原料煤質量對造氣爐制氣的影響

0　前言

原料煤質量是影響造氣爐爐況和發氣量的重要因素。原料煤質量好，能為造氣爐爐況穩定提供有利條件，從而能提高其發氣量；原料煤質量差，容易導致造氣爐出現吹翻、風洞、結疤等爐況惡化現象，造成發氣量下降，使原料煤耗升高，生產成本增加。本文結合山西蘭花科技創業股份有限公司田悅分公司（以下簡稱田悅分公司）造氣爐入爐原料煤的實際情況，從以下幾個方面簡要闡述了原料煤質量對造氣爐制氣的影響。

1　水分

煤的水分（全水分）包括外在水和內在水。煤的內在水在煤中以結晶水的形式存在，與煤化程度無關，即使將煤加熱至1000℃，其內在水也不會析出。水分是煤中的不可燃成分，其存在不僅降低了燃料的可燃物質含量，且含水量大的煤發熱量也相應低，不易著火、燃燒；同時在燃燒時還要消耗熱量使其蒸發和加熱所生成的蒸汽，造成水分汽化帶走大量熱量，從而導致爐內的熱量損失，致使爐溫降低。為了維持爐內的熱量平衡，不得不增加吹風時間，則相應減少了制氣時間，導致造氣爐的蒸汽分解率和產氣量下降，也影響煤氣的質量，嚴重時使爐況惡化。田悅分公司造氣爐采用塊煤或小籽煤制氣時，入爐原料煤中水分（質量分數，下同）控制＜5%為宜；采用型煤制氣時，要求入爐原料煤中水分＜10%。

2　機械強度

原料煤的機械強度是指煤破碎的難易程度，因氣化方法不同，對煤機械強度的要求也不同。在固定層造氣爐中，要求煤機械強度愈高愈好。如果煤機械強度差，其熱穩定性也差，一方面在運輸及上料過程中易破碎成煤粉，另一方面入爐后受熱極易破碎成煤屑，造成床層阻力增大和布風不均，使爐況惡化，且上行煤氣及吹風氣中夾帶的固體顆粒增多，導致造氣爐制氣量下降。田悅分公司一般要求入爐塊煤或小籽煤的抗破碎強度≥65%（質量分數，下同）和型煤的抗破碎強度≥80%。

3　煤粉

田悅分公司原設計的原料煤入爐流程為煤棚內的塊煤首先由鏟車鏟至傳送帶上，再經皮帶輸送機輸送到破碎機的料倉內，破碎后的塊煤經振動篩篩出煤粉后，再由皮帶輸送機送至造氣系統的炭倉內（四樓）；振動篩篩出的煤粉由皮帶輸送機輸送至熱電系統鍋爐的煤倉內，供鍋爐燃燒使用。原料煤從入廠到入爐需要經歷5次5m以上的落差，塊煤在下降過程中會發生相互碰撞現象而產生煤粉。從田悅分公司實際情況看，100t原料煤從入廠到入爐過程中會產生25t煤粉。經過仔細查找原因，發現入爐前原料煤中已存在大量煤粉。為此，決定對上炭工藝流程進行改造，一方面減小原料煤在輸送過程中的落差，另一方面縮短其輸送距離，從而降低入爐原料煤的煤粉量。經過現場測量計算，對原料煤入爐流程進行改進，在原煤棚的旁邊再搭建一個干煤棚，其內安裝1臺自制的振動篩，上炭時先用鏟車將原煤棚內的塊煤鏟至傳送帶上，再經皮帶輸送機輸送至新建的干煤棚下面的振動篩上部的料倉內，篩出的大塊煤（粒徑≥120mm）由原機械破碎改為人工破碎，中塊炭（粒徑＜120mm）直接由皮帶輸送機輸送至造氣系統炭倉內（四樓），振動篩篩出的煤粉仍由皮帶輸送機輸送到熱電鍋爐的煤倉內。上炭流程改進后，中間僅經過1次5m的落差，比原輸送距離縮短約1．5m，同時入爐原料煤中煤粉質量分數約由25%降至10%。

