煤質(zhì)對加壓魯奇爐運行的影響及相應(yīng)對策

2012-10-20 04:43:12張鳳鳴

化工設(shè)計通訊 2012年6期

張鳳鳴

（河南煤業(yè)化工集團煤氣化公司義馬氣化廠，河南義馬 472300）

煤氣化技術(shù)是以煤為基礎(chǔ)原料的能源及化工系統(tǒng)關(guān)鍵的制氣技術(shù)之一，煤化工正在成為世界范圍內(nèi)高效、清潔、經(jīng)濟開發(fā)及利用煤炭的熱點技術(shù)和重要的發(fā)展方向。從當(dāng)前國內(nèi)外煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢看，氣化壓力向高壓發(fā)展，氣化裝置的能力向大型化發(fā)展，新型氣化技術(shù)的研發(fā)采取與企業(yè)聯(lián)合進行工業(yè)化開發(fā)，是氣化技術(shù)發(fā)展的模式。固定床氣化技術(shù)是 “歷史最為悠久”的煤氣化技術(shù)，也是目前全世界最為成熟的塊煤氣化技術(shù)，研究固定床氣化技術(shù)對不同煤種和煤質(zhì)適宜的操作條件，尤其是入爐煤的灰含量、灰熔點、水含量、煤粒度以及發(fā)熱量對氣化爐穩(wěn)定運行的影響，探索最佳氣化操作條件，對擴大該爐型的煤種適應(yīng)性及節(jié)能降耗等具有重要的指導(dǎo)意義。

1 灰含量對氣化過程的影響

煤中灰含量增加時，蒸汽分解率、氣化強度等技術(shù)指標(biāo)下降，不利于生產(chǎn)?；液吭黾?，煤中固定碳和揮發(fā)分含量下降。為了防止?fàn)t內(nèi)灰分結(jié)渣，需要適當(dāng)?shù)靥岣咂醣?，以降低爐內(nèi)操作溫度。此時氣化反應(yīng)速率降低，蒸汽分解率降低，污水產(chǎn)量增大，粗煤氣產(chǎn)量下降，進而導(dǎo)致煤耗升高。同時，高溫渣帶走的熱量增大，灰渣中殘?zhí)己繒杂性黾樱瑲饣癄t的熱效率和氣化效率降低。

另外，隨著煤中灰分含量的增加，設(shè)備磨損加?。阂皇菭t箅刮刀、護板等部件；二是煤、灰鎖上、下閥的運轉(zhuǎn)周期縮短，設(shè)備檢修頻次增加，導(dǎo)致開停車過程原料消耗量增加，造成粗煤氣的隱性生產(chǎn)成本升高。我廠2011年1～6月份入爐的煤質(zhì)太差，灰分總含量平均值約為32.73%，氣化爐爐箅磨損嚴(yán)重，其中1＃氣化爐爐箅705蓋板磨透后卡住灰鎖上閥，導(dǎo)致氣化爐停車。

鑒于以上情況，建議在選擇入爐原料煤時，盡量選擇灰分含量較低的塊煤，如確因煤炭市場或運輸?shù)纫蛩貙?dǎo)致煤炭供應(yīng)緊張，灰含量可以短時間內(nèi)適當(dāng)放寬，但以灰含量（空氣干燥基）不超過35%為限［1～3］。

2 灰熔點對氣化過程的影響

灰熔點是影響魯奇爐運行的另一個重要參數(shù)。魯奇爐的操作溫度介于煤的變形溫度和軟化溫度之間。入爐煤灰熔點高，則操作時可以適當(dāng)降低汽氧比，相應(yīng)提高爐溫，這樣，蒸汽分解率增加，氣化反應(yīng)劇烈，有利于制氣。義馬氣化廠的魯奇爐原始設(shè)計受爐箅及內(nèi)件選材等因素制約，蒸汽不能無限制降低，否則可能會燒損爐箅及其內(nèi)件，因此，灰熔點控制在1150～1250℃之間較為適宜。當(dāng)煤的灰熔點降低，操作時就需要適當(dāng)提高汽氧比，相應(yīng)降低爐溫，此時蒸汽分解率降低，污水產(chǎn)量增加，氣化反應(yīng)速度減緩，不利于制氣，裝置運行的經(jīng)濟性變差。因此，入爐煤灰熔點要盡可能控制在一定的范圍內(nèi)，不能有太大的波動［2］。

在實際生產(chǎn)過程中，由于入爐煤質(zhì)存在多樣性，入爐煤的灰熔點也就各不相同。魯奇爐操作時，需要一個最佳汽氧比，即控制氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度，既不能因汽氧比過高造成細灰過多，導(dǎo)致排灰困難，也不能因汽氧比偏低造成結(jié)渣而無法排灰的現(xiàn)象出現(xiàn)。若每批次的入爐煤灰熔點相差較大，再無配煤操作的情況下，在實際操作中就無法選擇最佳的汽氧比。

過低的汽氧比容易造成灰熔點較低的灰顆粒結(jié)渣，影響氣化劑在床層內(nèi)的均勻分布，導(dǎo)致氣化爐工況的惡化。另外，過低的汽氧比有可能達到灰的熔融溫度，熔融部分的灰渣將灰熔點較高的煤灰包裹，從而阻礙氣化劑與原料的充分接觸，不利于氣化反應(yīng)，導(dǎo)致原料的流失，表現(xiàn)為爐渣殘?zhí)己窟^高。相反，選擇高的汽氧比，則高灰熔點的灰分表現(xiàn)為灰細，不利于排灰和制氣，同時增加污水的產(chǎn)量。

