水煤浆加压气化原料用煤的选择及更换

第2期(总第95期)煤化工No. 2(Total No 95)2001年5月Coal Chemical IndustryMay 2001水煤浆加压气化原料用煤的选择及更换范立明原俊杰陕西省渭河化肥厂714000赵新合陕西省石油化工学校710061摘要渭河化肥厂原采用的黄陵煤,由于煤质灰分含量及灰熔点偏高,影响了德士古气化炉长周期稳定运行。经广泛调研分析之后,将原料煤更换为华亭煤,基本满足了气化炉长周期稳定运行的要求。本文对原料煤更换的原因进行了分析论证,对试烧及结果进行了总结提出了今后原料煤选择的一些方法关键词水煤浆原料煤加压气化文章编号:1005-9598(2001)02-0046-05中图分类号:TQ534文献标识码:B众所周知,我厂德士古水煤浆加压气化装置原生产过程中,气化炉操作温度相对偏高(1380C~始设计采用黄陵煤为原料,由于煤质变化,灰分含量Ⅰ440C),耐火砖磨蚀严重,寿命短(第一炉砖的最及灰熔点偏高,致使1996年2月23日投料之后的长使用时间为4400h);灰渣粘温特性不好,排渣困年多时间里,气化炉难以实现稳定长周期运行,严难,经常发生气化炉渣口堵塞,影响正常运行;另外,重制约了整个系统的生产运行。经广泛地对煤源调由于原煤灰分高,导致黑水中固含量远远超过设计查和研究分析之后,更换的华亭煤除煤浆浓度较低值,表1为锁渣罐在一个运行周期不同时间段P之外,基本满足了我厂气化炉稳定长周期运行的要1304入口水中的固含量,会造成黑水系统管道、阀求,改变了生产被动的局面。本文拟就这一更换过程门、设备磨蚀严重,经常因关键设备部分磨蚀泄漏而予以总结。导致停车,仅1996年10月7日~10月11日的五天时间里,P1403泵处磨蚀泄漏就高达12台次;这1项目的产生些问题的存在均严重地影响气化炉稳定运行,气化炉最长的运行时间单炉不足20天Texaco水煤浆气化工艺是用纯氧与水煤浆在表1P1304泵入口循环黑水固含量高于煤的灰熔点100C以上的温度下进行部分氧化时间/min反应,生产以CO+H为主的粗合成气,气化过程固含最/%2.403.985.446.404,537.24采用液态排渣,因而操作温度较高(1350C1440C)。按其原理分析,其工艺过程可以处理烟面对如此艰难的生产局面,我厂广大技术人员煤、褐煤、泥煤等各种煤种,且可以获得较高的碳转展开了一系列的调查,并进行了分析和研究,提出了化率适宜于水煤浆加压气化的原料煤质量指标,并严格我厂原设计及投料开车使用本省黄陵煤,该煤地制定和落实了原料煤更换的方案步骤成功地实种内水含量较低,成浆性能良好,发热量高,硫含量现了煤种的更迭,实现了装置的稳定生产适中,但其灰含量较高且不稳定,灰渣熔融特性不好。自1996年2月23日投料至1997年7月的2对德士古原料用煤所进行的调查和研究收稿日期:2000-10-152.1水煤浆加压气化原料用煤选择原则的确定2001年5月范立明等:水煤浆加压气化原料用煤的选择及更换利排渣,因而他们认为其工艺过程适应的煤种广,在海、鲁南渭河气化原料情况比较选择原料用煤时其重点放在煤的成浆性能上,同时工业分析项目上海焦化厂鲁南宇部渭化兼顾了一些煤的气化性能,而对于高灰熔点、高灰粘内水/%2.572.49度的煤,简单地考虑煤的成浆性能就确定其能否适灰分/%用于水煤浆加压气化工艺,是较为片面的挥发分/%31固定碳/%我们通过生产实践并经过对国内外生产装置的热值/kJ·k28.4930.42运行考核及认真分析讨论,提出 Texaco水煤浆加1220压气化工艺原料煤选择的原则应以煤的“气化性能灰熔点/CT21210及稳定运行性能”为主,同时兼顾煤的成浆性能。煤1325366的气化性能包括其反应活性及在一定工艺条件下可以达到的各种技术指标,而稳定运行性能主要表现大。