煤质对鲁奇气化炉经济运行的影响分析

第5期(上)尚小广等:煤质对鲁奇气化炉经济运行的影响分析●53.煤质对鲁奇气化炉经济运行的影响分析尚小广,任富强,刘志辉,宋军丽，梁学博(河南煤业化工集团煤气化公司,河南郑州450001)摘要:论述了原料煤的灰熔点水分、灰分、挥发分、 固定碳含量以及煤的粒度变化对鲁奇气化工艺的影响,并针对保稳定经济运行提出了几点建议。关键词:煤质;鲁奇气化;运行;分析中图分类号:TQ546. 1文献标识码:B文章编号:1003 -3467(2011)09 -00533 -03义马气化厂是生产城市煤气联产甲醇、二甲醚的灰熔点也就各不相同;因此,有一个最佳汽氧比的等化工产品的企业，采用鲁奇( Lurgi)加压气化的造选择,即控制气化炉内的反应温度,既不能因汽氧比气工艺。该自20世纪70年代引进以来",国内对高造成灰细导致排灰困难,也不能因汽氧比低造成该技术的掌握和应用已有了长足的发展。其中，结渣而无法排灰。若人炉煤灰熔点相差较大,就无Lurgi气化炉对煤种和煤质有-定的要求,这是气化法选择最佳汽氧比,从而造成灰熔点低的煤易结渣,炉能够长周期稳定运行的关键性因素。近年来,随容易出现气化炉工况恶化,另外还有可能达到T;温着煤炭价格的不断攀升,以及冬季用煤紧张等因素，度(煤灰熔融性流动温度) ,熔融部分将灰熔点高的该厂原料煤已达十余种，煤质的不稳定给装置生产煤包裹,阻碍了其与气化剂接触,不利于完全反应，能力及长周期稳定运行带来了很大的困难。本文通导致碳流失,表现为炉渣中的黑核现象。相反,按照过对煤质中不同因索对Lurgji 气化炉经济运行的分低灰熔点煤选择汽氧比，则高灰熔点的煤表现为灰析,提出了一些针对性建议及措施,以供参考。细,不利于排灰和制气,同时增加煤气水产量,加大了污水处理费用。1煤质对鲁奇气化炉的经济 运行分析1.2挥发分的影响1.1 灰熔点的影响挥发分一般理解为烃类,是煤中有机质加热到魯奇气化炉的操作温度介于煤的T (煤灰变形-定温度挥发出的气态及蒸汽产物，它是反映煤的温度)和T2(煤灰软化温度)之间,人炉煤灰熔点高，变质程度的重要标志,随着变质程度的提高，煤的挥则操作时就要适当降低汽氧比,相应提高炉温,蒸汽发分逐渐降低。各种煤的挥发分产率如表1所示。表1不同煤种的挥发分分解率增加.煤气水产量低,气化反应完全,有利于制气。但是受气化炉原设计制约,蒸汽也不能无限煤种挥发分产率/%制降低,否则可能会烧损炉篦及内件,因此受设备材接近70质影响,灰熔点不能太高,一般控制在1 150 C≤T2褐煤41.0~67.0≤1 250 C。反之,煤的灰熔点低,则操作时就要适烟煤长焰煤≥42当提高汽氧比,相应降低炉温(防止低灰熔点的煤气煤35 ~44料在炉内结渣,造成排灰困难),蒸汽分解率降低，26 ~35煤气水产量增加，气化反应速度减缓,不利于制气,焦煤18~26运行非常不经济。因此人炉煤灰熔点要尽可能控制瘦煤12~18在一定范围内,不能变化太大。贫煤在实际生产过程中,人炉煤存在多样性,人炉煤中国煤化工0TYHCNMHG收稿日期:2011 -03 -16作者简介:尚小广(1974 -) ,男,工程师,从事煤气化技术研究工作;联系人:梁学博(1979 - ),男,工程师，E- ml:lingue01@ 163.0。河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2011年第28卷气化炉用煤中挥发分含量的多少与煤气用途有1.4水分的影响- -定的关系。当煤气完全用作燃气时, 要求甲烷含加压气化炉对炉温的要求比常压气化炉低,而量高热值大,则可选用挥发分较高的煤做原料,所炉身一般比常压气化炉高,能提供较高的干燥层,允得煤气中甲烷含量较大。当煤气用作工业生产的合许进炉煤的水分含量高。适量的水分对加压气化是成气时,一般要求使用低挥发分低硫的无烟煤.半有好处的,水分高的煤,往往挥发分较高,在干馏阶焦或焦炭。