食谱化配煤在煤化工企业的应用探索

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(河南煤业化工集团 煤气化公司，河南 郑州 450001)

•生产与实践•

食谱化配煤在煤化工企业的应用探索

任富强，宋军丽，狄朝阳

(河南煤业化工集团 煤气化公司，河南 郑州 450001)

通过对各产地煤种在鲁奇气化炉上的运行分析，探索多煤种混和在鲁奇气化炉上使用的配比原则，分析了不同负荷结构、不同产地煤种的配煤要求，制定不同配比模式下气化炉的操作调整手册，最终达到多煤种混和条件下的气化炉的安全稳定和经济运行，拓宽气化炉的原料煤源，减轻采购压力。

多产地；配比原则；操作调整；经济运行

0 前言

近年来，采购的多元化造成鲁奇气化炉所用原料煤种发生了本质变化，配烧各产地的煤种逐渐代替了单烧模式，单月配烧煤种多达10余种，不同产地的煤种存在着水分、灰分、挥发分、固定碳含量等指标的差异，给鲁奇气化炉带来了控制难度。多产地煤种混烧在鲁奇气化炉上经济使用的研究，对于煤化工企业降本增效具有重要的意义。原料和生产的匹配成为鲁奇气化炉成本控制的关键，是保障炭利用率的重要措施。本文采用食谱化配煤指导原料煤的采购、存放、配比，在鲁奇气化装置上使用，引入净煤气耗标煤单耗指标作为对标控制依据，有效降低了原煤消耗。

1 各产地煤种在鲁奇气化炉上的运行分析

各产地单烧煤种工业分析如表1所示。各产地煤种灰熔点如表2所示。

表1 各产地单烧煤种工业分析 %

表2各产地煤种灰熔点℃

煤种T1T2T3A11801280B11001140C14301470>1500D115811921220义马煤119012201250

1.1 A煤种运行分析

汽氧比：平均汽氧比在5.2～5.5之间。出口温度在A煤种的气化炉出口，粗煤气温度正常波动范围为480～530 ℃。灰锁温度：控制范围在340～380 ℃。单耗：同等负荷下A煤种与义马煤相比，煤耗降低0.064 t/(1 000 Nm3)、蒸汽单耗降低0.093 t/(1 000 Nm3)，氧耗增加5 Nm3/(1 000 Nm3)。

产率：中油产率为每吨煤产油16 kg，焦油产率为每吨煤产油18 kg，均低于义马煤每吨煤产油17.8 kg和20.6 kg。

分析：如果A煤种在义马气化厂装置长期使用，要考虑粗煤气出口部分材质、灰锁上、下阀及填料使用寿命。A煤种煤气出口温度超过鲁奇气化炉设计温度，所以A煤种作为本企业鲁奇气化炉原料煤，单烧出口温度不易控制在理想范围内，操作控制有难度。

1.2 B煤种运行分析

汽氧比：平均汽氧比在5.5～5.9。出口温度：B煤种的气化炉出口粗煤气温度正常波动范围为400～450 ℃。灰锁温度：控制范围在310～340 ℃。单耗：同等负荷下B煤种与义马煤相比煤耗降低0.146 t/(1 000 Nm3)、蒸汽单耗降低0.14 t/(1 000 Nm3)、氧耗增加0.005 t/(1 000 Nm3)。

产率：中油产率为每吨煤产油23.28 kg，焦油产率为每吨煤产油32.8 kg，均高于义马煤每吨煤产油17.8 kg和20.6 kg。分析：和义马煤相近，可以混和使用。

1.3 C煤种运行分析

汽氧比：平均汽氧比在4.3～4.4。出口温度：C煤种的气化炉出口粗煤气温度正常的范围为500～585 ℃。灰锁温度：控制范围在320～370 ℃。单耗：同等负荷下C煤种与义马煤相比煤耗降低0.188 t/(1 000 Nm3)，蒸汽的消耗则降低了0.06 t/(1 000 Nm3)，氧耗增加0.035 t/(1 000 Nm3)。

