浅谈煤质和配煤技术对Shell煤气化的影响

孙龙会　张美美　武占强

摘 要：简单介绍了煤质对Shell煤气化工艺的影响。根据本地煤质特性，应用配煤技术，通过改变煤种、调节配煤比例，得到了适合Shell气化炉运行的配煤方案。

关键词：配煤技术；Shell煤气化；煤质；灰熔点

1 目的及意义

原则上说壳牌煤气化技术适用的煤种较为广泛，但在实际生产过程中，单一煤种的气化仍然存在较多问题。这些问题不仅影响粉煤气化装置的长周期连续运行，同时也制约了其运行的经济性。目前国内多数粉煤气化装置均使用配煤技术，通过配煤技术的合理利用，不仅能降低粉煤气化装置的氧耗、煤耗及能耗，还能提高气化效率，从而提高装置的经济使用性。因此，配煤的好坏和稳定煤质的措施是保障壳牌煤气化装置稳定运行的关键因素。

2 煤质对Shell煤气化装置影响

2.1 煤灰组成及含量

煤灰分的主要组成为氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3），对灰的黏结性影响较大。壳牌气化采用以渣挂渣来保护水冷壁，若灰含量低，则挂渣效果不好，无法起到保护炉壁的作用，缩短气化炉的使用寿命。而灰分含量大，合成气冷却器（SGC）积灰明显，降低换热效果，同时增加了U1400结渣和U1500堵灰的几率；同时灰渣会带走大量的热，未达到生产需求须气增大氧煤比，热效率降低，影响装置的生产能力。所以严重时灰分高会导致气化炉事故停车。[1]Shell气化灰分含量要求为12～23%。鹤壁本地煤种的煤灰成分及含量与壳牌（鹤壁）设计煤种相差较大，若单独使用容易，SGC易严重积灰，换热效果差，且排渣困难，15单元堵灰几率上升。煤灰分组分中的SiO2和Al2O3对Shell气化炉合成气冷却器的积灰影响较大，当SiO2/Al2O3<1.4时堵渣现象经常出现，当SiO2/Al2O3<1.6时，合成气冷却器会有大量积灰。但硅铝比在2.0左右时，灰熔点在1350℃左右为最佳，可以减缓或防止合成气冷却器积灰。

2.2 挥发分

煤挥发分的高低反应煤反应活性的强弱。挥发分越高，反应活性越强，越有利于气化反应，但高挥发性的煤易氧化甚至自燃，不仅给运输和储存带来不便，更增加了磨煤和煤粉输送单元操作难度。因此，壳牌气化要求Shell粉煤气化要求煤中挥发分不超过35%。

2.3 灰熔点

灰熔点是指煤灰的软化、熔融的温度。灰熔点高，煤灰的软化、熔融温度高，气化操作温度高，氧耗比大，比煤耗大，对设备的使用寿命很大影响。根据煤种的灰熔点可作决定是否需要配煤和添加相应助溶剂。一般将煤种灰熔点控制在1300～1450℃之间，Shell煤气化一般操作温度高于灰熔点50～100℃。

2.4 水分

气化煤的全水分和内水越低越好，全水一般控制在12%以下，最好在8.0%左右。内水衡量煤质的形成年限和种类，一般要求 5.0%以下，这样有利于原料煤的输送和加压下料，避免堵塞和增加磨煤干燥负荷，影响生产。

3 配煤技术对壳牌煤气化的影响

气化煤质的灰分、挥发分、水分、以及灰熔融性、煤灰黏度等指标对气化炉装置的运行稳定有着至关重要的影响。因此原料煤选备、煤质的稳定成为煤气化生产的难题。这就需要根据气化煤的煤质检测数据，运用配煤技术来维持煤质的稳定，从而保证气化装置的稳定运行。

