多元料漿煤氣化細渣含碳量高原因探討

陳寬平

摘 要：分析了多元料漿煤氣化細渣中殘碳高的原因，通過對水煤漿氣化運行分析，針對性提出了通過提高爐溫、調整煤漿粒度及濃度和調整工藝燒嘴環隙尺寸增強煤漿霧化效果等降低細渣中殘炭的措施，有效降低細渣中殘碳量，達到降低單耗的目的。

關鍵詞：多元料漿；水煤漿氣化；細渣殘炭含量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.083

1 多元料漿煤氣化技術

多元料漿煤氣化技術屬濕法氣流床加壓氣化技術，是指對固體或液體含碳物質（包括煤、石油焦、瀝青、油、煤液化殘渣）與流動相（水、廢液、廢水）通過添加添加劑（分散劑、穩定劑、PH值調節劑、濕潤劑、乳化劑等）所制備的料漿，經高壓料漿泵升壓后送入多元料漿氣化爐氣化燒嘴，高壓氧氣和料漿經噴嘴混合、霧化后噴入氣化爐反應段，生產以CO+H2為主要成分的粗煤氣。高溫煤氣夾帶著未完全反應的碳粒及細渣顆粒并流向下進入溢流式激冷器，與來自激冷室中的激冷水充分接觸，煤氣降溫冷卻并飽和。粗煤氣夾帶的細渣和未反應的碳粒進入激冷室下部的鎖斗定期加壓排出。冷卻后的煤氣經洗滌系統洗滌后進入下游工段；煤氣激冷黑水和洗滌黑水經換熱后去分離器進行灰水處理，灰水處理后返回氣化系統循環使用。濃縮后的黑水進入真空帶式過濾機，過濾出的細渣送細渣處理，濾液返回澄清槽循環使用。

2 氣化爐渣內部含碳量高的因素探討

2.1 氣化爐操作溫度的作用

氣化爐內部的操作溫度是由隨氣化用煤灰熔性的溫度所決定的，隨著后者變化而改變，這個時候就需要充分保證氣化爐內壁的厚度必須相當的厚，渣層需要達到3-5mm作用，同時也要保證渣的流動性，這樣可以保證順利排渣，通常情況下氣化爐內部的操作溫度要超過灰熔點（FT）溫度大約50℃。耐火磚需要延長使用壽命，氣化裝置的運行周期也要延長，而我單位采用了一種低灰熔性溫度的洗精煤作為燃燒原料，由于其FT溫度又比較低，這就讓爐內操作溫度從原來的1350℃降逐步降低到當前1300℃上下，氣化反應速率也會必然跟著降低，因此最終導致了細渣中殘碳量逐步增多。

2.2 煤漿粒度分布的影響

原設計煤漿粒度20目的過篩率應大約在98到100%這個范圍，當前大概為97%；40目的過篩率在90-98%之間，現實際為88%左右，120目的過篩率應在5-70之間，現實際為48%左右，200目的過篩率應在40-50之間，現實際為39%左右。磨煤機負荷的增加也會讓煤漿粒度增加大，在相同的溫度、壓力和停留時間下，反應物粒度也將增大，這必然會讓氣固相接觸面積隨之減少，反應速率也跟著降低，這樣一來反應物轉化率必然會出現顯著地下降，最終使得細渣中殘碳量跟著升高。

2.3 燒嘴霧化角的改變會讓煤漿噴出偏流

在當前情況下，國產燒嘴通常都會運行到90d，不過需要值得注意的，燒嘴通常使用到后期以后，煤漿通道因被煤漿射流長期的磨蝕和侵蝕，流通面積逐漸變得寬大，因此截面也變成了不規則的圖形，這讓煤漿噴出很多偏流，煤漿的分配也肯定不均勻，這時煤漿流速也不斷下降，這樣一來氣化劑與煤粉混合效果也必然會下降很多，霧化效果肯定會變得很差，氣固相反應轉化率也隨之降低，細渣中含碳量也會跟著升高。隨著燒嘴使用周期的不斷延長，霧化效果更差，氧氣與煤粉混合效果繼續下降，反應能力進一步下降，細渣中殘炭含量也進一步升高。又要考慮到燒嘴裝配時緊固力存在一定的誤差，又因此熱應力的影響三通道的燒嘴出現了不同心的現象，使煤漿出燒嘴時就出現了偏流，霧化效果也是非常差的，最終導致了細渣中殘碳量的急劇升高。

2.4 氧煤比失調的影響

受氣化爐操作溫度等的限制，氣化煤漿量的增大造成氧煤比過小，正常情況下每立方煤漿需氧490m3，實際為476 m3。氧氣相對不足造成煤漿投入后反應不完全，煤漿過剩較多，導致細渣中殘碳量升高。同時也不允許過多的氧氣存在，因為在洗滌塔中因過氧和發生爆炸或時變換、凈化催化劑氧化，煤漿過剩量控制不好也會造成細渣中殘碳量升高。

2.5 灰熔融性溫度波動的影響

考慮到沒有煤漿在線灰熔融方面的溫度分析設備，多種煤混合燃燒時，灰熔融性溫度變化時非常之大的，采取手動方式來分析會顯得非常滯后，因此操作上通常采取依靠渣口壓差、氣體中CH4、CO2含量的一些變化數據來分析和判斷操作爐溫、煤漿的灰熔融性溫度等數值，認為判斷誤差及操作爐溫不當都易造成細渣中殘炭含量升高。在生產不穩地時細渣中可燃物含量甚至高達60%。

3 降低細渣中殘碳含量的措施

3.1 提高煤漿質量

提高煤漿質量可從控制磨機進口煤質量、均勻上料粒度、調整煤漿粒度級配、控制添加劑質量及配量和合理調節水煤比等方面入手。從提高煤漿濃度，細渣殘碳量相對降低，有效期含量增加，同時提高煤漿濃度，還可以降低比氧耗，從而降低原料煤單耗與氧氣消耗，達到節能降耗的目的。

3.2 提高氣化爐操作溫度

多元料漿加壓氣化是接近絕熱狀況的自熱式反應，在整個反應器內存在一定的溫度場分布，操作溫度是指氣化爐渣口溫度，因其必須滿足液態排渣的特定限制條件，所以還需考慮氣化反應過程的技術指標。液態排渣條件與煤灰黏溫特性及灰熔融性溫度有關。正常操作時，細渣應處于熔融狀態，且具有一定的流動性能，從而確保細渣順利排出并保持渣口暢通。模試與中試時間證明：灰粘度小于30Pa·S（對應的氣化溫度為T30 ，可保證液態排渣的正常操作。因此，氣化爐的操作問題（T0必須滿足T0≥T30）。從反應動力學角度分析，反應溫度越高，反應速率越快。提高氣化爐操作溫度，蒸汽的分解率及碳的轉化率可提高。許多試驗，包括小型熱態模擬和工業化示范裝置已總結出：在一定的操作負荷下，有效氣產率是操作溫度的函數，隨著溫度的增加，有效氣產率先增加然后下降，呈現一個單峰函數的趨勢，其最高溫度點即為最佳操作溫度。

3.3 優化燒嘴霧化效果及與爐型的匹配

通常參考煤漿質量來及時調整燒嘴中心氧量和環隙氧量之間的配合比，通過優化和調整操作方法，提高燒嘴的霧化效果，也進一步提升了煤在氣化爐內的平均停留時間以及氣化劑之間的混合均勻度，這樣就可以顯著地提高碳轉化水平。

參考文獻：

[1]賀永德.現代煤化工技術手冊（第二版）[M].北京：化學工業出版社，2010（623）.