严格来讲煤质对成浆性能的影响是多方面的,在其能否实现气化炉的顺利排渣,设备、阀门的故障而且各个影响因素之间又是密切相关的。对此,已有率及连续运行的时间以上指导原则的确定,使我们多方面的研究成果,目前较为通用的是评价成浆难得以有的放矢地进行了原料煤的一系列研究分析。易程度的难度系数数学模型并且与 Texaco以往研究不同的是,我们着眼于对D=7.5+0.5Mad-0.05HGI煤中无用成分—灰分的各项研究,对 Texaco水其中Mad—煤的分析基最高内在水分煤浆加压气化工艺创新地进行了补充和提高。HGI—煤的哈氏可磨指数;2.2煤的各种质量指标的分析研究D—成浆难度系数2.2.1煤的灰分含量灰分是煤中的无用成份,无根据成浆难度指数,可以大概推算理论上可制论对于何种用户,均希望其含量越低越好,在得的最高的煤浆浓度C:Texaco气化过程也不例外,但为了使其能顺利地以C=77-1.2D液态排出气化炉,必须将温度升至其灰熔点温度以由以上研究结果可以看出,煤的内在水含量越上,而气化反应过程本身并不需要在如此高的温度高,制得的煤浆浓度越低。煤浆浓度降低,不仅使生之下操作,这样就无谓地增加了氧耗,并使部分C产裝置达不到额定的负荷,而且使添加剂的消耗、煤燃烧成CO,以保持足够的反应温度。有资料研究表耗、氧耗均有一定增加,综合技术与经济方面考虑,明,在同样的气化反应条件下,灰分每增加1%,氧我们认为 Texaco水煤浆加压气化原料用煤的最高耗增加0.7%~0.8%,煤耗增大1.3%~1.5%;内水以Mad≤8%为宜其次灰分的增加,不仅降低了煤浆的有效成分含量,2.2.3煤灰渣的熔融特性煤灰旳熔融特性也就而且加剧了对耐火砖的磨损,使其寿命大为缩短,同是 Texaco在确定气化炉操作温度时所要测定的煤时也使灰、黑水中的固含量升高,系统管道、阀门、设的灰熔点。煤的灰熔点越高,气化炉的操作温度就随备的曆损率大大加剧,设备故障率提高,正如表1及之提高,这样气化炉耐火砖的寿命相应缩短(气化炉前面所叙述的那样。由于灰水中细灰含量高过滤机操作温度每提高100C,耐火砖的磨蚀速率增加两的开、停次数增加,工人的劳动强度提高。倍);氧的消耗也增加。为了降低操作温度就需加入另外,灰分含量高对成浆性能也有一定影响,除助熔剂以降低灰的熔点,但助熔剂的加入又增加了使煤浆的有效成分降低之外,成分的增加还使煤质煤中旳惰性物质含量,使耐火砖磨损加剧,固体灰渣的均匀性变差,削弱煤浆分散剂的分散性能,在相同处理量增加,还增加了整个制浆过程的成本,减少了煤种前提下,对提高煤浆浓度不利煤浆的有效成分。综上分析煤的灰分应该越低越好,参考表2所在缺少煤灰渣粘度特性的数据前提下,煤灰的示国内外运行厂的煤质参数,我们认为煤的灰分含熔融特性是以前用于判断和确定气化炉操作温度的量应≤13%粗略指标,根据同类厂运行煤种的数据及我厂的生2.2.2煤的最高内水含量煤的内水对气化过程产经验,我们认为,煤的熔融特性以t3≤1300C为的影响主要表现在对成浆性能的影响,一般认为煤宜煤化工2001年第2期温度有极大的局限性,而较为科学与可靠的指标是25pa·s确定操作温度,黄陵煤1450℃,华亭煤煤灰在一定温度下的粘度(即灰的熔融性)。事实上70C,两者相差90C。根据煤的灰成分计算不煤灰的粘温度曲线有一定的指导意义。同温度下的灰粘度已成为我们判断煤种是否能够稳粘度是衡量流体流动性能的主要指标,要实现定适应于 Texaco气化过程及确定气化炉操作温度气化温度下灰渣以液态顺利排出气化炉,就应使其范围的重要依据。粘度在合适的范围之内,既要保证在耐火砖表面形2.2.5灰渣的焦渣特征灰渣粘度是煤灰的高温成有效的灰渣保护层,又要保持一定的流动性。这项特性,利用以上的软件能够估算,要真正测定其在不指标是煤的稳定操作性能的重要体现。