产率：中油产率为每吨煤产油2.46 kg，焦油产率为每吨煤产油2.76 kg，均低于义马煤每吨煤产油17.8 kg和20.6 kg。

分析：如果C煤种在义马气化厂装置长期使用，气化炉工况在高负荷时更易于控制。由于C煤种挥发分较低，焦油、中油产率较低，有利于制气。C煤种系烟煤中变质程度较高的贫瘦煤，挥发分含量低，灰熔点高，无黏结性，能较好的在鲁奇加压气化炉中气化。由于其灰熔点较高，因而可大幅降低汽氧比，提高操作温度，减少蒸汽消耗，减轻废水处理系统的负荷。与义马煤相比能降低1.0的汽氧比。可节省大量的蒸汽。C煤种固定炭含量高，灰分低，6 000 Nm3/h负荷下，炉篦仅维持在最低转速1.15 r/min。在7 200 Nm3/h的负荷下能够维持到3.0 r/min，不利于开车时的火层培养及低负荷运转。由于C煤种灰熔点高，故火层温度较高，因其活性差，还原层拉长，致使气化炉出口温度提高，平均达到550 ℃。高于义马煤正常操作温度100～150 ℃，因此要考虑提高洗涤冷却器、刮刀、冷圈的材质。

1.4 D煤种分析

汽氧比：平均汽氧比在7.0～7.1。出口温度：D煤种的气化炉出口粗煤气温度正常波动范围为200～230 ℃。灰锁温度：控制范围在300～350 ℃。单耗：同等负荷下D煤种与义马煤相比煤耗升高0.3 t/(1 000 Nm3)，蒸汽消耗升高0.161 t/(1 000 Nm3)，氧耗降低16 Nm3/(1 000 Nm3)。产率：中油产率为每吨煤产油12.92 kg，焦油产率为每吨煤产油10.46 kg，均低于义马煤每吨煤产油的17.8 kg和20.6 kg。

分析：如果D煤种在义马气化厂装置长期使用，堆密度较低，平均仅为650 kg/m3，造成气化炉氧负荷为4 000 Nm3/h，加煤频率已达4～5次，正常生产中要长期维持如此高的加煤频率是不现实的，这将影响气化炉负荷的提高。D煤种的活性较高，提高氧负荷要格外谨慎，严防局部烧穿导致氧含量超标而造成事故。义马气化厂气化炉炉篦装有三把排灰刮刀。D煤种灰分平均为11.29%(空气干燥基)，而义马煤实际生产中灰分为25%左右，故而在试烧时炉篦排灰转速大多为1～1.5 r/h。鲁奇气化炉主要考虑炉篦匀速转动达到排灰和均匀布气调整工况的目的，所以炉篦转速太低不利于工况调整和均匀布气。气化剂温度宜控制在350 ℃(相对应的汽氧比为7.1)附近。

2 食谱化配煤目的

生产负荷即气化炉单位时间内的氧气流量，高热值煤(固定碳含量高)耗氧量高，生产负荷低，影响式(5)反应放出热量，式(1)和式(2)受吸收热量影响，反应不充分，影响有效气成分提高。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

以各产地煤在鲁奇气化炉上的运行分析为依据，气化炉高负荷时原则选用固定碳含量高的C煤种更有利于工况控制，但是固定碳含量过高的话会影响气化炉灰锁填料、洗涤冷却器、刮刀、冷圈的使用寿命。鲁奇气化炉主要考虑炉篦匀速转动达到排灰和均匀布气调整工况的目的，灰分太低会导致炉篦转速降低，不利于工况调整和均匀布气。所以需要根据不同的负荷，把各产地煤种合理搭配，混和成适合气化炉使用的最佳煤种。

