淺談恩德爐工藝原料煤水分對(duì)有效氣(CO+H2)成分的影響

鄒大勇

(內(nèi)蒙古通遼金煤化工有限公司 內(nèi)蒙古通遼028011)

內(nèi)蒙古通遼金煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱通遼金煤公司)2009年投產(chǎn)的200 kt/a乙二醇裝置中,煤氣化采用2臺(tái)40 000 m3/h(標(biāo)態(tài))和1臺(tái)20 000 m3/h(標(biāo)態(tài))恩德爐。在2年多的試生產(chǎn)階段，恩德爐自投煤運(yùn)行以來，生產(chǎn)穩(wěn)定?，F(xiàn)針對(duì)原料煤(褐煤)中水分含量對(duì)有效氣(指CO+H2)成分的影響進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 煤中水分對(duì)恩德爐氣化反應(yīng)的影響

煤中的水分包括外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水，煤中水分含量的高低直接影響粉煤氣化的效果，一般以煤的內(nèi)在水分含量作為評(píng)定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤中水分含量隨煤變質(zhì)程度的加深而減少，水分含量較高的煤，往往揮發(fā)分含量也高。有一定水分的煤在干餾階段，煤半焦形成時(shí)的氣孔率大，進(jìn)入氣化層能使反應(yīng)速度加快，生成的煤氣質(zhì)量較好。由于氣化爐的生產(chǎn)能力較大，煤在爐膛內(nèi)的干燥層、干餾層的加熱速度很快，容易使煤粉碎而引起出口煤氣中含塵量增大，所以要求煤中含有一定的水分，但是煤中的水分過高又會(huì)給氣化過程帶來不良的影響。具體不良影響：①增加了干燥時(shí)所需的熱量，從而增加了原料煤的消耗，降低了氣化效率；②煤處于潮濕狀態(tài)，易造成粉煤黏結(jié)而不易篩分，使入爐粉煤量增多，在貯煤槽中也易產(chǎn)生蓬煤現(xiàn)象，在北方寒冷地區(qū)，易黏結(jié)設(shè)備和凍成塊狀；③干燥不充分，干餾不能正常進(jìn)行，使氣化層溫度降低，導(dǎo)致發(fā)生甲烷生成反應(yīng)、有效氣成分明顯降低，不利于生產(chǎn)。

2 煤中水分對(duì)有效氣成分的影響

理論上，煤中水分含量對(duì)氣化反應(yīng)影響很大，這樣氣化過程中原料煤中水分的高低，相當(dāng)于氣化劑中蒸汽投入的多少。一般氣化過程中，原料煤入爐后，首先要消耗一部分熱量將煤中的水分蒸發(fā)掉，對(duì)爐溫的影響很大，在同等條件下(氣化劑配比不變)會(huì)導(dǎo)致爐溫有所降低。爐溫下降會(huì)直接影響氣化反應(yīng)，不利于還原反應(yīng)的發(fā)生，而且會(huì)使甲烷生成量增多，有效氣成分大幅降低。煤中水分含量的高低對(duì)煤氣中有效氣成分的高低，尤其H2含量的高低，起著決定性作用。

煤中水分含量對(duì)有效氣成分影響在2010年和2011年的實(shí)際生產(chǎn)中得到了證實(shí)。通遼金煤公司恩德爐裝置自2009年9月運(yùn)行以來，由于煤干燥系統(tǒng)運(yùn)行一直不是太理想，所以原料煤水分含量波動(dòng)范圍比較大，在16%～32%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。為此，統(tǒng)計(jì)了2010—2011年有代表性的生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表1)并進(jìn)行了分析。

從表1中數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)其他工況幾乎沒有較大變化時(shí)，原料煤中水分的高低與有效氣成分的高低是成反比的，說明水分對(duì)有效氣成分的影響非常大，降低原料煤中水分有利于提高有效氣成分。所以應(yīng)增強(qiáng)煤干燥系統(tǒng)的干燥效果，盡量將原料煤中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20%以下，而且波動(dòng)不可太大(因?yàn)椴▌?dòng)大不利于恩德爐工況操作上的調(diào)節(jié))，以利于氣化生產(chǎn)，保證有效氣成分穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，真正達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

表1 2010—2011年1#恩德爐有代表性的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

3 解決措施

從分析和總結(jié)中可以看出，原料煤水分含量的高低以及波動(dòng)，對(duì)有效氣成分的影響是非常大的，應(yīng)從根本上解決此問題。

3.1 控制原料煤中水分

通遼金煤公司使用含水量較高的褐煤，為了更好解決原料煤含水量過高影響有效氣成分的問題，最有效方法就是降低原料煤水分含量。建議：應(yīng)保證煤干燥系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，均勻地向恩德爐供應(yīng)干燥煤；煤干燥系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)要求控制煤中水分含量，將原料煤中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)盡量控制在20%以下，波動(dòng)不應(yīng)太大，最好控制在13%～18%。這樣，在其他工況條件不變的情況下，使有效氣成分體積分?jǐn)?shù)達(dá)到工藝指標(biāo)，即基本能保證在70%以上，操作控制得好時(shí)，可達(dá)到73%～75%，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.2 操作調(diào)節(jié)

在原料煤水分含量較高的情況下，合理調(diào)節(jié)汽氣比。如果原料煤水分含量較高且無法降低時(shí)，必須對(duì)恩德爐操作工況進(jìn)行細(xì)調(diào)。根據(jù)實(shí)際情況(原料煤的水分含量)，合理調(diào)節(jié)汽氣比、氧煤比，適當(dāng)降低氣化劑中蒸汽量，從而減少C+2H2O→CO2+2H2-Q反應(yīng)的進(jìn)行，控制CO2的生成量，進(jìn)而提高CO的產(chǎn)量，來提高有效氣的成分。操作人員應(yīng)根據(jù)爐溫和現(xiàn)場(chǎng)觀察爐內(nèi)噴嘴火焰的顏色，判斷爐內(nèi)的流化和反應(yīng)狀況，合理調(diào)節(jié)，優(yōu)化生產(chǎn)，再通過對(duì)比煤氣成分分析數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次調(diào)節(jié)后，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使其達(dá)到最佳效果的汽氣配比。若原料煤水分波動(dòng)較大，細(xì)調(diào)很難進(jìn)行，爐溫變化也會(huì)很大，這樣操作人員必須精心操作，根據(jù)爐況變化及時(shí)調(diào)節(jié)汽氣比、氧煤比。

4 結(jié)語(yǔ)

通遼金煤公司通過對(duì)恩德爐生產(chǎn)中的實(shí)際情況進(jìn)行分析、研究和探索，有效控制了原料煤水分對(duì)有效氣(CO+H2)成分的影響，原料煤(褐煤)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在13%～18%時(shí)，有效氣成分體積分?jǐn)?shù)基本能達(dá)到最佳值(75.6%)。