国內外对液同温度下的粘度则代价昂贵且复杂,因而我们又引态排渣锅炉的研究指岀,灰渣的粘度应在25Pa·s用煤灰渣的冷态特性即焦渣特征来判断煤灰的粘结4oPa·s之间方可保证液态锅炉的顺利排渣,我性。焦渣特征是指测定煤挥发分后所残留下焦渣的们对液态排渣锅炉与 Texaco气化炉进行了横向比特性,共分8类,序号越大粘结性越强。我们经过广较并经过多项实验分析,认为 Texaco气化炉操作泛地实验分析,认为适合于 Texaco水煤浆加压气温度下的灰渣粘度应控制在20Pa·s~30Pa·s为化工艺的原料煤焦渣特征应为1~2。且2.3水煤浆加压气化工艺原料用煤的质量指标体影响灰渣粘度的主要因素是煤灰的组成,即灰系成分。我们知道,灰中的主要矿物质成分是Al2O3总结以上的研究分析,结合我厂及国内外同类SiO2、CaO、Fe2O3、MgO等,通过调查研究表明:型厂的运行经验,我们在新的指导思想即以煤的气AlO3是灰渣熔点升高、粘度变差的主要成分,化性能及稳定操作性能为主,兼顾成浆性能的原则而且Al2O3越高,其软化温度越高。指导下,提出适合水煤浆加压气化工艺的原料煤质SiO2是煤灰成分中含量最高的组分,一般而言量指标如下它使煤的灰熔融特性变差,粘度升高,但由于它与其灰分含量≤13%它组分(CaO)可以形成低熔点的物质因而其含量在最高内水含量≤8%定的范围之内可以依据添加CaO使其对灰粘度操作温度下的灰渣粘度20Pa·s~30Pa·s(t3的影响削弱。因而通过计算SiO2+Al2O3CaO比,<1350C可以粗略判断煤灰熔点的高低。灰渣的焦渣特征1~2CaO是降低灰熔点的成分,它可以与SiO,形成然后在以上指标的控制之下进行煤种的评价和低熔点的硅酸盐,但其含量过高析岀CaO单体反而选择,成功地进行了我厂原料煤种的更换,实现了气使灰熔点升高粘度增大。因而CaO是最常采用的化炉平稳长周期运行助熔剂组分,但其添加量应控制在一定的范围之内,般应控制CaO量与灰分之比在20%左右3原料煤种的更换Fe2O3也是降低灰熔点及灰渣粘度的组分。3.1原料煤源的调查及华亭煤的确定科技工作者通过大量的研究,分析了以上各组在进行一系列的理论分析和研究的同时,我们分对灰渣粘度的综合影响回归出了许多有用的经组织物资采购及质检分析人员对我国西北地区的煤验公式,其中较为常用的是灰渣粘度25Pa·s所对源进行了广泛地调查、取样,可供使用的煤种分析结应的温度t20果列于表3。通过ts的高低大概可以判断灰渣流动情况的根据煤质初步分析结果及经济因素,初步选下好坏,t2越低说明气化炉在较低的温度下即可实现甘肃华亭煤为替代原料,其全分析结果列于表4顺利排渣。3.2原料煤试烧的技术准备另外, Watt-Fereday等人将对灰渣成分对灰渣3.2.1成浆性能试验当确定了华亭煤为替代原粘度的影响进行了回归。料之后,除对该煤种进行了元素分析、工业分析及灰我们据此编写了计算机应用软件,并对给定煤成分分析之外,还在实验室进行了该煤种的成浆性种进行了粘温特性曲线的估算及绘制,计算结果为能计哈最石加石添加验成桨性能计哈结里列王2001年5月范立明等:水煤浆加压气化原料用煤的选择及更换表3渭河化肥厂煤质调查分析数据取样地点煤矿名称外水/内水/灰分/挥发分固定碳热值灰熔点/CT陕北大柳塔矿(精煤)498.3212.2133.648105311271248陕北大柳塔矿(原煤)7.608.8712701328上海焦化厂生产用煤山东鲁南生产用煤2.579.0440.4347.96甘肃华亭杨家沟、马蹄沟混煤7.8516.0826.6749.4023.57122012301290甘肃靖远国营红会一矿3.478.2026.9161.4229.0211501701230甘肃靖远集体共兴矿3.202.8410.5229.7856.8628.88118012001290甘肃华亭管委会、陈家