3 保障气化炉经济运行

3.1 引入净煤气耗标煤单耗控制指标

国内鲁奇煤制气工艺厂家较多，且分布较广，由于地域差别，原料煤工业分析及热值等差异较大，单一用净煤气耗块煤单耗比较，只能量化到单位净煤气耗块煤的数量，同样数量的原料煤由于热值不同，价格相差较大，制气成本天壤之别。这样较难做到能源消耗的准确定位，净煤气耗标煤指标的引入比起传统的净煤气耗块煤指标的控制，量化了不同质量能源的生产成本，为同行业煤制气生产成本提供了对标的平台，对同行业操作水平给予了客观评价。

标准燃料是计算能源总量的一种模拟的综合计算单位，在能源使用中主要利用它的热能。因此，习惯上都采用热量来作为能源的共同换算标准。当月消耗标煤量为当月实际消耗煤量与当月入炉煤平均热值[5000大卡(20.9 kJ)]的乘积。当月净煤气耗标煤单耗为当月消耗标煤量与当月净煤气产量比值。由于煤、油、气等各种燃料质量不同，所含热值不同，为了便于对各种能源进行计算、对比和分析，必须统一折合成标准燃料。标准燃料可分为标准煤、标准油、标准气等。国际上一般采用标准煤、标准油指标较多。世界各国都按本国的用能特点确定自己的能源标准量。一些经济发达国家以用油为主，采用标准油，西欧有些国家以用电力为主，采用标准电，我国以煤为主，采用标准煤为计算基准，即将各种能源按其发热量折算为标准煤。

3.2 按照灰熔点相近的原则进行采购、存放、使用

由于各产地煤的灰熔点各不相同，且相差较大。在鲁奇气化炉工艺操作时，无法选择最佳汽氧比，按高灰熔点煤选择汽氧比，会造成灰熔点低的煤结渣，结渣部分影响气化剂的均匀分布，容易出现气化炉工况恶化，另外还有可能达到T3温度，熔融部分将灰熔点高的煤包裹，阻碍了与气化剂接触，不利于完全反应，导致碳流失，表现为炉渣中的黑核现象。按照低灰熔点煤选择汽氧比，则高灰熔点的煤表现为灰细，不利于排灰和制气，造成生产负荷加不上，同时增加煤气水产量，加大了污水处理费用。可见，多煤种配烧时，各煤种灰熔点在一定范围内，且相差不大，便于控制理想的汽氧比，保证提高反应温度的同时，灰中残炭量降低，炭利用率提高，且随气化温度的提高，蒸汽分解率提高，污水产量下降，污水处理费用下降，气化炉运行更为经济。

3.3 不同的配煤模式和操作控制

3.3.1 低负荷运行时操作方案

气化炉低负荷运行时，原则以消耗D煤种为主，灰熔点相近的B煤种为辅，按照计算的加权热值配比入仓。平均热值控制在16.8～18.8 kJ，净煤气耗原料煤单耗控制在1.0 kg/Nm3。

气化炉操作调整方案：工艺指标控制为出口温度：300～360 ℃；灰锁温度：300～350 ℃；洗涤冷却器的出口温度：190～195 ℃；气化炉的压力：2 950～3 050 kPa；汽氧比：6.7～6.9；残炭控制：<6%。

3.3.2 高负荷运行时操作方案

气化炉高负荷运行时，原则以煤种A和义马煤为主，D煤种为辅按照配比入仓，平均热值18.9～23.1 kJ，净煤气耗原料煤单耗控制在1.0 kg/Nm3。

气化炉操作调整方案：工艺指标控制为出口温度：360～420 ℃；灰锁温度：330～350 ℃；洗涤冷却器出口温度：190～195 ℃；气化炉压力：2 950～3 050 kPa；汽氧比：5.6～6.3 kg/Nm3；残炭控制：<6%。

