準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)露天煤氣化方式選擇的探討

（新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司，石河子市，832000） 張朝云

通過(guò)對(duì)準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)天池能源及神華露天煤礦煤質(zhì)數(shù)據(jù)（煤質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1）分析，準(zhǔn)東五彩灣礦區(qū)露天煤有以下基本特點(diǎn)：中高水分；低灰、特低灰；中高揮發(fā)份，屬含油煤；低硫磷；中等發(fā)熱值；煤的機(jī)械強(qiáng)度較高；高活性，易燃盡；高堿金屬含量，強(qiáng)沾污、腐蝕性；各礦間CaO含量差別大，造成灰熔點(diǎn)相差比較大。

該煤種是優(yōu)良的動(dòng)力和氣化用煤，從煤質(zhì)出發(fā)是選擇氣化方式的最關(guān)鍵因素，以下討論煤不同的基本性質(zhì)對(duì)不同氣化工藝的影響，以便最終確定氣化工藝路線。

1 水分

煤中水分主要影響氣化爐進(jìn)料和氣化過(guò)程中的物料平衡。對(duì)固定床氣化爐來(lái)講，煤中水分的含量必須保證出口煤氣溫度高于本部位氣體的露點(diǎn)溫度，否則需要對(duì)入爐煤進(jìn)行必要的預(yù)干燥。如果煤中含水量較高并且在干燥層干燥速度太快時(shí)，容易導(dǎo)致煤粒應(yīng)力過(guò)大而破裂，煤粉末會(huì)影響氣流分布及出爐煤氣大量帶塵。另外，煤中的水最終冷卻后進(jìn)入洗滌和降溫的煤氣水中，增加廢水處理量。但在低灰較高熱值和氧化層足夠的情況下，水分最高可達(dá)35%。對(duì)于濕法氣流床來(lái)講，該煤較高的內(nèi)水影響了成漿性，（成漿性＜50）不適用水煤漿氣化。對(duì)于干粉氣化爐，該煤較高的水分，需要處理能力較大的預(yù)干燥設(shè)備將煤干燥至粉煤密相輸送的要求。

2 揮發(fā)分

對(duì)于固定床來(lái)說(shuō)，揮發(fā)分決定煤進(jìn)入爐內(nèi)初期的反應(yīng)性和干餾階段的熱解產(chǎn)物的組成。另由于固定床氣化溫度較低，為了獲得高的碳轉(zhuǎn)化率，要求煤有較好的反應(yīng)活性，即揮發(fā)份含量高的煤。而對(duì)于氣流床，由于氣化溫度較高（一般在1 300以上℃），而且粒度較?。ㄐ∮?00um），所以對(duì)煤的反應(yīng)活性要求較低，因此對(duì)煤的揮發(fā)份含量基本沒(méi)有要求。

表1 五彩灣礦區(qū)煤質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 粘結(jié)性

對(duì)于固定床只能氣化弱粘結(jié)煤和不粘結(jié)煤，較強(qiáng)的粘結(jié)性會(huì)使煤結(jié)焦，影響氣化劑分布和煤的反應(yīng)活性。而且在加壓情況下弱粘結(jié)煤的粘結(jié)性也可能會(huì)迅速增加，所以對(duì)于弱粘結(jié)性煤氣化，還需增加破粘裝置。對(duì)于氣流床來(lái)講，煤粉顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間很短，反應(yīng)速率很快，煤粉顆粒之間相互作用的機(jī)率很低，所以粘結(jié)性的影響非常小。

4 反應(yīng)活性

反應(yīng)活性的影響和揮發(fā)份類似。由于固定床氣化的特點(diǎn)，高反應(yīng)活性的煤可以降低氣化爐的氣化溫度，如此不僅可以降低氧耗，而且可以避免灰結(jié)渣,所以活性越高越好。對(duì)于氣流床，較高的氣化溫度對(duì)煤活性的要求幾乎可以忽略。