沟混煤5.8615.2235.9642.9624.36124912971348甘肃华亭陈家沟矿(粉煤)6.609.5112.6434.5143.3423.10119412541347表4甘肃华亭煤质分析结果(1)磨机投煤负荷仍按黄陵煤设计煤量100%工业分析元素分析灰成分运行;外水/%6.60C/%59.98SO2/%44.62(2)控制石灰石添加量为投煤量的2.5%内水/%9511H/%418180%523.0%,经灰成分分析使CO含量保持在20%灰分/%O/%12.31CaO/%7.37挥发分/%34.51S/%042|Mg0/%2.64固定碳/%43.34N/%0.96A1O3/%25.79(3)添加剂添加量控制在1.5‰~2.0‰,煤T11941/×10-23064100.78浆粘度700mP·s1000Pa:s,pH控制在7~T21254As/×10点/CPO3/%0.86K2O/%0.77(4)控制气化炉进料OC=1.05,根据华亭煤T31357[哈氏可磨指数全分析,氧煤比大约455m°O2/m3煤浆;Fe2O3/%8.90热值/MJ·kg-123.08Na2O/%1.60(5)根据华亭煤粘温特性曲线及灰熔点分析,气化炉温度1320C~1350C,温度计失灵情况下表5华亭煤实验室成浆性能按CH4量:500×106~800×10-6,CO2量:19%煤浆质量分数添加剂用量/‰粘度动性20%控制;级评)(6)其它运行控制参数与黄陵煤生产运行参数0.5270相同。3.0500B6203.3试烧结果的分析66.24940BBB试烧工作于1997年7月18日开始,在大量技64.75940术准备工作的基础之上,试烧工作进展顺利,经过对大量试烧数据的计算,其运行结果列于表6、表7实验室成浆性能试验表明,在保证流动性能的表8。前提下,华亭煤可制成的煤浆浓度约62%,NDF-01华亭煤试烧的技术分析结果表明:的添加量在1.5%~2.5%的范围内。(1)华亭煤作为水煤浆加压气化原料用煤在技3.2.2石灰石添加量试验为了降低灰熔点,有效术上是可行的;地控制灰渣粘度,我们在实验室进行了一系列石灰(2)由于华亭煤活性高,灰熔点及灰粘度较黄石的添加试验,并分别测算了煤及添加石灰石之后陵煤低,氧气消耗下降,气化炉操作温度下降约的粘温特性曲线。结果表明,石灰石添加量应控制在50C~80C,这对延长气化炉耐火衬里的使用时使灰分中的CaO含量在20%~25%,其添加量为间和寿命大有益处。第二炉国产砖的使用寿命达煤的2.5%~3.0%8800h~9300h。3.2.3试烧技术方案的确定根据实验室外成浆3)使用华亭煤气化炉排渣顺利,排渣量因灰煤化工年第2期表6华亭煤试烧运行计算结果表7对华亭煤试烧运行各技术参数的计算结果项目结果项目结果入炉氧气/m3·h-115930.0产气率/m3(CO+H2)·kg-1干煤1.57氧气浓度/%碳转化率/纯氧流量/m,h-(kgh")158660(22625.0)冷煤气效率/73.0比煤耗/kg·(km3(CO+H2))入炉煤浆/m3·h-比氧耗m3O2·(km3(CO+H2)409,4煤浆重度/t·m-31.206气化强度/m3·(m3·h)-13826.8煤浆流量/kg·h-4823.0氧耗/mO2·(t煤)630.96O/C煤浆浓度/%CO+H2/%固体流量/kg·h5547.0石灰石添加量/kg:h-1497.5表8华亭煤与黄陵煤的技术数据对比煤量/kg·hi25049.5干基工艺气量/km3h-148,60‖华亭煤「黄陵煤「统计值CO/%44,10产气率m(CO+H2)·(kg千煤)1.571.591.5835.62碳转化率/%96.596.998.0CO+H2/%79,7冷煤气效率/%73.072.472.0CO+H/k