3.3.3 不同生产负荷下的配煤原则

根据不同生产负荷，把各产地煤种通过两台给煤机调节给煤量，进行受煤坑煤种的配比，送入鲁奇气化装置进行混和应用，混和后的入炉煤由煤质办进行入炉煤的综合热值分析，进行配比热值和计算热值的对照和调整。达到气化炉的粗煤气耗块煤单耗指标科学精细的控制。并根据生产负荷的波动，及时调整原料配比，调整配比后的热值匹配生产负荷，有效控制了鲁奇气化装置的标准煤单耗指标，避免能源浪费。

找出标煤单耗指标经济运行下的对原料煤的需求综合热值，指导备煤分厂的配煤，达到控制煤制气装置生产成本的目的，使资源的应用得到计划利用，避免资源的浪费和无序生产。

4 保障煤粉锅炉经济运行

本企业气化炉、锅炉供煤系统为混和进料，通过筛分实现块煤、沫煤的分离，分别供应给气化炉和锅炉，因为气化炉原料煤热值高，造成筛下混煤热值较高，而煤粉锅炉用煤的设计热值为16.2 kJ，高热值煤容易造成煤粉炉结焦。通过配入炉渣和次混煤的方法可降低入煤粉炉原料煤的热值，避免锅炉结焦造成的工况不稳。两种配煤方法运行指标见表3。

炉渣：炉渣进入排渣系统时的温度为800 ℃；环境温度(入炉煤内炉渣温度)为30 ℃；炉渣比热容为0.963 kJ/m3·k；炉渣堆积密度为2.30 t/m3，1卡=4.186 8 J。

由以上参数可计算出每吨炉渣进入炉膛燃烧排出后带走散失的热量为323 618.4 kJ。折合标煤为1.54 t。

由以上热量计算可得出：每100 t炉渣配入入炉煤后将浪费标煤1.54 t，另外，渣对锅炉制粉系统和受热面均有较大磨损。

次混：次混煤入炉燃烧对煤耗影响计算如下(数据为2013年前4月平均)：次混煤入炉燃烧后，有全水热量损失及灰渣热量损失。损失热量计算如下： 次混煤全水平均为8.82%，排烟温度平均为150 ℃，30 ℃时水的焓为125.6 kJ/kg，150 ℃水蒸气的焓为2 772.8 kJ/kg，则每吨煤中水分携带热量为234 368 kJ；次混煤平均灰分为61.48，根据煤粉炉燃烧后灰渣比，约70%为飞灰，30%为固态渣，飞灰带走的热量为21 701.4 kJ。固态炉渣带走的热量为59 686.2 kJ。每吨次混煤入炉燃烧损失热量为315 756 kJ。折合标煤为1.5 t。每100 t次块配入入炉煤后将浪费标煤1.5 t。每吨次混煤入炉燃烧释放热量为7.732 2×106kJ。由以上热量计算可以得出：每100 t次混煤入炉燃烧后有效利用热量为7 416.444 kJ，折标煤为35.32 t。

表3 两种配煤方法运行指标分析

结论：保障煤粉锅炉经济运行，优先通过配入次混煤，其次选择配入炉渣。

5 结论

对多产地煤种进行配比之前，要对各煤种的工业分析、热稳定性、灰熔点等进行甄别，配比煤种要性质相近，然后通过改变各产地煤种投入的比例控制入炉煤的热值，分别在气化炉上进行不同生产负荷下的配给，以达到既不影响工况，又经济运行的目的。

企业能够实现多产地煤种在生产过程中的按需配烧，达到降低粗煤气的生产成本，实现鲁奇气化炉的经济运行的目的，可在同类行业中推广使用。此食谱化配煤的使用，能够拓宽鲁奇气化装置原料煤源，能够为科学配煤提供指导。实现多煤种在鲁奇气化装置上经济使用，为同类企业开辟先河。

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2013-12-25

任富强(1963-)，高级工程师，从事安全生产经营管理工作，电话：15839821199。

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