如何有效提高恩德爐氣化中碳的轉(zhuǎn)化率

張連明

（黑化集團(tuán)公司 工程技術(shù)部，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

目前，全國各地都在加快煤化工行業(yè)的步伐，選擇以煤炭氣化為龍頭的產(chǎn)業(yè)鏈在各地悄悄興起，恩德爐氣化成為行業(yè)的關(guān)注。因?yàn)槎鞯聽t自身的優(yōu)勢是：投資小，上馬快，操作簡單，煤源廣闊。全國已有十余家選用，二十余臺(tái)爐投入運(yùn)行，并且運(yùn)行良好。但是，恩德爐存在的弊端也不容忽視，那就是恩德爐的灰分含碳量居高，碳的轉(zhuǎn)化率偏低，造成煤炭資源的浪費(fèi)，環(huán)境的污染，同時(shí)，給生產(chǎn)的安全，穩(wěn)定，長周期運(yùn)行構(gòu)成威脅。各地恩德爐運(yùn)行廠家經(jīng)多年的努力調(diào)整和改進(jìn)，取得了顯著提高。具體體現(xiàn)在以下幾方面。

1 煤種選擇

從恩德爐設(shè)計(jì)角度上來講，恩德爐氣化采用的是流化床粉煤氣化技術(shù)，適應(yīng)的煤種為褐煤，長焰煤、不粘煤和弱粘煤。對煤的適應(yīng)性寬，煤源廣闊。但是，要使恩德爐運(yùn)行良好，提高原料煤轉(zhuǎn)化率，就要對煤的性質(zhì)方面有嚴(yán)格要求。

1.1 選擇反應(yīng)性好的原料煤

煤的反應(yīng)性即煤的活性，原料煤對氣化介質(zhì)應(yīng)有足夠的化學(xué)反應(yīng)性，以保證較高的氣化效率。對于氣化溫度較低的恩德氣化爐，反應(yīng)性的影響更大，以我廠恩德爐為例：至開車以來，分別試燒過免渡河、十八站、海滿等地的褐煤，這3種褐煤在操作溫度為980℃下的反應(yīng)性差別較大，3種褐煤轉(zhuǎn)化率也明顯不同，見表1。

表1 3種褐煤轉(zhuǎn)化率Tab.1 Conversion rate of 3 kinds of lignite

表1數(shù)據(jù)表明：原料煤的反應(yīng)性越好，氣化反應(yīng)進(jìn)行的越徹底，煤的轉(zhuǎn)化率越高。

1.2 選擇灰熔點(diǎn)高的原料煤

灰熔點(diǎn)低對于流化床屬于不利因素，因?yàn)榱骰驳拿簹饣僮髟诨胰埸c(diǎn)以下進(jìn)行，以避免灰分結(jié)渣，破壞床內(nèi)物料的正常流化狀態(tài)。但是，為了使?fàn)t內(nèi)的物料在極短的時(shí)間得到充分反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的更徹底，選擇灰熔點(diǎn)高的原料煤，更能提高操作溫度，從而，恩德爐在高溫下運(yùn)行，有利提高原料煤的轉(zhuǎn)化率。

2 降低入爐原料煤中的水分

流化床氣化是原料煤與氣化劑（水蒸汽）和富氧空氣）在發(fā)生爐內(nèi)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，原料煤中的水份只是間接參與氣化反應(yīng)，在氣化過程中雖然物料只有0～10mm大小，物料進(jìn)入爐每一個(gè)小顆粒都作為一個(gè)反應(yīng)實(shí)體，都要發(fā)生干燥、干餾、氧化還原反應(yīng)過程，只是在流化床氣化過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)較為迅速?zèng)]有明顯的界面，但原料煤水分的蒸發(fā)都要發(fā)生在每個(gè)煤顆粒本身，并且在每個(gè)顆粒表面形成一種蒸氣保護(hù)膜，這樣大大地降低了熱傳遞過程，氣化劑與顆粒作用時(shí)，反應(yīng)溫度較低，氣化速度受到影響，降低了反應(yīng)效果，以我廠恩德爐為例，選用水分不同海滿褐煤作為原料，操作溫度在980℃左右，單爐產(chǎn)氣量在37000m3·h-1左右，各項(xiàng)指標(biāo)有所不同，詳見表2。

表2 不同海滿褐煤產(chǎn)氣情況Tab.2 Gas production rate of different lignite

表2數(shù)據(jù)表明，原料煤水分越高，氣化所耗煤、耗氧、排出物含碳量、帶出物含碳量都要偏高，所以說流化床氣化要嚴(yán)格控制原料煤水分。

3 對旋風(fēng)分離器進(jìn)行改造，加大帶出物料的回流量，增加二次氣化反應(yīng)

恩德爐氣化是流化床氣化，爐內(nèi)的物料呈沸騰狀態(tài)，物料與氣化劑在爐內(nèi)底部密相區(qū)反應(yīng)，氣和大量的帶出物由爐頂引入到旋風(fēng)分離器內(nèi)，大量的粉塵在離心力的作用下被捕集到錐體底部，并由回流管回流到爐內(nèi)參加二次氣化反應(yīng)，這樣大大地降低了灰分的含碳量，有效地提高了碳的轉(zhuǎn)化率。對于一臺(tái)恩德爐氣化系統(tǒng)來說回流量的大小直接影響粉塵的帶出量和碳的轉(zhuǎn)化率。以我廠恩德爐系統(tǒng)的旋風(fēng)分離器進(jìn)行改造為例。我廠恩德爐是2003年上馬，在原設(shè)計(jì)中分離器沒有中心管，回流管的內(nèi)徑也只有200mm。而在2010年6月對旋風(fēng)分離器進(jìn)行改造，增加中心管和加大了回流管內(nèi)徑為300mm，效果非常明顯，以單爐產(chǎn)氣為40000m3·h-1進(jìn)行數(shù)據(jù)對比見表3。

表3 煤氣粉塵改造前后對比Tab.3 Comparison of before and after reforming of gas dust

從表3數(shù)據(jù)可以看出，旋風(fēng)分離器的回流量直接影響物料的二次氣化反應(yīng)，煤氣粉塵帶出量和碳的轉(zhuǎn)化率與分離器的性能有著密切的關(guān)系。

4 結(jié)論

以我廠多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看，想有效提高恩德爐氣化中碳的轉(zhuǎn)化率，就要選擇反應(yīng)性好，灰熔點(diǎn)高的煤種，同時(shí)，盡量降低入爐原料煤中的水分和增加旋風(fēng)分離器的回流量。