由于田悅分公司造氣爐沒有設計爐前篩，在正常運行中會出現原料煤帶粉經布料器進入造氣爐內情況，一方面容易出現炭層被吹翻現象，另一方面煤粉被帶入系統后會腐蝕、磨損設備管道及增加系統阻力。為了進一步降低入爐原料煤中的煤粉量，在每臺造氣爐料倉下邊的插板閥與圓盤閥之間增加了1臺爐前篩，對入爐原料煤進行二次篩粉。運行結果表明，造氣爐前篩投用后，每臺爐平均每班能篩出1t左右的煤粉，將入爐原料煤中的煤粉質量分數控制在3%左右，從而保證了爐況的穩定，客觀上提高了造氣爐的發氣量。

4　煤矸石

煤矸石屬于石頭一類，并不產氣，但在爐內會吸熱分解，不利于造氣爐制氣。另外，煤矸石多的原料煤發熱量低，會造成下行溫度偏高，導致爐內結疤、蒸汽用量增大、燒壞爐箅、爐條機負荷加大等現象發生，致使造氣爐的制氣量下降。田悅分公司狠抓原料煤中的矸石含量，將入廠原料煤中的矸石質量分數控制在8%以下。

5　熱穩定性

原料煤的熱穩定性是指燃料在高溫作用下是否容易破碎的性質。熱穩定性差的煤入爐后，在氣化和燃料層移動的過程中會出現破碎率高的現象，易形成小粒度煤或煤粉，這些小粒度煤或煤粉受氣流作用，有的隨氣流被帶出造氣爐，有的會積聚在一起，使爐內炭層阻力分布不均，加上煤粉易燃燒，極易造成造氣爐內出現風洞、結疤現象，使爐況惡化，以致于無法維持正常生產。因此，盡量不用熱穩定性差的原料煤。

6　揮發分

煤的揮發分是指在一定溫度下干餾時析出的氣體和焦油等可揮發的組分，煤中所含揮發分的多少與煤的硫化程度有關，用揮發分高的原料生產的半水煤氣中含有大量的甲烷等碳氫化合物，對甲醇生產來講是有害氣體。所以，揮發分含量高的原料不僅會增加消耗，而且還能降低造氣爐的發氣量。一般情況下，田悅分公司所使用的塊煤及小籽煤的揮發分＜6%（質量分數）、型煤中揮發分質量分數＜15%。

7　灰熔點

煤中所含的灰分在造氣爐內達到一定的溫度時就會出現變形、軟化和熔融狀態，當固體灰分變為液態時所達到的溫度即稱為灰熔點。煤的灰熔點是影響爐內工況好壞和溫度高低的主要因素之一，如果灰熔點太低，氣化層溫度就不能太高，否則會造成爐內結大塊，導致爐內床層阻力不均，嚴重時會造成造氣爐不能正常運行下去。因此，煤的灰熔點越高，越有利于提高氣化效率，越有利于高產低耗。但是，灰熔點過高，會導致含硫高，降低發熱量，從而影響造氣爐的制氣量。一般情況下，田悅分公司要求使用塊煤或小籽煤制氣時灰熔點的溫度約為1250℃，使用型煤制氣時灰熔點的溫度在650～800℃。

8　固定炭含量和發熱量

固體燃料中除去灰分、揮發分、硫分和水分以外的其余可燃物質，稱為固定炭。固定炭含量高，則灰分含量少，發熱量就高，能夠降低吹風時的空氣阻力和減少制氣時的蒸汽用量，使造氣爐的阻力降低，從而降低原料煤的消耗。另外，因灰分含量少，一方面能夠降低爐條機的負荷和轉速，另一方面也減少了下灰次數，則相應增加了造氣爐的制氣時間。反之，固定炭含量低，則灰分大，發熱量就低，導致蒸汽用量增加，致使氣化層溫度低，直接影響造氣爐的制氣量。固定炭含量越高，對氣化反應越有利。因此，入爐原料煤中的固定炭質量分數應＞73%、發熱量應＞28470kJ／kg，對制氣較為有利。

9　灰分

灰分是固體燃料完全燃燒后所剩余的殘留物，灰分含量高，則相應降低了煤中的固定炭含量，使排灰量增大，會帶走部分未燃燒的炭和顯熱，一方面增加了原料煤消耗，另一方面灰分易燃燒，在氣化過程中會妨礙氣化劑與炭的接觸，不利于氣化反應，從而降低了造氣爐的制氣能力。灰分含量高，也增加了排灰次數，導致排灰設備磨損