另外,变质程度轻的煤种,生产的煤气焦段,煤半焦形成时的气孔率大，当其进入气化层时，油产率高,焦油容易堵塞管道和阀门，给焦油分离带.反应气体通过内扩散进人固体内部时容易进行。因来一定困难,同时也增加了含酚废水的处理量。更而,气化的速度加快,生成的煤气质量也好。重要的是,对合成气来讲,甲烷可能成为一种不利的煤种的内在水分属固有特性,但外在水分对气气体。例如,合成氨中要求氢气含量高,而这时甲烷化炉经济运行影响较大。水分过高时,影响主要有却变成了一种杂质,含量不能太大,故要求挥发分小以下几个方面:①水分过大,会导致筛分效果不好,于10%。堵骞筛板,且块煤表面黏附末煤人炉后影响气化炉总体来讲,煤的挥发分对鲁奇气化炉运行工况工况,还容易造成煤锁膨料挂壁,加煤不畅;②煤中影响不是很大。煤中挥发分变高,能造成副产品焦水分过大,蒸发汽化所需热量增加,造成氧耗一定程油和中油的产率增大,粗煤气产率下降,粗煤气耗块度增加'3] ;③原料煤雨雪季节防护不利,水分过高煤的单耗随之增加。表2为义马气化厂2010 年6、时,还可使煤气水产最增加,增加污水处理费用。8月份气化炉采用不同煤种,其挥发分与焦油产量、1.5煤的粒度的影响粗煤气标煤单耗的比较,可以看到,8月份煤的挥发鲁奇气化工艺属于碎煤气化,对粒度要求较高分高于6月份煤的挥发分,其对应的8月份焦油产(5~ 50 mm碎煤) ,粒度大小和范围不同,会造成气率高,粗煤气折标煤的单耗也增加。可见,煤中挥发化炉同一床层截面的煤的比表面积不同,而在同一分低,煤气产率增加,气化炉运行更为经济。床层截面上,气化剂的分布是均匀的,比表面积大的表2不同挥发分的煤的焦油产 建及粗煤气单耗需要的氧气多,若粒度大小和范围不同,就会造成气份人炉煤量煤挥发分挥发分量焦油产量焦油产率相煤气折标煤化炉同一床层的反应速度不同,而向下排灰拉动床%单耗VkNm'_层下移却是均匀的,这样就可能会导致气化炉内床6 91668 27.72 25410 1496层紊乱,比表面积大的煤(小粒度),因反应不完全_ 8 8250729.92 24686 1 8867.630.750和灰渣-起排出,碳在灰锁中继续反应使就锁温度1.3灰分 及矸石的影响也升高,同时灰中残炭量升高,因碳流失从而使产气煤中矸石含量及厌分增加时,一是矿物质燃烧率下降,块煤单耗升高。灰化时要吸收热量,大量排渣要带走热量,因而降低实际生产经验告诉我们,鲁奇气化中若用煤中了煤的发热量;二是为防止气化炉结渣,要适当提高大于50 mm粒度的煤偏多,易造成气化反应不完汽氧比,降低了气化炉的操作温度,影响了气化强全;而小于13mm的煤偏多,容易产生小粒度填充度,蒸汽分解率降低,煤气水的产量提高,粗煤气产大粒度间隙的现象,同时还会出现大粒度遍布气化量减少。炉床层四周,而小粒度集中于中央,引起床层不均,同时，随着煤中矸石含量及灰分增加,煤灰中.局部阻力增大,气化剂通过床层时会出现阻力小的FeO.CaOMg0、K20作为助熔剂[2],对结渣起到促部位通过的气化剂量多，阻力大的部位通过的气化进作用,加剧了设备磨损,- -是炉篦刮刀、护板等部剂量小,不但影响气化炉的产量和气体质量,而且易:件,二是煤灰锁上下阀运转周期缩短,设备检修频次出现气化炉局部过热结渣、结大块,造成气化炉工况增加，开停车频繁。灰分过高时,影响气态反应物，恶化。通过多年来对粒度大小和粒度范围的分析，反应产物扩散速度和热量的传递速度，使气化反应我们得出免夺气化坩虻府培制范围如下:5~13中国煤化工总反应处于扩散状态,阻碍了固体表面和内部气化mm，右;25 ~ 50 mm,反应的有效进行,碳核也会进人灰区,导致灰锁温度30%|YHcNMHG时需避免出现大升高,严重时导致各反应层紊乱,造成气化炉工况恶于100 mm的煤。表3为(该厂规范煤粒度后)2010化。年1~9月份送人气化炉煤粒度分析结果,相对于往第5期(上)尚小广等:煤质对鲁奇气化炉经济运行的影响分析.