碎煤加壓氣化爐褐煤、煙煤及摻燒運(yùn)行分析總結(jié)

段偉

內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古赤峰，025350

0 引言

碎煤加壓氣化爐可用原料煤范圍較廣，不同煤種對(duì)工藝操作要求不同，導(dǎo)致產(chǎn)品氣組成不同、日常運(yùn)行維護(hù)不同。受原料產(chǎn)地、運(yùn)行成本、產(chǎn)品組分制約，各地使用碎煤加壓氣體化爐的公司會(huì)因地選用合適的煤種煤源。掌握煤種特性，有利于保障碎煤加壓氣化爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，通?？梢酝ㄟ^操作條件的改變來控制產(chǎn)品的組成，但不同煤種會(huì)產(chǎn)生不同的問題，可以根據(jù)煤種的不同提前采取對(duì)應(yīng)的調(diào)整措施，以保證碎煤加壓氣化爐的長周期高負(fù)荷運(yùn)行[1]。

1 原料煤工業(yè)性質(zhì)分析對(duì)比

從表1看出，從褐煤到煙煤，全水含量逐漸減少，有利于煤的儲(chǔ)存而不會(huì)粉化，入爐后遇熱煤氣粉化率也低，可降低氣化爐夾套壓差及集水槽堵塞頻率，利于碎煤加壓氣化爐的運(yùn)行；該種煤產(chǎn)氣法中水的產(chǎn)量大幅降低，從而降低了大量水處理成本費(fèi)用。從褐煤到煙煤，空干基灰分逐漸減少，這可以提高爐篦使用壽命、減少氣化爐帶出的熱損失、提高灰鎖上下閥使用壽命、降低灰渣處理費(fèi)用。從褐煤到煙煤固定碳含量逐漸增加，固定碳的增加可以使氣化爐的產(chǎn)氣量增加、減少運(yùn)輸成本。從表1看出煒煤的揮發(fā)分最少、褐煤揮發(fā)分最多，揮發(fā)分的增加可以提高甲烷、焦油1#的產(chǎn)量。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以很明顯地看出，煙煤屬于低水、低灰、高發(fā)熱煤質(zhì)，褐煤屬于高灰、高水、低發(fā)熱煤質(zhì)，煒煤的各參數(shù)更接近褐煤，所以通過以上煤質(zhì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于摻燒來說，煒煤摻燒褐煤可以使碎煤加壓氣化爐工況更加穩(wěn)定[2]。

表1 原料煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)

2 煙煤摻燒前準(zhǔn)備工作

①氣化中心各級(jí)管理人員和各班組成員要認(rèn)真組織學(xué)習(xí)《煙煤摻燒方式總體說明》，并形成學(xué)習(xí)記錄。②摻燒前解除氣化爐出口溫度CT029聯(lián)鎖值，24小時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定后投用聯(lián)鎖；解除聯(lián)鎖期間，當(dāng)出口溫度達(dá)到450℃時(shí)手動(dòng)停車（原單燒褐煤出口溫度連鎖值是425℃）；主要原因是煙煤全水低導(dǎo)致粗煤氣出口正常溫度要比單燒褐煤高；單燒煙煤時(shí)候出口溫度為530℃。上述各溫度經(jīng)設(shè)計(jì)院計(jì)算而定。③摻燒后通知分析人員對(duì)氣化爐做粗煤氣半分析化驗(yàn)，如果出口CO2含量超過35%時(shí)，應(yīng)結(jié)合灰樣降低汽氧比，汽氧比調(diào)整幅度為每次0.05kg/Nm3，調(diào)整頻次不要超過2小時(shí)/次。④在摻燒期間，氣化爐出口溫度、灰鎖溫度波動(dòng)較大，可能會(huì)出現(xiàn)法蘭泄漏點(diǎn)，需要現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)巡檢。⑤摻燒過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，出現(xiàn)以下情況，操作工有權(quán)先停車后匯報(bào)。a.出口粗煤氣半分析CO2含量連續(xù)3個(gè)超40%；b.出口粗煤氣半分析O2含量連續(xù)超3個(gè)超1%。⑥煤種摻燒的關(guān)鍵之一是保持穩(wěn)定均勻摻燒，所以對(duì)輸煤斗輪機(jī)的調(diào)整要求很嚴(yán)格。⑦摻燒比例要循序漸進(jìn)，每次摻燒比例調(diào)整后一定要穩(wěn)定觀察24小時(shí)后再進(jìn)行調(diào)整。

