伊犁地區煤炭在碎煤加壓氣化工藝中的工業應用探究

景瑋 張建樹

（1 石河子大學化學化工學院/新疆兵團化工綠色過程重點實驗室，新疆 石河子 832003；2 伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊犁 835000）

1 伊犁地區煤炭的特點和性質

通過對伊犁地區多個煤礦樣煤的取樣分析統計歸納根據中國煤炭分類標準（GB∕T5751-2009）確定伊犁地區煤屬于長焰煤煤種；根據煤炭灰分分級標準（GB∕T15224.1-2010）伊犁地區煤屬于特低灰煤和低灰煤；根據煤中硫分分級標準（GB∕T15224.2-2010）伊犁地區煤屬于中-低硫煤；根據煤的全水分分級標準（MT∕T 850-2000）伊犁地區煤屬于中等全水水分；根據煤的固定碳分級標準（MT∕T561-2008）伊犁地區煤屬于低固定碳煤；根據煤的揮發分產率分級標準（MT∕T849-2000）伊犁地區煤屬于中高揮發分煤；根據煙煤的粘結指數分級標準（MT∕T596-2008）伊犁地區煤屬于無黏結性煤。根據煤灰熔融性軟化溫度分級標準（MT∕T853.1-2000）伊犁地區煤屬于較低軟化溫度灰，這也與伊犁煤較高的Si∕Al比和高鈉特性有關。根據煤的熱穩定性分級標準（MT∕T560-2008）伊犁地區煤屬于中低熱穩定性煤；根據煤的哈式可磨性指數分級（MT∕T852-2000）伊犁地區煤在72-80 屬于中等可磨煤；根據煤中氯含量分級標準（GB∕T20475.2-2006）伊犁地區煤屬于特低氯煤；根據煤中鈉鉀含量分級標準（MT∕T1074-2008）伊犁地區煤屬于中-低堿煤，根據煤中氟含量分級（MT∕T966-2005）伊犁地區煤屬于特低氟煤。根據煤中汞含量分級（GB∕T20475.4-2012）伊犁地區煤屬于特低汞煤。總體從伊犁地區的煤質特點來屬于低熱值、高水分、高揮發分、機械強度低、熱穩定性差有較強的反應活性的煤種，適合應用于碎煤加壓氣化技術。

2 伊犁地區煤質的特殊性和復雜性

通過表1、2可以看出伊犁地區的五個煤礦的煤質上存在很大的差異性，主要體現在熱值，水分，灰分，揮發份上，CaO，SO3，SiO2的含量上。不僅如此，從伊北四礦兩個不同開采面的煤樣煤質分析報告來看甚至在同一煤礦的煤質的變化和差異性也是比較大。主要表現在灰分中的FeO，SO3，Al2O3上。煤種的灰成分分析表明，煤灰的熔融溫度與煤灰的化學組成有一定的關系， 二氧化硅， 三氧化二鋁含量越高，灰熔點就越高，而煤灰中Fe2O3， CaO 越高，灰熔點就越低.整體的煤灰分析中〔CaO+MgO+（Fe2O3+FeO）+K2O+Na2O〕堿性氧化物偏高，SiO2和Al2O3的含量平均低于50%，也決定了此地區的低灰熔點性。

同時從灰熔點的分析上可以看出，伊犁地區的煤炭的變形溫度（DT），軟化溫度(ST)，流動溫度（FT）之間的區間比較近，一般在0～50 攝氏度。甚至出現DT∕ST∕FT 重合為兩個點或者一個點的情況，對于碎煤加壓氣化技術來說灰渣粘度特性較差，操作溫度幅度較小。

3 伊犁地區煤炭在碎煤加壓氣化工業應用中的問題和對策

伊犁地區煤質具有長煙煤的普遍特質，伊犁地區煤質分析水分和揮發分的比重計較高，分別能到24%(外水)和30%左右，固定碳含量在45%左右，對于含水量高煤在空氣中易風化破裂，入爐氣化過程中在高溫高水分氣氛中易爆裂，粉化嚴重。[1]水分高會導致原料煤在氣化過程中帶出的氣化潛熱增大，出口溫度增高，一定程度造成氣化爐出口帶出的粉煤量增大，所以針對于伊犁地區煤炭的這一性質，碎煤加壓氣化入爐原料煤的粒度由設計值5～50mm≥90%的粒度下限提升到8mm以上，同時增加了爐前篩分裝置，減少入爐煤粉煤含量。

較高的揮發分在碎煤加壓氣化工藝中能提供10%左右的甲烷，對煤制天然氣項目來說是一個很大的優勢，但是較高的揮發分會導致煤的熱穩定性下降，煤的熱穩定性與煤的內水、灰分、揮發分有密切的關系，煤的熱穩定性與煤的內水、灰分、揮發分單因素的關聯度為Mad＞Vad＞Aad[2]，所以說伊犁地區煤質中的內水含量高和揮發分高也決定了本地區的煤質熱穩定性差。高揮發分在碎煤加壓氣化工藝干餾層生成的焦油，酚，萘等有機物更多。長時間生產容易在波斯曼套筒和喉管處堆積，造成出氣口堵塞，導致氣化爐上部煤氣換氣通道變窄，煤氣速率增大，帶出大量的粉煤。造成氣化爐出口溫度失真，集水槽堵塞，后續工段換熱器堵煤嚴重，副產品重芳烴含塵量大等大量問題，對整個系統的生產運行和負荷提升帶來了很大的制約和安全風險。后續通過擴大波斯曼套筒與喉管之間的間距，起到了很好的效果。

表1 伊犁地區煤炭工業分析

表2 伊犁地區煤炭灰分分析

伊犁地區煤種的氣化操作溫度區間窄，增加了氣化操作的難度。其主要表現為氣化爐容易因為煤質的變化汽氧比調整不及時引起氣化爐灰細或者爐溫過高結渣的情況出現。氣化操作溫度控制低，氣化爐灰細會造成氣化爐床層阻力增加，夾套與氣化爐壓差增大，嚴重時氣流托起灰床，出現氣化爐排灰困難的情況。而操作溫度控制較高時，即汽氧比控制太低，會造成氣化爐灰分熔融粘結形成渣塊，大面積的結渣現象會造成氣化爐布氣不均，嚴重時形成偏燒，氣化爐有過氧爆炸的運行風險。同時，該地區煤炭在洗選以后矸石含量也比較高，最高時約占整個灰分的1∕3，煤中的矸石多且粒度小，大量的矸石在氣化過程中帶出了大量的氣化顯熱造成氣化爐氣化效率降低。同時大量矸石的存在不利于氣化爐床層的均勻布氣，容易造成灰鎖溫度升高，氣化爐出現風洞溝流工況惡化的幾率增大。對設備特別是爐篦的磨損也會增大，降低爐篦的使用壽命。針對伊犁地區煤炭此特性可采取較高汽氧比，相對提高灰鎖的正常操作溫度，避免氣化爐超溫造成結渣。同時要加強煤質分析和粗煤氣成分的化驗分析，再結合灰樣的情況，綜合判斷，及時調整汽氧比和爐篦轉速，優化工況。

4 結語

伊犁地區煤炭煤質存在很大的不穩定性，對其在碎煤加壓氣化技術的工業應用增加了難度，但通過對其特性的進一步把握和分析，有利于操作人員及時的進行工藝調整，優化操作條件，對該地區煤炭在碎煤加壓氣化技術的工業應用上很具參考價值。