響更大，以我廠恩德爐為例：至開車以來，分別試燒過免渡河、十八站、海滿等地的褐煤，這3種褐煤在操作溫度為980℃下的反應性差別較大，3種褐煤轉化率也明顯不同，見表1。

表1 3種褐煤轉化率Tab.1 Conversion rate of 3 kinds of lignite

表1數據表明：原料煤的反應性越好，氣化反應進行的越徹底，煤的轉化率越高。

1.2 選擇灰熔點高的原料煤

灰熔點低對于流化床屬于不利因素，因為流化床的煤氣化操作在灰熔點以下進行，以避免灰分結渣，破壞床內物料的正常流化狀態。但是，為了使爐內的物料在極短的時間得到充分反應，反應進行的更徹底，選擇灰熔點高的原料煤，更能提高操作溫度，從而，恩德爐在高溫下運行，有利提高原料煤的轉化率。

2 降低入爐原料煤中的水分

流化床氣化是原料煤與氣化劑（水蒸汽）和富氧空氣）在發生爐內復雜的物理化學反應，原料煤中的水份只是間接參與氣化反應，在氣化過程中雖然物料只有0～10mm大小，物料進入爐每一個小顆粒都作為一個反應實體，都要發生干燥、干餾、氧化還原反應過程，只是在流化床氣化過程中每一個環節較為迅速沒有明顯的界面，但原料煤水分的蒸發都要發生在每個煤顆粒本身，并且在每個顆粒表面形成一種蒸氣保護膜，這樣大大地降低了熱傳遞過程，氣化劑與顆粒作用時，反應溫度較低，氣化速度受到影響，降低了反應效果，以我廠恩德爐為例，選用水分不同海滿褐煤作為原料，操作溫度在980℃左右，單爐產氣量在37000m3·h-1左右，各項指標有所不同，詳見表2。

表2 不同海滿褐煤產氣情況Tab.2 Gas production rate of different lignite

表2數據表明，原料煤水分越高，氣化所耗煤、耗氧、排出物含碳量、帶出物含碳量都要偏高，所以說流化床氣化要嚴格控制原料煤水分。

3 對旋風分離器進行改造，加大帶出物料的回流量，增加二次氣化反應

恩德爐氣化是流化床氣化，爐內的物料呈沸騰狀態，物料與氣化劑在爐內底部密相區反應，氣和大量的帶出物由爐頂引入到旋風分離器內，大量的粉塵在離心力的作用下被捕集到錐體底部，并由回流管回流到爐內參加二次氣化反應，這樣大大地降低了灰分的含碳量，有效地提高了碳的轉化率。對于一臺恩德爐氣化系統來說回流量的大小直接影響粉塵的帶出量和碳的轉化率。以我廠恩德爐系統的旋風分離器進行改造為例。我廠恩德爐是2003年上馬，在原設計中分離器沒有中心管，回流管的內徑也只有200mm。而在2010年6月對旋風分離器進行改造，增加中心管和加大了回流管內徑為300mm，效果非常明顯，以單爐產氣為40000m3·h-1進行數據對比見表3。

表3 煤氣粉塵改造前后對比Tab.3 Comparison of before and after reforming of gas dust

從表3數據可以看出，旋風分離器的回流量直接影響物料的二次氣化反應，煤氣粉塵帶出量和碳的轉化率與分離器的性能有著密切的關系。

4 結論

以我廠多年的生產經驗來看，想有效提高恩德爐氣化中碳的轉化率，就要選擇反應性好，灰熔點高的煤種，同時，盡量降低入爐原料煤中的水分和增加旋風分離器的回流量。