淺談煤質和配煤技術對Shell煤氣化的影響

孫龍會　張美美　武占強

摘 要：簡單介紹了煤質對Shell煤氣化工藝的影響。根據本地煤質特性，應用配煤技術，通過改變煤種、調節配煤比例，得到了適合Shell氣化爐運行的配煤方案。

關鍵詞：配煤技術；Shell煤氣化；煤質；灰熔點

1 目的及意義

原則上說殼牌煤氣化技術適用的煤種較為廣泛，但在實際生產過程中，單一煤種的氣化仍然存在較多問題。這些問題不僅影響粉煤氣化裝置的長周期連續運行，同時也制約了其運行的經濟性。目前國內多數粉煤氣化裝置均使用配煤技術，通過配煤技術的合理利用，不僅能降低粉煤氣化裝置的氧耗、煤耗及能耗，還能提高氣化效率，從而提高裝置的經濟使用性。因此，配煤的好壞和穩定煤質的措施是保障殼牌煤氣化裝置穩定運行的關鍵因素。

2 煤質對Shell煤氣化裝置影響

2.1 煤灰組成及含量

煤灰分的主要組成為氧化硅（SiO2）和氧化鋁（Al2O3），對灰的黏結性影響較大。殼牌氣化采用以渣掛渣來保護水冷壁，若灰含量低，則掛渣效果不好，無法起到保護爐壁的作用，縮短氣化爐的使用壽命。而灰分含量大，合成氣冷卻器（SGC）積灰明顯，降低換熱效果，同時增加了U1400結渣和U1500堵灰的幾率；同時灰渣會帶走大量的熱，未達到生產需求須氣增大氧煤比，熱效率降低，影響裝置的生產能力。所以嚴重時灰分高會導致氣化爐事故停車。[1]Shell氣化灰分含量要求為12～23%。鶴壁本地煤種的煤灰成分及含量與殼牌（鶴壁）設計煤種相差較大，若單獨使用容易，SGC易嚴重積灰，換熱效果差，且排渣困難，15單元堵灰幾率上升。煤灰分組分中的SiO2和Al2O3對Shell氣化爐合成氣冷卻器的積灰影響較大，當SiO2/Al2O3<1.4時堵渣現象經常出現，當SiO2/Al2O3<1.6時，合成氣冷卻器會有大量積灰。但硅鋁比在2.0左右時，灰熔點在1350℃左右為最佳，可以減緩或防止合成氣冷卻器積灰。

2.2 揮發分

煤揮發分的高低反應煤反應活性的強弱。揮發分越高，反應活性越強，越有利于氣化反應，但高揮發性的煤易氧化甚至自燃，不僅給運輸和儲存帶來不便，更增加了磨煤和煤粉輸送單元操作難度。因此，殼牌氣化要求Shell粉煤氣化要求煤中揮發分不超過35%。

2.3 灰熔點

灰熔點是指煤灰的軟化、熔融的溫度。灰熔點高，煤灰的軟化、熔融溫度高，氣化操作溫度高，氧耗比大，比煤耗大，對設備的使用壽命很大影響。根據煤種的灰熔點可作決定是否需要配煤和添加相應助溶劑。一般將煤種灰熔點控制在1300～1450℃之間，Shell煤氣化一般操作溫度高于灰熔點50～100℃。

2.4 水分

氣化煤的全水分和內水越低越好，全水一般控制在12%以下，最好在8.0%左右。內水衡量煤質的形成年限和種類，一般要求 5.0%以下，這樣有利于原料煤的輸送和加壓下料，避免堵塞和增加磨煤干燥負荷，影響生產。

3 配煤技術對殼牌煤氣化的影響

氣化煤質的灰分、揮發分、水分、以及灰熔融性、煤灰黏度等指標對氣化爐裝置的運行穩定有著至關重要的影響。因此原料煤選備、煤質的穩定成為煤氣化生產的難題。這就需要根據氣化煤的煤質檢測數據，運用配煤技術來維持煤質的穩定，從而保證氣化裝置的穩定運行。

