煤膠質層厚度對氣化運行效率的影響

賈 喆

(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司(簡稱華鶴公司)年產30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素項目，水煤漿氣化技術使用美國通用電氣公司水煤漿加壓氣化、四級閃蒸技術，合成氨采用丹麥托普索公司S-300軸徑向合成塔、日本三菱重工公司合成氣壓縮機，采用荷蘭斯塔米卡邦公司2 000+超優二氧化碳汽提、池式反應器熔融尿素生產工藝，流化床大顆粒造粒工藝。華鶴公司共設計3臺氣化爐，2開1備。氣化系統日投煤量1 500 t，氣化壓力為6.5 MPa。煤炭主要使用黑龍江省鶴崗地區地產煤，并使用部分俄羅斯進口煤炭，煤炭主要采購方式為外購。氣化用煤的煤質經常以發熱量、灰分來衡量，在實際生產過程中，當兩個品類的煤在兩個指標很接近的情況下，煤炭使用效率卻有很大的差異，筆者針對該情況進行分析，引入膠質層評估煤炭的概念，更加有利于在煤炭市場對煤炭進行篩選。

1 氣化用煤現狀

目前氣化用煤主要使用煙煤，其中陜、蒙地區的煤炭為長焰煤、不黏煤。煙煤內又分很多品類，區分煙煤主要依靠揮發分含量、黏結指數、膠質層厚度及奧亞膨脹度[1]，并以此區分煙煤的煤化程度。我國西部地區低階煤普遍灰分含量和硫含量低，反應性和可選性好。不同區域的低階煙煤的灰分和灰熔融性特征差異顯著，主要由其成煤時代和沉積環境所決定。

鶴崗地區的煤炭主要為中階煙煤、1/3焦煤、半焦煤和主焦煤。華鶴公司常用兩種煤炭(記為A類、B類)，其分析數據見表1。

表1 煤質分析數據

由表1可以看出：兩個品類煤炭的灰分、發熱量、水分基本接近，B類煤炭的揮發分含量高于A類，揮發分含量越高，煙煤起火點越低，易燃性好，大量的碳元素參與燃燒，氧氣消耗殆盡后，參與氣化反應的碳元素減少，在實際運行的過程中，有效氣組分含量相對較差。使用A類煤炭期間，在日產1 100 t合成氨的條件下，氣化煤漿投放體積流量為72 m3/h，使用B類煤炭在相同條件下煤漿投放體積流量為70.5 m3/h。

2 煤的成漿性分析

針對以上兩個品類的煤炭進行成漿性試驗分析(見表2)，實驗室煤漿級配參照生產現場典型級配；表觀黏度、煤漿濃度、析水率為3次試驗的平均值。添加劑添加率以干基/干基煤計。

表2 煤漿試驗數據

由表2可以看出：煤漿方面的數據基本一致，當添加劑的使用質量分數為0.4%，煤漿質量分數分別為64.40%、64.64%，且動力黏度分別為240 cp、373 cp時，煤漿均具有良好的流動性和輸送性能。B類煤炭的析水率優于A類，該數據對整體運行沒有影響。

3 膠質層數據對比分析

煤炭膠質層指數是由薩波日尼柯夫提出的一種表征煙煤塑性的指標，以膠質層的最大厚度y和最終體積收縮度x表示。測定方法是用膠質層測定儀，把煤樣裝在煤杯中從底部加熱，煤樣受熱后，逐步熔融分解形成膠質體，并自下而上形成半焦層、膠質層和未軟化的煤樣三部分。在操作過程中以探針測出膠質層厚度的變化，并據此繪出膠質層指數曲線，再從曲線上求出膠質層最大厚度，從膠質層測定儀自動記錄下的膠質體體積曲線的最終點與零點線的垂直距離，求出最終體積收縮度[2]。該方法是測定煤的黏結性的常用方法之一，膠質層指數也是我國現行煤分類的重要參數；但是該方法有一定的局限性，如煤樣的用量大、操作誤差大、重現性較差、對弱黏結性煤的鑒別力差等[3-4]。膠質層指數是衡量煤結焦性的重要指標，在實際生產中，也是區別煙煤煤階的一個重要依據。

兩個品類煤炭膠質層檢測數據見表3。雖然兩個品類煤炭的工業分析數據接近，但是由表3可以看出:B類煤炭的膠質層厚度明顯大于A類煤炭，說明B類煤炭的煤階高于A類煤炭，具有更高的煤炭成熟度；在相同條件下B類煤炭的氣化效率優于A類煤炭。

表3 兩個品類煤炭膠質層檢測數據

4 結語

目前，煤化工企業經常以工業分析項目作為煤炭篩選指標，但煤氣化使用的原料煤與鍋爐使用的燃料煤在區分上又有所不同，通過華鶴公司對鶴崗地區煤炭的深入摸索，引入膠質層概念對煤炭加以區分，可以明確地分析出在工業數據基本相同情況下煤漿投放量差異的原因。膠質層概念的引入為下一步煤炭的選用打下了技術基礎，對品類繁多的煙煤有了數據概念的劃分，并解決了長期以來煤炭工業分析數據相近氣化效率卻相差較大的困惑。