5 熱穩(wěn)定性

熱穩(wěn)定性是煤在加熱過(guò)程中，是否易破碎的性質(zhì)。對(duì)于固定床，對(duì)煤有粒度的要求（5～50mm），熱穩(wěn)定性差的煤進(jìn)入氣化爐，隨著溫度升高發(fā)生破裂，產(chǎn)生細(xì)粒和粉末，從而影響氣流在固定床內(nèi)的正常流動(dòng)和均勻分布，影響飛灰?guī)С隽亢蜌饣^(guò)程的正常進(jìn)行，固定床一般要求熱穩(wěn)定性Ts+6＞75%。而氣流床是粉煤進(jìn)料，對(duì)熱穩(wěn)定性沒(méi)有要求。

6 機(jī)械強(qiáng)度

對(duì)于固定床，煤的機(jī)械強(qiáng)度與氣化爐加料過(guò)程中煤破碎產(chǎn)生粉末有關(guān)，最終和飛灰?guī)С隽坑嘘P(guān)，一般要求機(jī)械強(qiáng)度大于70%。在氣流床中，煤的機(jī)械強(qiáng)度與氣化過(guò)程無(wú)關(guān)，而與煤粉的制備有關(guān)。

7 粒度

在固定床中煤的粒度要求5～50mm，且盡量均勻，大量煤粉和細(xì)粒會(huì)使床層分布不均而影響正常操作，所以大量的粉煤需要平衡，用于干粉氣流床和發(fā)電。氣流床要求將煤磨制成100um以下的粒度，不同氣流床對(duì)粒徑的分布有具體要求。

8 灰性質(zhì)

8.1 灰熔融性

固定床氣化氧化層的操作溫度要求在ST溫度以下，以控制灰不易結(jié)渣順利的排出。如ST溫度太低，需提高汽氧比，控制氧化層在較低的溫度，導(dǎo)致氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)效率降低以及大量蒸汽進(jìn)入污水系統(tǒng)。即使在ST溫度較高的情況下，由于受到爐體材料的限制，氧化層溫度也不能過(guò)高，固定床一般要求ST＞1 250℃,在低氧耗的情況下有較大的操作空間。對(duì)于氣流床由于是液態(tài)排渣，要求操作溫度高于FT溫度，一般要求FT＜1 500℃。

8.2 堿金屬含量

固定床氣化由于煤灰與金屬爐壁在高溫下直接接觸，如含有較高的堿金屬會(huì)使傳統(tǒng)的爐壁材質(zhì)發(fā)生高溫腐蝕，所以如煤灰中含有較高的Na、K，需預(yù)先對(duì)爐壁進(jìn)行處理，防止發(fā)生腐蝕。氣流床由于有渣層保護(hù)，所以不易發(fā)生堿金屬腐蝕。

8.3 粘溫特性

由于固定床氣化為固態(tài)排渣，灰渣沒(méi)有處于熔融流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)粘溫特性無(wú)要求。但氣流場(chǎng)存在爐壁掛渣和液態(tài)排渣，所以對(duì)灰的流動(dòng)性及粘度有限制，一般要求操作溫度下灰的粘度為2.5～25Pa·s，而且在操作溫度范圍內(nèi)粘度緩慢變化，不發(fā)生突變?cè)斐稍拢ㄒ话阋蠡以鼮椴Ａ栽蛩苄栽Y(jié)晶渣抵抗溫度波動(dòng)較差，且操作空間很?。?。

綜上，根據(jù)五彩灣礦區(qū)煤質(zhì)的特點(diǎn)及主要?dú)饣笜?biāo)對(duì)不同氣化方式影響的分析，由于成漿性的極大限制，濕法氣流床不適用。干法氣流床由于煤較高的水分和煤灰（結(jié)晶渣）較差的粘溫曲線，需要投入穩(wěn)定可靠的大型干燥設(shè)備及對(duì)煤灰成分改質(zhì)獲得好的操作條件。而固定床氣化對(duì)煤質(zhì)的要求和五彩灣礦區(qū)的煤質(zhì)匹配性較好。

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