淺談恩德爐工藝原料煤水分對有效氣(CO+H2)成分的影響

鄒大勇

(內蒙古通遼金煤化工有限公司 內蒙古通遼028011)

內蒙古通遼金煤化工有限公司(以下簡稱通遼金煤公司)2009年投產的200 kt/a乙二醇裝置中,煤氣化采用2臺40 000 m3/h(標態)和1臺20 000 m3/h(標態)恩德爐。在2年多的試生產階段，恩德爐自投煤運行以來，生產穩定。現針對原料煤(褐煤)中水分含量對有效氣(指CO+H2)成分的影響進行了分析和總結。

1 煤中水分對恩德爐氣化反應的影響

煤中的水分包括外在水分、內在水分和結晶水，煤中水分含量的高低直接影響粉煤氣化的效果，一般以煤的內在水分含量作為評定煤質的指標。煤中水分含量隨煤變質程度的加深而減少，水分含量較高的煤，往往揮發分含量也高。有一定水分的煤在干餾階段，煤半焦形成時的氣孔率大，進入氣化層能使反應速度加快，生成的煤氣質量較好。由于氣化爐的生產能力較大，煤在爐膛內的干燥層、干餾層的加熱速度很快，容易使煤粉碎而引起出口煤氣中含塵量增大，所以要求煤中含有一定的水分，但是煤中的水分過高又會給氣化過程帶來不良的影響。具體不良影響：①增加了干燥時所需的熱量，從而增加了原料煤的消耗，降低了氣化效率；②煤處于潮濕狀態，易造成粉煤黏結而不易篩分，使入爐粉煤量增多，在貯煤槽中也易產生蓬煤現象，在北方寒冷地區，易黏結設備和凍成塊狀；③干燥不充分，干餾不能正常進行，使氣化層溫度降低，導致發生甲烷生成反應、有效氣成分明顯降低，不利于生產。

2 煤中水分對有效氣成分的影響

理論上，煤中水分含量對氣化反應影響很大，這樣氣化過程中原料煤中水分的高低，相當于氣化劑中蒸汽投入的多少。一般氣化過程中，原料煤入爐后，首先要消耗一部分熱量將煤中的水分蒸發掉，對爐溫的影響很大，在同等條件下(氣化劑配比不變)會導致爐溫有所降低。爐溫下降會直接影響氣化反應，不利于還原反應的發生，而且會使甲烷生成量增多，有效氣成分大幅降低。煤中水分含量的高低對煤氣中有效氣成分的高低，尤其H2含量的高低，起著決定性作用。

煤中水分含量對有效氣成分影響在2010年和2011年的實際生產中得到了證實。通遼金煤公司恩德爐裝置自2009年9月運行以來，由于煤干燥系統運行一直不是太理想，所以原料煤水分含量波動范圍比較大，在16%～32%(質量分數，下同)。為此，統計了2010—2011年有代表性的生產數據(表1)并進行了分析。

從表1中數據可看出，當其他工況幾乎沒有較大變化時，原料煤中水分的高低與有效氣成分的高低是成反比的，說明水分對有效氣成分的影響非常大，降低原料煤中水分有利于提高有效氣成分。所以應增強煤干燥系統的干燥效果，盡量將原料煤中水分質量分數控制在20%以下，而且波動不可太大(因為波動大不利于恩德爐工況操作上的調節)，以利于氣化生產，保證有效氣成分穩定達標，真正達到節能降耗的目的。

表1 2010—2011年1#恩德爐有代表性的生產數據

3 解決措施

從分析和總結中可以看出，原料煤水分含量的高低以及波動，對有效氣成分的影響是非常大的，應從根本上解決此問題。

3.1 控制原料煤中水分

通遼金煤公司使用含水量較高的褐煤，為了更好解決原料煤含水量過高影響有效氣成分的問題，最有效方法就是降低原料煤水分含量。建議：應保證煤干燥系統連續穩定運行，均勻地向恩德爐供應干燥煤；煤干燥系統按照設計要求控制煤中水分含量，將原料煤中水分質量分數盡量控制在20%以下，波動不應太大，最好控制在13%～18%。這樣，在其他工況條件不變的情況下，使有效氣成分體積分數達到工藝指標，即基本能保證在70%以上，操作控制得好時，可達到73%～75%，達到節能降耗的目的。

3.2 操作調節

在原料煤水分含量較高的情況下，合理調節汽氣比。如果原料煤水分含量較高且無法降低時，必須對恩德爐操作工況進行細調。根據實際情況(原料煤的水分含量)，合理調節汽氣比、氧煤比，適當降低氣化劑中蒸汽量，從而減少C+2H2O→CO2+2H2-Q反應的進行，控制CO2的生成量，進而提高CO的產量，來提高有效氣的成分。操作人員應根據爐溫和現場觀察爐內噴嘴火焰的顏色，判斷爐內的流化和反應狀況，合理調節，優化生產，再通過對比煤氣成分分析數據，經過多次調節后，總結經驗，使其達到最佳效果的汽氣配比。若原料煤水分波動較大，細調很難進行，爐溫變化也會很大，這樣操作人員必須精心操作，根據爐況變化及時調節汽氣比、氧煤比。

4 結語

通遼金煤公司通過對恩德爐生產中的實際情況進行分析、研究和探索，有效控制了原料煤水分對有效氣(CO+H2)成分的影響，原料煤(褐煤)水分質量分數控制在13%～18%時，有效氣成分體積分數基本能達到最佳值(75.6%)。