●55年有更好的气化炉运行状况和粗煤气耗块煤单耗,这也证明了我们总结的经验值的正确性。表32010年(1~9 月)入炉块煤粒度分析结果1月3月4月6月78月9月总计度平均值平均值 平均值平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 平 均值>50mm24.50 26. 6627.4729.71 33.3131.5628.5722.57 28. 6628.1125~50mm32.27 34. 7835. 1032.57 33. 6036.6836.3240.82 35. 2935. 275~25 mm42.87 38.0837.2437.20 32. 5931.0234.7136.62 35. 6336.22<5 mm0.440. 380.400. 360. 370.340.390.470.42 .0..401.6 固定碳含量的影响2.1集中采购并 据灰熔点分类堆放影响煤的发热量的主要因素是固定碳,固定碳据鲁奇气化炉对煤的特殊要求,煤炭采购中应含量提高,则灰分、挥发分等相应含量下降,有效成将灰熔点作为一项主要的控制指标,尽可能集中采分增加,有利于制气。但随着固定碳含量的升高,煤购灰熔点相近的煤种。若因采购困难造成灰熔点相在鲁奇炉内就需要更多的氧气参与反应,若气化反差较大,在煤场中应据煤质、灰熔点等分类堆放,人应氧气量一定且与煤的发热量不匹配时，由于固定炉前应将灰熔点相近的煤合理搭配。尽量避免在气碳含量升高，参与反应的氧气不足,会造成炉内反应化炉上频繁切换使用不同灰熔点的煤,以利气化炉速度减慢,煤在炉内停留时间增长，导致各层拉长，操作时最佳汽氧比的选择和经济运行。干馏层缩短,干燥层缩短或消失。气化炉的工况表2.2降低灰分 加强矸石手选能力现为:粗煤气出口温度高,在450 ~490 C ;灰锁温度灰分和矸石无任何利用价值,增加了运输成本。高,在330 ~380 C ;在此温度下,煤中的挥发分在干煤炭采购中应据价合理控制灰分,灰分含量越低越馏层生成焦油的成分多(煤焦油生产约在320 C开好。此外,在备煤过程中应增加人力选矸的能力,矸始,在430 C达到最大值),焦油产量增加,剩余半石含量过高严重影响设备运行周期,造成设备检修焦减少,进入气化层后,生成CO、CO2 H2、CH4的有频次增加,开停车频繁。气化炉检修频次增加所带效成分减少,导致块煤单耗出现拐点。图1为2010来的费用远远高于选矸人力成本费用,同时气化炉年1~8月份煤中固定碳、挥发分与粗煤气耗块煤单长周期稳定运行还会带来更好的经济效益。耗情况图。2.3合理 选择发热量保证用煤粒度1.0以煤中固定碳含量或发热量采购,合理选取适0.900.80合鲁奇气化工艺的煤,避免盲目追求过高固定碳含0.60 +块煤单耗→煤中固定碳。媒中挥发分量,造成原料成本过高,气化炉运行不经济。煤炭采0.50购中要严格控制块煤下限率,末煤含量尽可能少,同.0.300.20时在煤运输装卸、进入气化炉过程中尽量减少不必0.要的碰撞和挤压，充分利用块煤。此外,煤厂还应加月份强雨雪季节原料煤防水,可利用加盖遮雨布或存于團1 2010年1 ~8月份煤中固定碳.挥发分与块煤单耗圄煤棚中,避免入厂'干煤二次受水,满足气化炉的稳定从上图可以看出,8月份煤种固定碳升高(即发运行。热量升高) ,但粗煤气耗块煤单耗却出现拐点,呈上参考文献:升趋势,充分说明并不是煤中固定碳越高越好,也就是说固定碳的含量相对应气化负荷等因素应有一个[1] 宿凤明,刘 江.煤质对固定床气化炉气化性能影响的工业试验研究[J].节能技术,2010,28(1) :21 -24.合理的区间。可见，针对煤的固定碳对鲁奇气化炉[2] 孔令坡.浅析气化指标对煤气化工艺的影响[J].煤质经济运行的影响,还有大量的工作值得我们去研究和分析。3]中国煤化工，中操作的影响[J].2气化炉稳定经济 运行的煤质建议及措施FHCNMHG