殼牌氣化爐配煤研究

郭德銘，郭會敏

（河南能源化工集團中原大化公司甲醇事業部，河南濮陽 457000）

殼牌氣化爐配煤研究

郭德銘，郭會敏

（河南能源化工集團中原大化公司甲醇事業部，河南濮陽 457000）

闡述殼牌氣化爐配煤的原則及其重要性，滿足氣化爐的高負荷穩定運行。

配煤；灰熔點；積灰；排渣

0 引 言

殼牌氣化爐采用粉煤加壓，合成氣激冷以及廢鍋回收熱量的技術，提高了碳的轉化率和熱量利用率。具有產品氣體有效氣（H2＋CO）組分高，高達90%－93%，氧耗低等優點。但是運行過程中，常出現因原料煤煤質不合適引起堵渣或者積灰的問題。為了氣化爐的長周期高荷運行，我們需要經過配煤來解決上述問題。

1 影響氣化爐運行的問題

1.1 合成氣冷卻器入口積灰

積灰的機理：中壓蒸汽過熱器是合成氣的第一個冷卻器，過熱器中央設有冷卻蓋板，飛灰容易從蓋板徑向和垂直方向擴展。在入口，靠近氣化爐側為合成氣流速的低速區，對面為高速區，低速區容易先積灰，向高速區徑向發展。過熱器積灰后，過熱蒸汽的熱通量下降，因過熱器為盤管結構，在入口處堵塞，也將會減少其換熱面積。合成器入口溫度一般控制在680℃，因為合成氣是還原性環境，煤中的灰組分將會以單質形式存在，其中鉀和鈉在高于680℃以氣態存在，在低于這個溫度會以固態形式存在。通用的一般按照灰熔點×2／3－150℃來控制。上述兩個溫度取低者作為合成器入口溫度的控制指標。

1.2 除渣系統出現的問題

除渣系統常出現的問題就是垮渣及堵渣。排渣系統要求渣的粘度在5－25泊，在這個黏度區間分別對應一個溫度，我們稱之為T5和T25，如果渣的黏度過小，將出現氣化爐內壁無法掛渣，內壁暴露在1450～1550℃的環境下，直接威脅氣化爐內件的安全。同時還有可能出現垮渣，此時高溫液態渣大量進入渣池，瞬間產生大量蒸汽，稱為蒸汽爆炸，整個氣化爐內件會受力上移，對氣化爐造成災難性破壞。如果渣黏度過大，渣在遇到極冷環噴出的水時，渣塊無法炸開，形成大塊渣，在破渣機上部和渣鎖斗處形成堵渣，渣無法排出，造成裝置停車。我們監護下渣是否順利，通過監護渣口壓差以及破渣機上部溫度，破渣機上部溫度指示了渣帶到下渣系統熱量的多少以及渣的形態，在同等負荷下，在煤中的灰組分不發生改變的情況下，如果形成的細渣較多，那么這個溫度會上升，如果形成的大塊渣多，溫度下降，這也間接反映了爐溫的變化。

2 配煤的原因

當渣系統需要的溫度和合成器入口的溫度發生矛盾時，我們就需要通過配煤調整原料煤的特性解決問題。配煤無法改變所配煤種的氣化溫度，只是改變了渣里礦物質的組分，從而調整渣的黏度。煤的氣化溫度由煤階決定，煤階其實就是煤的年齡，其最重要的表征是揮發份。一般來說，無煙煤的揮發份為8%－22%，其氣化溫度一般在1600－1620℃，煙煤的揮發份在22%－32%，其氣化溫度一般在1 480－1 580℃，而褐煤的揮發份在14%－19%，其氣化溫度在1 400℃以下。所以在配煤時，我們無法改變煤種的氣化溫度，在A煤和B煤配煤制成煤粉時，這只是一個物理過程，它們在進入氣化爐進行氣化反應時，各自性質無法改變，因為它的煤階沒有發生變化，但是氣化反應后，在膜式壁上流動的渣的組分發生了變化，這里我們要引入一個概念那就是液化溫度，簡稱Tliquidous及Tliq，液化溫度是由渣組分和相圖決定。此外，渣組分也決定了氣化爐的操作窗口。渣組分中最重要的指標是硅鋁比，硅鋁比是添加石灰石的一個指針，硅鋁比高，說明我們添加助溶劑石灰石改變渣的低溫共融不敏感，也就是說改變渣的液化溫度不明顯，硅鋁比高，我們需要添加更多的石灰石。所以配煤只是改變了液化溫度，對氣化溫度沒有影響。

3 配煤的具體操作

我們要求所配煤種的煤階盡量相近，不推薦煤的氣化溫度相差超過150℃的煤種進行配煤，因為這樣極易造成氣化反應后移，氣化溫度低的煤先進行氣化反應，然后氣化溫度高的煤種在火焰的后部反應，所以在發生氣化反應的過程中，兩種煤的礦物質發生了分離，或者說混合的不均勻，改變了渣中礦物質組分的變化，礦物質組分直接影響了渣的液化溫度。還有就是可能造成煤反應不完全，渣殘碳較高，有時會高達9%，并且氣化爐工況波動較大，存在堵灰或者堵渣的風險。汽包的大室和小室的液位差常出現大幅波動，其也真實的反映出氣化反應出現了后移，氣化區溫度變化較大。下表1，表3分別為褐煤和無煙煤的配比，我們選用的煤為煤種A和煤種B以1∶0.5的配比，石灰石添加2%。

表1 褐煤配比

氣化爐工況如下：

表2 氣化爐工況

以下為我們選擇同是某無煙煤的煤種C和 煤種D以1：1配比的數據，石灰石添加5%。

表3 無煙煤配比

氣化爐工況如下：

表4 氣化爐工況

通過上訴比較，明顯可以看出，當選用煤階較近的煤進行配煤時，氣化爐爐溫可以控制在此種煤階氣化溫度相近就行，此時煤的熱效率也較高。如果煤階差別大，我們要根據所配煤種的煤階，確定那個煤種需要最高的氣化溫度，氣化爐爐溫必須小于這個溫度。如果發現渣里的殘碳高，可以通過加入緩蝕劑來調整，一般加入水蒸汽或者二氧化碳。

4 結語

配煤僅存在當煤的氣化溫度和液化溫度發生矛盾時，我們通過配煤改變煤的礦物質組分，改變渣的液化溫度，讓它來適應我們的氣化溫度。如果所配煤種的氣化溫度差別大，高的激冷比有助于氣化爐工況的穩定。

Shell gasifier of coal blending

Guo De-ming,Guo Hui-min
（Henan energy chemical group，Puyuan Henan 457000，China）

This paper describes the principle and importance of Shell gasifier of coal blending，meet the stable operation of high load gasification furnace.

coal blending；ash melting point；ash；slag

TG44

B

1003-6490（2015）03-017-02

2015－03－25

郭德銘（1971—），男，河南濮陽人，化工工藝工程師，1994年畢業于河南省化工學校，現為河南能源化工集團中原大化公司甲醇事業部副總經理。