煤质变化对壳牌粉煤气化工艺的影响

诸葛杰源 汤吉祥

摘 要：文章阐述煤质的参数变化对壳牌粉煤气化装置的影响，并根据这些影响采取相应的预防措施。

关键词：煤质；壳牌粉煤气化；措施

中图分类号：TQ546 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0169-02

壳牌粉煤气化工艺目前在国内的应用非常广泛。通过实际运行，我们发现煤质的变化对壳牌粉煤气化炉的影响很大，它不仅对整个气化炉的能耗、物耗有影响，而且还影响整个壳牌粉煤气化炉的安全连续稳定运行。由于我国地大物博，各地大大小小的的煤矿数不胜数，各地的煤矿的煤质参数又各不相同，因此煤质的波动很难避免。正因如此，研究煤质的变化就有了非常重要的作用。通过对原煤各种参数变化的分析，搞明白煤质变化对气化炉运行所带来的各种影响，并采取相应稳定煤质的措施，以实现壳牌粉煤气化炉安全连续稳定的运行。

1 煤质变化对壳牌粉煤气化装置的影响因素

1.1 粒 度

壳牌粉煤技术对粉煤粒度有着很高的要求。要是粒度过粗，在粉煤加压输送过程中，必然会对管道设备形成冲刷磨损，减少其使用周期。要是粒度过细，则粉煤在加压输送过程中容易被压结实，进而给粉煤的运输带来麻烦，并且也会影响粉煤的煤循环，影响煤烧嘴的稳定运行。所以，一般要求粉煤粒度为5～90 μm>80%。

1.2 灰 分

壳牌粉煤技术的重要原理之一就是 “以渣抗渣”，所谓“以渣抗渣”是指水冷壁外表面附着一层耐火材料，内置金属销钉。生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡，这样煤的灰熔点不出现大的变化，氧/碳比不出现大的波动，水冷壁内锅炉水能够正常供给，炉内温度就不会出现大幅度波动，渣层厚度在动态中相对稳定的。这样在正常生产情况下，就实现了“以渣抗渣”，有效保护了水冷壁不受反应腐蚀、不受高温烧蚀、不受熔渣磨蚀，使得使用寿命延长。实践表明，对于液态排渣型壳牌粉煤气化炉，飞灰残炭要求控制在4%～18%。飞灰残炭适中，这样才能在水冷壁上形成良好的渣层。如果飞灰残炭太低，那么就无法在水冷壁上形成保护渣层，要不然就是形成的渣层太薄，达不到保护气化炉内件的效果。要是飞灰残炭太高，则会增加整个壳牌气化装置的物料损耗。

1.3 灰熔点

壳牌粉煤气化炉内温度大概在1 450℃～1550 ℃，一般壳牌气化炉操作温度要比原料煤的灰熔点大概高120 ℃左右。因此要求原料煤的灰熔点一般<1 350 ℃。要是灰熔点太低，容易使得气化粉煤的碳转化率偏低，可能还会致使气化炉水冷壁上不能正常挂渣，影响气化炉的安全连续稳定运行。对于低灰熔点煤种，一般通过将几种原煤按一定比例配煤来提高其灰熔点。要是灰熔点太高，高过壳牌气化炉的最高设计温度则会给设备带来很大的安全隐患，那么就要通过加入助熔剂（石灰石），以改变熔渣性能，使原料煤的灰熔点<1 350 ℃或更低（对应于

1 450 ℃～1 550 ℃的气化温度），从而保证正常的渣流动性。在对某种类煤进行气化之前，技术部门必须确定采用助熔剂的添加量。“过助熔”，亦即加入过量助熔剂，会造成炉渣粘度上升，过多助熔剂比助熔剂不足更糟。

1.4 原料煤水分

原料煤中水分含量高低对粉煤的研磨和运送有很大的影响。原煤中水分含量过高，研磨出同样负荷的原煤所需要的燃料气会增多，增加物耗，而且易导致粉煤在运送过程中结块，形成堵塞，影响生产；粉煤水分含量高的话，在运送跟存储的过程中还容易结块，引起煤阀波动，严重时还会使得煤阀无煤下来，危及煤烧嘴的稳定运行。因此，壳牌粉煤气化工艺要求煤中水分越低越好，原则上要求不超过10%为宜。