配煤技術基本原理是利用不同煤種各自組成成分、物理和化學性質的差異，相互取長補短，使最終配出的混合煤在性能指標上達到最佳狀態，以滿足用戶對煤質的質量要求。[2]配煤的實質就是一種改善氣化煤種品質的過程，即為了使氣化煤種的質量滿足Shell氣化的煤質要求，把不同性質氣化用煤按照事先計算好的比例進行均勻混配，從而得到一種灰熔點、灰分、揮發分、硫分等均適合Shell粉煤氣化爐的混煤。配煤技術可提高生產效率、減少污染物的排放、節約成本，保證生產裝置“安、穩、長、滿、優”運行。

為降低生產成本，我公司主要使用本地煤作為煤氣化裝置的使用煤，但本地煤煤質和煤氣化裝置要求數據存在較大偏差，從表1本地煤種煤質分析數據可以看出，本地煤1、本地煤3煤灰含量>23%，超過設計最大指標，在高負荷工況下灰渣量大，排渣困難，嚴重時會造成堵渣；而本地煤2、本地煤4的SiO2/Al2O3與要求數據偏差0.7左右，偏差過大，若單獨使用，氣化爐合成器冷卻器積灰加快，引起壓差上漲，必然減少運行周期。本地煤1、本地煤3及本地煤4的灰熔點>1500℃，超出殼牌煤氣化的操作要求。因此，我們通過配煤來調節煤質中各種組分的含量，使其達到Shell煤氣化對煤質數據的要求。考慮到經濟效益、交通運輸等多方面因素，在能保證氣化爐穩定運行的情況下，我們盡量使用鶴壁本地煤種，降低生產成本，實現效益最大化。

4 Shell煤氣化裝置運行問題及解決辦法

在實際運行中，煤灰組分和含量與設計煤中的差異導致合成氣冷卻器十字架（SGC）積灰嚴重，從2013年3月至2014年7月僅因此停車占到了四次，嚴重影響Shell氣化爐的長周期運行。

把2013年3月至2014年7月氣化裝置運行周期進行對比發現，氣化爐的運行周期明顯延長，其中關鍵的問題是減少了合成氣冷卻器的積灰問題。通過調整配煤方案，運行周期顯著提高，最近一次開車運行周期達到89天，而且停車時的壓差為22Kpa。充分說明我們通過調整和優化配煤方案，可以有效的控制氣化爐合成器冷卻器的壓差，提高了系統穩定運行的周期，從而降低了生產成本，直接提高生產效益。要實現Shell煤氣化裝置長周期運行，需要做好以下幾點：

（1）穩定的煤質對Shell粉氣化裝置運行至關重要，它是氣化裝置能否長周期連續穩定運行的關鍵所在[3]，因此就要采取定時取樣來觀察氣化爐入爐煤種的煤質，如變化較大，立即調整。

（2）根據我公司的實際運行情況和Shell 煤氣化的要求，煤質達到要求適合于Shell煤氣化裝置的穩定運行。

（3）SiO2/Al2O3是影響氣化爐合成氣冷卻器積灰的關鍵因素之一，本地煤的硅鋁比較低，最低可達1.2；本地煤與高硅鋁比的煤配燒可以很好的解決Shell氣化爐十字架的積灰問題。

（4）通過配煤，可以有效降低本地煤的灰熔點，減少石灰石的添加量，改善灰渣的黏溫特性，使其有利于Shell煤氣化水冷壁掛渣，保護設備的正常運行。

5 結束語

配煤作為一種穩定煤質改善煤質的主要措施，目前在Shell氣化裝置上已經得到了廣泛應用。文章討論煤質和配煤技術對Shell煤氣化的影響，通過在實踐中應用這些配煤理論和優化配煤措施，以實現Shell氣化裝置的長周期運行。

參考文獻

[1]張鴻儒，張洪剛，郭零.煤質對殼牌煤氣化工藝操作的影響[J].科技創新報導，2012，11：27.

[2]戴財勝.動力配煤的理論與應用研究[D].北京：中國礦業大學，2005.

[3]吳國祥.煤質變化對Shell粉煤氣化工藝的影響[J].大氮肥，2011，34（4）：273-277.