配煤技术基本原理是利用不同煤种各自组成成分、物理和化学性质的差异，相互取长补短，使最终配出的混合煤在性能指标上达到最佳状态，以满足用户对煤质的质量要求。[2]配煤的實质就是一种改善气化煤种品质的过程，即为了使气化煤种的质量满足Shell气化的煤质要求，把不同性质气化用煤按照事先计算好的比例进行均匀混配，从而得到一种灰熔点、灰分、挥发分、硫分等均适合Shell粉煤气化炉的混煤。配煤技术可提高生产效率、减少污染物的排放、节约成本，保证生产装置“安、稳、长、满、优”运行。

为降低生产成本，我公司主要使用本地煤作为煤气化装置的使用煤，但本地煤煤质和煤气化装置要求数据存在较大偏差，从表1本地煤种煤质分析数据可以看出，本地煤1、本地煤3煤灰含量>23%，超过设计最大指标，在高负荷工况下灰渣量大，排渣困难，严重时会造成堵渣；而本地煤2、本地煤4的SiO2/Al2O3与要求数据偏差0.7左右，偏差过大，若单独使用，气化炉合成器冷却器积灰加快，引起压差上涨，必然减少运行周期。本地煤1、本地煤3及本地煤4的灰熔点>1500℃，超出壳牌煤气化的操作要求。因此，我们通过配煤来调节煤质中各种组分的含量，使其达到Shell煤气化对煤质数据的要求。考虑到经济效益、交通运输等多方面因素，在能保证气化炉稳定运行的情况下，我们尽量使用鹤壁本地煤种，降低生产成本，实现效益最大化。

4 Shell煤气化装置运行问题及解决办法

在实际运行中，煤灰组分和含量与设计煤中的差异导致合成气冷却器十字架（SGC）积灰严重，从2013年3月至2014年7月仅因此停车占到了四次，严重影响Shell气化炉的长周期运行。

把2013年3月至2014年7月气化装置运行周期进行对比发现，气化炉的运行周期明显延长，其中关键的问题是减少了合成气冷却器的积灰问题。通过调整配煤方案，运行周期显著提高，最近一次开车运行周期达到89天，而且停车时的压差为22Kpa。充分说明我们通过调整和优化配煤方案，可以有效的控制气化炉合成器冷却器的压差，提高了系统稳定运行的周期，从而降低了生产成本，直接提高生产效益。要实现Shell煤气化装置长周期运行，需要做好以下几点：

（1）稳定的煤质对Shell粉气化装置运行至关重要，它是气化装置能否长周期连续稳定运行的关键所在[3]，因此就要采取定时取样来观察气化炉入炉煤种的煤质，如变化较大，立即调整。

（2）根据我公司的实际运行情况和Shell 煤气化的要求，煤质达到要求适合于Shell煤气化装置的稳定运行。

（3）SiO2/Al2O3是影响气化炉合成气冷却器积灰的关键因素之一，本地煤的硅铝比较低，最低可达1.2；本地煤与高硅铝比的煤配烧可以很好的解决Shell气化炉十字架的积灰问题。

（4）通过配煤，可以有效降低本地煤的灰熔点，减少石灰石的添加量，改善灰渣的黏温特性，使其有利于Shell煤气化水冷壁挂渣，保护设备的正常运行。

5 结束语

配煤作为一种稳定煤质改善煤质的主要措施，目前在Shell气化装置上已经得到了广泛应用。文章讨论煤质和配煤技术对Shell煤气化的影响，通过在实践中应用这些配煤理论和优化配煤措施，以实现Shell气化装置的长周期运行。

参考文献

[1]张鸿儒，张洪刚，郭零.煤质对壳牌煤气化工艺操作的影响[J].科技创新报导，2012，11：27.

[2]戴财胜.动力配煤的理论与应用研究[D].北京：中国矿业大学，2005.

[3]吴国祥.煤质变化对Shell粉煤气化工艺的影响[J].大氮肥，2011，34（4）：273-277.