1.5 结渣积灰

壳牌粉煤气化炉出口合成气是通过四个中压蒸汽发生器和一个中压蒸汽过热器来冷却降温的。如果灰渣的结垢特性较强，则易导致中压蒸汽发生器和中压蒸汽过热器结垢，从而降低合成气冷却器水冷壁的换热效果，使得合成气冷却器出口温度偏高，严重时会危及整个气化装置的安全运行。运行时，如果发现煤的气化具有较高的结渣趋势，则增加激冷比率，以避免激冷管、输气管及过热器有太高的结垢率。

1.6 原煤含硫量

对于壳牌粉煤气化工艺来说，原煤中存在的硫是有害物质，它会腐蚀管道设备，造成合成气外漏，残留在管道壁上的硫，遇到高温还可能引发自然，发生火灾，对安全生产存在严重威胁。原煤中存在的硫分进入到合成气后，亦会对下游的净化系统带来影响，对于非耐硫变换来说，合成气中含硫高还容易引发催化剂中毒，对安全生产带来不小的隐患。此外，气化反应产生的硫化氢如果外漏还会对人身安全带来极大的危害。所以，一般情况下，原煤中的含硫量尽量越低越好。

1.7 挥发分

挥发分是煤加热后挥发出的有机质及其分解产物，能大致代表煤的变质程度。一般而言，挥发分越高，煤化程度越浅。煤质越轻，反应活性越好，对气化反应越有利。但由于殼牌粉煤气化工艺采用高温气化，气体在炉内的停留时间比较短，以气固所之间的扩散反应是控制碳转化的重要因素，因而对煤粉粒度要求较高，而对挥发分及反应活性要求不是很严格。壳牌粉煤气化要求原煤的挥发分不大于30%。

2 稳定煤质的措施

2.1 加强原煤采购源头管理

加强源头管控，确保原煤质量坚持从源头抓起，强化选矿环节管控。对原料煤矿的出矿数据认真分析，并与数据库中以往的数据进行比对，看煤质是否有变化。尽量选择煤质较为稳定的大矿作为气化炉的入炉煤种来源矿，以确保生产稳定。同时对选煤矿的各种细节严格管控，做到有据可查。

2.2 优化配煤稳定煤质

加强配煤的稳定均匀性很多时候，原料煤种不止来自一个煤矿，可能有2～3个煤矿，这时候就需要通过按合适的比例把这几种原煤配在一起，为保证煤质的稳定，务必做到几种原煤的均匀混合。

2.3 加强原煤分析工作

通知分析人员每天定时对原煤采集取样，对采集的原煤样品及时分析，及时汇报数据给操作人员。

2.4 做好原煤的转运和筛选

原煤从煤矿拉到厂里后，要及时做好转运工作，期间要避免被雨水淋湿，进而使得原煤含水偏高，还要避免跟其他煤堆混合引起原煤二次污染。在用皮带输送到磨煤单元的时候，要及时进行筛选，把原煤中携带的各类杂物滤掉，以保证粉煤输送顺畅。

2.5 做好原煤数据的统计工作

了解以往进厂原煤的各种表征参数，对每一批次进厂原煤的煤质参数及时记录和统计，逐步形成完整的原煤煤质数据库，以供日后查询。

2.6 建立煤质管理体系，实现规范化管理

为实现煤质管理规范化，采取全员参与、齐抓共管的方法，从根本上把住煤质关。利用每周的安全活动、班前会、党员活动等形式，向广大员工讲清提高煤质、提高企业经济效益以及员工收入的重要意义，使员工转变轻质量的观念，从而调动员工抓煤质、提效益的积极性，形成了全公司人人抓煤质的良好氛围。

3 结 语

煤质的各种表征参数，体现了煤质的各种特性，煤质是否稳定决定了气化炉是否能够安全连续稳定地运行。因此，在了解了煤质的各种特性后，通过采取相应的措施来稳定煤质，进而保证气化炉能够安全平稳地运行。

参考文献：

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