2011年8月份，我廠入爐煤灰熔點差別較大，最低的為1080℃，最高的為1290℃。分析化驗灰樣，結(jié)果灰樣中殘?zhí)己可?，說明是因為灰熔點差別較大，配煤不合理，導(dǎo)致灰渣殘?zhí)己窟^高，未反應(yīng)完全的碳隨灰渣流失，造成塊煤單耗升高。

鑒于此，選擇入爐煤時應(yīng)將煤的灰熔點作為一項重要的控制指標(biāo)，選購灰熔點相近的煤種。如灰熔點相差較大，應(yīng)在煤場分類堆放，采取合理的配煤操作，配煤時需將灰熔點相近的煤質(zhì)相互搭配。適當(dāng)增加煤質(zhì)灰熔點的分析頻次，盡量避免頻繁切換入爐煤質(zhì)，同一灰熔點區(qū)間的煤要使用一段時間后再轉(zhuǎn)為另一區(qū)間的煤，為氣化爐選擇最佳汽氧比操作創(chuàng)造條件。

3 粒度對氣化過程的影響

魯奇氣化技術(shù)對原料煤的粒度要求較高，粒度范圍為8～50mm，要求8mm以下的物料不超過5%，50mm以上的物料也不超過5%。粒度大小和分布范圍的不同，會造成氣化爐同一床層截面煤的比表面積不同。在同一床層截面上，氣化劑的分布是均勻的，比表面積大的煤需要的氧氣多，若粒度大小和分布范圍不同，就會造成爐內(nèi)同一床層的反應(yīng)速度不同，爐箅排灰拉動床層下移卻是均勻的，比表面積小的大粒度煤，因單位時間內(nèi)反應(yīng)不完全和灰渣一起排出，灰中殘?zhí)剂烤蜁?，殘?zhí)荚诨益i中繼續(xù)反應(yīng)使灰鎖溫度升高。碳的流失使產(chǎn)氣率下降，塊煤單耗升高。不同粒度的煤在爐內(nèi)氣化時，床層阻力也不同，氣化劑的均布受到影響，進而影響氣化爐的運行工況和生產(chǎn)負荷的提高。

目前，我廠入爐煤的粒度分布情況是，大于50mm的煤偏多，氣化不完全；5～13mm和大于50mm的煤偏多，容易產(chǎn)生小粒度填充大粒度間隙的現(xiàn)象，同時還會出現(xiàn)大粒度遍布氣化爐床層四周，而小粒度集中于中央，引起床層堆密度不均，局部阻力增大，氣化劑通過床層時會出現(xiàn)阻力小的部位通過的氣化劑量大，阻力大的部位通過的氣化劑量小，造成氣化爐運行工況不好，影響粗煤氣的產(chǎn)量。

因此，入爐煤在其他性質(zhì)不變的條件下，根據(jù)實踐經(jīng)驗，要求粒度的控制范圍如下：8mm以下的物料不超過5%，50mm以上的物料不超過5%，8～50mm的在90%以上。

4 發(fā)熱量對氣化過程的影響

氣化爐內(nèi)大約30%的入爐煤燃燒所放出的熱量作為氣化過程所需的反應(yīng)熱。影響煤發(fā)熱量的主要因素是固定碳和揮發(fā)分含量。煤的發(fā)熱量高，灰含量低，煤的質(zhì)量就越好。隨著入爐煤發(fā)熱量的升高，煤在爐內(nèi)的燃燒量減少，可用于氣化的原料煤相對增加，氣化過程產(chǎn)生的粗煤氣量增加，有效氣成分增加，有利于制氣。此時，氧化層反應(yīng)更完全，灰渣殘?zhí)己繙p少，參與有效氣化反應(yīng)的原料煤量相對增加，爐內(nèi)還原層、干餾層、干燥層高度拉長，煤的停留時間相對增長，灰層、氧化層高度相對縮短。氣化爐的運行工況主要表現(xiàn)為，出口溫度穩(wěn)定在420～450℃；灰鎖溫度在330～350℃，揮發(fā)分被氣化的比例增加，粗煤氣產(chǎn)量升高，煤耗下降，從而更有利于推動氣化反應(yīng)，有效地利用原料煤［1～3］。

圖1 2011年1～8月份同一煤種原料煤固定碳及揮發(fā)分含量與塊煤單耗統(tǒng)計圖

從圖1可以看出，煤的固定碳和揮發(fā)分含量升高（即發(fā)熱量升高），塊煤單耗下降，也就是說同一煤種的發(fā)熱量越高，煤質(zhì)越好，越有利于氣化［3］。

表1是對2011年來單臺氣化爐氧負荷、入爐煤發(fā)熱量、塊煤單耗的統(tǒng)計，對比分析，基本可以說明氣化爐生產(chǎn)能力與煤發(fā)熱量及煤耗之間的關(guān)系。

表1 2011年入爐煤分析統(tǒng)計對比表

上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，入爐煤發(fā)熱量越高，煤的利用率越高，煤耗越低。

5 水分對氣化過程的影響

煤的內(nèi)在水分屬煤的固有特性，不作特別說明。煤的外在水分卻對氣化爐的經(jīng)濟運行影響較大。水分過大時，會導(dǎo)致篩分效果變差，堵塞篩板，且塊煤表面粘附末煤，入爐后影響氣化爐的運行，還容易造成煤鎖膨料，加煤不暢，運行負荷下降［4］。因此，要嚴(yán)格控制入廠煤水分，干煤入廠后要加蓋遮雨棚或存于干煤棚中，避免入廠干煤在煤場變成濕煤。