3 單燒、摻燒氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

3.1 單燒煙煤、褐煤氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，碎煤加壓氣化爐使用褐煤時(shí)粗煤氣出口溫度最低，煒煤次之，煙煤的粗煤氣出口溫度最高，主要是因?yàn)楹置核指?，氣化爐底部產(chǎn)生的粗煤氣在經(jīng)過爐內(nèi)頂部煤層時(shí)被吸收了大量熱量。從表2看出，氣化爐在使用褐煤到煙煤的過程中，灰鎖的溫度逐漸降低，主要是因?yàn)闊熋褐谢曳稚?、固定碳含量高、活性低；為了使固定碳充分燃燒而選擇降低爐篦轉(zhuǎn)速，因其煤質(zhì)活性低不但不會(huì)導(dǎo)致火層上移，還會(huì)使氣化爐中的原料煤被充分利用，減少灰中的殘?zhí)?，最終降低灰鎖溫度；灰鎖溫度降低可以提高灰鎖使用壽命、防止下灰室膨料停車。煤鎖法蘭溫度在實(shí)際運(yùn)行過程中主要為判斷氣化爐是否缺煤提供依據(jù)，在運(yùn)行過程中煙煤的法蘭溫度波動(dòng)較褐煤小。氣化爐在同等負(fù)荷下使用煙煤時(shí)夾套壓差比褐煤低，主要原因是煙煤的力學(xué)強(qiáng)度高且內(nèi)在水分低，煤在加入氣化爐后不容易粉化，氣化劑在爐內(nèi)上升的過程中阻力??；可以解決褐煤因夾套壓差高而不能提高負(fù)荷的弊端，可有效避免因煤鎖在泄壓過程中未關(guān)嚴(yán)下閥導(dǎo)致的氣化爐壓差連鎖停車；氣化爐在同等負(fù)荷情況下使用煒煤時(shí)夾套壓差最低，因?yàn)樗群置汉可偾冶葻熋簥A套自產(chǎn)蒸汽量小，所以氣化爐使用煒煤時(shí)夾壓差最小。從表2看出，氣化爐夾套耗水量從褐煤到煙煤是增加的趨勢(shì)，分析主要原因是從褐煤到煙煤，活性降低、固定碳含量增加、全水含量減少，燒煙煤時(shí)氣化劑入爐后比褐煤反應(yīng)速度慢，再因煙煤固定碳含量高，所以直接導(dǎo)致火層厚度增加，而且由于煤中水分低導(dǎo)致氣化爐頂部溫度也比褐煤高，所以最終燒煙煤的時(shí)候爐內(nèi)的熱量比褐煤多，而在飽和蒸汽壓力條件下，為了帶走爐內(nèi)的熱量，氣化爐從燒褐煤到煙煤的過程中夾套耗水量增加。氣化爐燒煙煤期間，爐篦轉(zhuǎn)速是褐煤的一半，主要是因?yàn)闊熋旱幕曳种挥泻置旱囊话搿裏熋浩陂g氣化爐同等負(fù)荷下煤鎖加煤量是褐煤的60%左右，主要是因?yàn)闊熋旱墓潭ㄌ己扛?，可以減少煤鎖打循環(huán)放空煤氣、減少煤鎖氣壓縮機(jī)和氣柜的運(yùn)行壓力[3]。從表2看出，氣化爐廢鍋殼側(cè)耗水量從褐煤到煙煤是增加的趨勢(shì)，粗煤氣出洗滌冷卻器的溫度相同，所以斷定，氣化爐在同等負(fù)荷情況下，煙煤產(chǎn)的粗煤氣量是最多的。

3.2 單燒煙煤、褐煤的氣化爐粗煤氣數(shù)據(jù)分析對(duì)比

從表3看出，氣化爐燒煙煤時(shí)一氧化碳和氫氣含量比褐煤有所增加，氣化爐燒褐煤時(shí)甲烷含量增加。

3.3 單燒煙煤、褐煤的氣化爐煤氣水?dāng)?shù)據(jù)分析對(duì)比

從表4看出，單燒煙煤時(shí)煤氣水產(chǎn)量只有單燒褐煤時(shí)的74.41%，主要原因是煙煤的全水含量少，為酚氨回收裝置奠定了良好的基礎(chǔ)?？偡?、總氨、COD等都比單燒褐煤時(shí)要小很多，主要是碎煤加壓氣化爐單燒煙煤時(shí)爐內(nèi)溫度高，爐溫高不利于總酚、總氨、COD等物質(zhì)的生成。

表2 氣化爐單燒煤種數(shù)據(jù)

表3 氣化爐單燒煙煤、褐煤時(shí)粗煤氣分析數(shù)據(jù)

表4 氣化爐單燒煙煤、褐煤時(shí)原料煤氣水?dāng)?shù)據(jù)

