漿粉耦合運行情況介紹及優(yōu)勢分析

高智武,鄭 磊,魏英龍,程海龍,王克榮,王俊義

(新能能源有限公司, 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 014300)

多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)作為一種先進(jìn)成熟的潔凈煤氣化技術(shù),具有運行經(jīng)驗豐富、單爐產(chǎn)能大、效率高、煤種適應(yīng)性相對較強(qiáng)等優(yōu)點,近年來得到大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用[1]。然而,多噴嘴水煤漿氣化裝置是根據(jù)煤種、工藝、容量的不同而專門設(shè)計的,為保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行和提高效益,對煤質(zhì)仍有嚴(yán)格的要求。近年來,隨著煤炭資源緊張,原煤采購成本和運輸價格持續(xù)上升,煤化工成本劇增,利潤大幅下滑[2]。如何保持企業(yè)持續(xù)的盈利能力,已經(jīng)成為各煤化工企業(yè)面臨的重要課題。

當(dāng)前市場環(huán)境下,在保證氣化裝置穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步釋放產(chǎn)能、降低消耗是提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。在此背景下,新能能源有限公司開發(fā)的漿粉耦合技術(shù)采取向氣化爐內(nèi)同時噴入煤粉和水煤漿的方式,間接提高整體煤漿濃度。資料顯示,煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加1%,有效氣體積分?jǐn)?shù)增加0.5%以上,比煤耗降低約0.6%,比氧耗降低約1.3%, 冷煤氣效率提高約0.6%[3]。通過調(diào)節(jié)漿粉投料比例和粉煤燒嘴噴射角度可以改變爐內(nèi)氣固流動及反應(yīng)進(jìn)程,實現(xiàn)煤粉和煤漿的高效共氣化。該技術(shù)突破了常規(guī)氣流床氣化單一進(jìn)料的限制,是將干粉氣化和水煤漿氣化優(yōu)點耦合的氣化新工藝。

1 漿粉耦合工藝流程

漿粉耦合氣化工藝采用氣流床氣化工藝,工藝流程見圖1。

圖1 漿粉耦合氣化工藝流程簡圖

質(zhì)量分?jǐn)?shù)約60%的煤漿通過煤漿給料泵加壓后,與高壓氧氣(純度99.6%以上)通過 4 臺在同一水平面的煤漿燒嘴對噴進(jìn)入氣化爐;同時,粉煤和氧氣在氣化爐頂部通過粉煤燒嘴注入氣化爐內(nèi),干粉與煤漿在氣化爐內(nèi)撞擊反應(yīng)。粉煤的注入能夠保護(hù)拱頂不受高速氣流沖擊,氣化爐流場更為合理;同時延長固相停留時間,提高碳轉(zhuǎn)化率,使合成氣水含量降低、CO2含量降低,有效氣含量和產(chǎn)量提高。氣化爐通過煤部分氧化(燃燒)釋放熱量,維持氣化爐溫度在該煤種的灰熔點溫度50 K以上進(jìn)行氣化反應(yīng)。氣化爐操作壓力約6.5 MPa、反應(yīng)溫度約1 300 ℃、反應(yīng)停留時間為7～9 s。氣化后煤氣主要成分為CO、H2、CO2、H2O等。產(chǎn)品氣經(jīng)過不同的流程和不同的預(yù)處理可以作為合成甲醇、合成氨、發(fā)電等的原料氣和燃料氣。

相對純煤漿氣化技術(shù),漿粉耦合氣化技術(shù)的碳轉(zhuǎn)化率和有效氣量明顯提高,同時比氧耗、比煤耗降低。液體激冷排渣,不產(chǎn)生焦油、酚及高級烴等副產(chǎn)物,污水排放減少,廢水易處理。

2 漿粉耦合運行前后比較

在粉漿穩(wěn)定運行(煤粉負(fù)荷約 60%)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,將煤漿投料量逐步降至 58 m3,煤粉投煤質(zhì)量流量逐步升高至約 21.5 t/h,維持水煤漿投煤質(zhì)量流量為1 000 t/d、煤粉干基投煤質(zhì)量流量為500 t/d,進(jìn)行煤粉滿負(fù)荷運行。10：00：00開始減少氣化爐水煤漿投料量,同步增加煤粉投料量,至11：30：00水煤漿投料量減至 63.5 m3,粉煤投料質(zhì)量流量達(dá) 20 t/h,維持煤粉滿負(fù)荷運行,進(jìn)入煤粉滿負(fù)荷運行工況。繼續(xù)減少水煤漿投料量,至15：00：00降至59 m3,維持該負(fù)荷直至結(jié)束煤粉滿負(fù)荷運行。 氣化爐運行過程中,水煤漿投煤量隨粉煤投煤量負(fù)荷調(diào)整而調(diào)整,維持氣化爐滿負(fù)荷(總投煤質(zhì)量流量為1 500 t/d)運行。水煤漿的氧煤比為491 m3/m3,粉煤的氧煤比為 466 m3/t[4]。對比同時間下氣化爐 B(水煤漿模式)和氣化爐 C(粉漿模式)運行情況,結(jié)果見表1。由表1可以看出：粉漿滿負(fù)荷運行比水煤漿模式節(jié)省氧氣約4 240 m3,增產(chǎn)有效氣3 846 m3,碳轉(zhuǎn)化率由97.85%提高至99.44%,提高1.59百分點,有效氣體積分?jǐn)?shù)由83.24%提高至86.22%,提高2.98百分比;比氧耗由386 m3/m3降低至336 m3/m3,降低50 m3/m3;比煤耗由564 kg/m3降低至545 kg/m3,降低19 kg/m3。

表1 氣化爐運行數(shù)據(jù)

3 漿粉耦合運行優(yōu)勢

粉煤運行初期,粉煤制粉采用賽蒙特混煤,優(yōu)化調(diào)整后采用王家塔煤種。調(diào)整前后所采用的煤樣分析及煤樣灰熔點分析見表2、表3。

表2 煤樣工業(yè)和元素分析

表3 煤樣灰熔點及熱值分析

通過核算,采用王家塔煤種的運行經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于賽蒙特混煤。粉煤對于煤種要求較低,適應(yīng)性廣,可使用低質(zhì)低價煤來降低生產(chǎn)成本。采用王家塔煤作為粉煤原料進(jìn)行滿負(fù)荷運行后,氣化能效提高6.6%,產(chǎn)品總能耗降低3.6%,煤耗降低2.7%。采用王家塔煤后年凈利潤為4 502萬元,經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于采用賽蒙特煤為粉煤原料。

在運行模式上,漿粉耦合技術(shù)可實現(xiàn)四噴嘴水煤漿單獨運行或粉漿同時運行,切換方便,不需要更換燒嘴或停車,可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行調(diào)整。該裝置安全可靠,自動化程度高,操作控制靈活,開車到正常生產(chǎn)過渡期短,目前已達(dá)到安全、穩(wěn)定、長周期運行狀態(tài),裝置性能與技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。后續(xù)將進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化工藝操作參數(shù),提升技術(shù)指標(biāo),通過采用劣質(zhì)粉煤進(jìn)一步提升整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

通過研究可得出以下結(jié)論：

(1) 粉漿耦合氣化運行可實現(xiàn)比氧耗、比煤耗降低。

(2) 漿粉耦合氣化系統(tǒng)中粉煤煤種適用性廣,可使用低質(zhì)低價煤,有較高的經(jīng)濟(jì)性,可降低生產(chǎn)成本。

(3) 漿粉耦合技術(shù)在實現(xiàn)單獨水煤漿運行或漿粉同時投用,不需要開停車更換燒嘴,操作靈活。