m. h38.75比煤耗/kg·(km(CO+H2)-1648.9627.2633.8煤耗/kg干煤·(m3(CO+H2)-10.646比氧耗/mO2·(km3CO+H2)-409.4404.344.0氧耗/kgO2·(m3(CO+H2))-10.584气化强度/m3·(m3·h)-13826.44227.23927.6CO+H2产量/r930000氧耗/m3O2·(t煤)630.9644.7700.4煤种半年后的五个月(大修一个月)合成氨产量是前化过程的影响而提出的水煤浆气化原料煤选用原则半年六个月的1.9倍,尿素产量是前半年的2.1倍。即以煤的气化性能及稳定运行性能为主兼顾成(4)同黄陵煤相比,华亭煤各种技术参数基本浆性能的观点是可靠和科学的,是对 Texaco水煤达到或低于设计值,基本可以满足我厂生产装置的浆加压气化工艺的补充和提高在技术上具有独创要求。性。同时经过生产实践证明制定的煤质指标是准确(5)使用华亭煤经济效益显著,合成氨煤耗可可靠且可行的。节约52元/t目前,我们所选择的煤种因成浆难而制约了生(6)由于其内水含量较高,难以制出高浓度的产负荷的提高,对此要进行综合的研究分析,进行攻水煤浆,目前煤浆浓度大约60%制约了系统负荷关,从工艺、设备及煤浆分散剂等各方面寻求突破的提高,使得系统难以实现100%负荷生产。口。工艺上应寻求煤浆粒度分布的最佳值,以调整磨机级配,使其满足制浆对粒度分布的要求;设备上对4结论及进一步的工作磨机滚筒筛可进行适当的改造,使其在满足制浆粘度的情况下不致于过多跑浆;煤浆添加剂应进行改通过我厂原料煤更换及使用华亭煤稳定生产的性研究,以更好地适应高內水的煤制浆。这样通过多实践,证明我们通过研究煤的无用成分对水煤浆气种途径来提高煤浆浓度,使系统尽快达到满负荷生产启、《煤化工》期刊从2001年开始,增设“作者简介”内容,请作者投稿时,随附作者简介,内容包括姓名年龄、职称、毕业时间、毕业于何院校、现主要从事的工作内容。9Summarization of Replacement and Choice of CoalUsed in Coal-water Slurry PressurizationGasificationFan Liming Yuan JunjieShaanxi Weihe chemical Fertilizer Plant 714000)Zhao xinhe(Shaanxi Petro-chemical Industry School 710061)Abstract The feed coal firstly used in Weihe ChemicalFertilizer Plant was from Huangling. the gasifier could notrunning in a long period and sta ble because of the high ashcontent and higher ash fusion temperature point. Aftercareful researching and analyzing, we changed coal fromHuangling to Huating, therefore meet the demand of stableand long time running. The reason of replacing the coal isanalyzed. the test running and the results are summarized inthis paper. In the end, the methods to select the coal used ingasification process are put forward