3.4 單燒煙煤、褐煤的氣化爐副產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析對(duì)比

3.4.1 單燒褐煤的氣化爐副產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析對(duì)比

根據(jù)表5得出，單位煤耗產(chǎn)天然氣、焦油1#、焦油2#、粗酚的量都和煤的熱值成對(duì)應(yīng)趨勢(shì)；對(duì)于褐煤來說熱值高的煤產(chǎn)天然氣、焦油1#、焦油2#、粗酚都高。從表5看出，焦油1#、焦油2#、粗酚產(chǎn)率和煤中的揮發(fā)分變化趨勢(shì)幾乎相似。從圖1分析出：焦油0#和焦油1#的變化趨勢(shì)相近；焦油0#、焦油1#和焦油2#的變化趨勢(shì)相反；粗煤氣壓力增加可以提高焦油2#和粗酚的產(chǎn)量；粗煤氣壓力提高，焦油0#和焦油1#產(chǎn)量下降。

3.4.2 單燒煙煤、褐煤的氣化爐副產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析對(duì)比

煤化程度較低的褐煤熱解時(shí)煤氣、焦油和熱解水產(chǎn)率高，煤氣中CO、CO2和CH4含量高；中等煤化程度的煙煤熱解時(shí)，煤氣和焦油產(chǎn)率比較高，熱解水較少，黏結(jié)性強(qiáng)，固體殘留物可形成高強(qiáng)度的焦炭；高煤化程度的煤（貧煤以上）熱解時(shí)，焦油和熱解水產(chǎn)率很低，煤氣產(chǎn)率也較低，且無黏結(jié)性，焦粉產(chǎn)率高[4]。從表6看出，煙煤焦油0#的產(chǎn)率比褐煤高，煙煤焦油1#、焦油2#、粗酚的產(chǎn)率比褐煤低。

表6 氣化爐單燒煙煤、褐煤時(shí)噸煤副產(chǎn)品數(shù)據(jù)

3.5 煙煤摻燒褐煤的氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表7數(shù)據(jù)可以看出，隨著褐煤摻煙煤比例的增加，粗煤氣出口溫度呈增加的趨勢(shì)，主要是因?yàn)樗譁p少；氣化爐夾套壓差隨著煙煤比例的增加而降低，主要是爐內(nèi)相對(duì)孔隙大、氣化劑阻力小引起的；夾套耗水、廢鍋殼側(cè)耗水隨著煙煤比例的增加而增加，爐篦轉(zhuǎn)速隨著煙煤比例的增加而減少，上述原因前面已經(jīng)闡述，不再進(jìn)行論述。對(duì)于褐煤中摻燒煒煤情況，因煒煤與褐煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)相差不大，所以氣化爐運(yùn)行參數(shù)變化不大[5]。

表5 氣化爐單燒褐煤時(shí)副產(chǎn)品數(shù)據(jù)

表7 氣化爐褐煤摻燒煙煤數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)語

①實(shí)踐證明，對(duì)于碎煤加壓氣化爐，在運(yùn)行過程中是可以進(jìn)行褐煤與煙煤摻燒切換的，具體燒哪種煤主要根據(jù)煤源、經(jīng)濟(jì)效益、現(xiàn)場(chǎng)具體環(huán)境要求等多種因數(shù)決定。每種摻燒對(duì)于企業(yè)的原料煤短缺也是一個(gè)很好的解決方案。②碎煤加壓氣化褐煤中摻燒煙煤，隨著比例的增加，氣化爐煤氣出口溫度、夾套耗水、廢鍋殼側(cè)耗水、單爐負(fù)荷、噸煤產(chǎn)煤氣量都在逐漸增加，單位時(shí)間耗煤量、中壓蒸汽使用量、灰鎖溫度、爐篦轉(zhuǎn)速、單爐煤氣水產(chǎn)量都在逐漸減少。③根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況和理論分析，碎煤加壓氣化褐煤中摻燒煙煤，隨著比例的增加煤氣水中總酚、總氨、COD等難于處理的物質(zhì)逐漸減少。④根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況和理論分析可以看出，煙煤焦油0#的產(chǎn)率比褐煤高，煙煤焦油1#、焦油2#、粗酚的產(chǎn)率比褐煤低。碎煤加壓氣化褐煤中摻燒煙煤，隨著比例的增加，焦油1#、焦油2#、粗酚的產(chǎn)量會(huì)增加，焦油0#的產(chǎn)量會(huì)減少。⑤根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況和理論可以分析出氣化爐壓力和副產(chǎn)品的關(guān)系：焦油0#和焦油1#的變化趨勢(shì)相近；焦油0#、焦油1#和焦油2#的變化趨勢(shì)相反；粗煤氣壓力增加可以提高焦油2#和粗酚的產(chǎn)量；粗煤氣壓力提高，焦油0#和焦油1#產(chǎn)量下降。因此，企業(yè)在實(shí)際運(yùn)行過程中要選擇有利于生產(chǎn)高價(jià)副產(chǎn)品的方向進(jìn)行調(diào)整。⑥對(duì)于加壓氣化爐煤種的摻燒過程中，摻燒均勻是非常關(guān)鍵的，否則會(huì)影響氣化爐的工況，增加危險(xiǎn)性、降低經(jīng)濟(jì)效益。