准东五彩湾矿区露天煤气化方式选择的探讨

（新疆天业（集团）有限公司，石河子市，832000） 张朝云

通过对准东五彩湾矿区天池能源及神华露天煤矿煤质数据（煤质数据见表1）分析，准东五彩湾矿区露天煤有以下基本特点：中高水分；低灰、特低灰；中高挥发份，属含油煤；低硫磷；中等发热值；煤的机械强度较高；高活性，易燃尽；高碱金属含量，强沾污、腐蚀性；各矿间CaO含量差别大，造成灰熔点相差比较大。

该煤种是优良的动力和气化用煤，从煤质出发是选择气化方式的最关键因素，以下讨论煤不同的基本性质对不同气化工艺的影响，以便最终确定气化工艺路线。

1 水分

煤中水分主要影响气化炉进料和气化过程中的物料平衡。对固定床气化炉来讲，煤中水分的含量必须保证出口煤气温度高于本部位气体的露点温度，否则需要对入炉煤进行必要的预干燥。如果煤中含水量较高并且在干燥层干燥速度太快时，容易导致煤粒应力过大而破裂，煤粉末会影响气流分布及出炉煤气大量带尘。另外，煤中的水最终冷却后进入洗涤和降温的煤气水中，增加废水处理量。但在低灰较高热值和氧化层足够的情况下，水分最高可达35%。对于湿法气流床来讲，该煤较高的内水影响了成浆性，（成浆性＜50）不适用水煤浆气化。对于干粉气化炉，该煤较高的水分，需要处理能力较大的预干燥设备将煤干燥至粉煤密相输送的要求。

2 挥发分

对于固定床来说，挥发分决定煤进入炉内初期的反应性和干馏阶段的热解产物的组成。另由于固定床气化温度较低，为了获得高的碳转化率，要求煤有较好的反应活性，即挥发份含量高的煤。而对于气流床，由于气化温度较高（一般在1 300以上℃），而且粒度较小（小于100um），所以对煤的反应活性要求较低，因此对煤的挥发份含量基本没有要求。

表1 五彩湾矿区煤质检测数据

3 粘结性

对于固定床只能气化弱粘结煤和不粘结煤，较强的粘结性会使煤结焦，影响气化剂分布和煤的反应活性。而且在加压情况下弱粘结煤的粘结性也可能会迅速增加，所以对于弱粘结性煤气化，还需增加破粘装置。对于气流床来讲，煤粉颗粒在炉内停留时间很短，反应速率很快，煤粉颗粒之间相互作用的机率很低，所以粘结性的影响非常小。

4 反应活性

反应活性的影响和挥发份类似。由于固定床气化的特点，高反应活性的煤可以降低气化炉的气化温度，如此不仅可以降低氧耗，而且可以避免灰结渣,所以活性越高越好。对于气流床，较高的气化温度对煤活性的要求几乎可以忽略。

5 热稳定性

热稳定性是煤在加热过程中，是否易破碎的性质。对于固定床，对煤有粒度的要求（5～50mm），热稳定性差的煤进入气化炉，随着温度升高发生破裂，产生细粒和粉末，从而影响气流在固定床内的正常流动和均匀分布，影响飞灰带出量和气化过程的正常进行，固定床一般要求热稳定性Ts+6＞75%。而气流床是粉煤进料，对热稳定性没有要求。

6 机械强度

对于固定床，煤的机械强度与气化炉加料过程中煤破碎产生粉末有关，最终和飞灰带出量有关，一般要求机械强度大于70%。在气流床中，煤的机械强度与气化过程无关，而与煤粉的制备有关。

7 粒度

在固定床中煤的粒度要求5～50mm，且尽量均匀，大量煤粉和细粒会使床层分布不均而影响正常操作，所以大量的粉煤需要平衡，用于干粉气流床和发电。气流床要求将煤磨制成100um以下的粒度，不同气流床对粒径的分布有具体要求。

8 灰性质

8.1 灰熔融性

固定床气化氧化层的操作温度要求在ST温度以下，以控制灰不易结渣顺利的排出。如ST温度太低，需提高汽氧比，控制氧化层在较低的温度，导致气化强度和生产效率降低以及大量蒸汽进入污水系统。即使在ST温度较高的情况下，由于受到炉体材料的限制，氧化层温度也不能过高，固定床一般要求ST＞1 250℃,在低氧耗的情况下有较大的操作空间。对于气流床由于是液态排渣，要求操作温度高于FT温度，一般要求FT＜1 500℃。

8.2 碱金属含量

固定床气化由于煤灰与金属炉壁在高温下直接接触，如含有较高的碱金属会使传统的炉壁材质发生高温腐蚀，所以如煤灰中含有较高的Na、K，需预先对炉壁进行处理，防止发生腐蚀。气流床由于有渣层保护，所以不易发生碱金属腐蚀。

8.3 粘温特性

由于固定床气化为固态排渣，灰渣没有处于熔融流动状态，对粘温特性无要求。但气流场存在炉壁挂渣和液态排渣，所以对灰的流动性及粘度有限制，一般要求操作温度下灰的粘度为2.5～25Pa·s，而且在操作温度范围内粘度缓慢变化，不发生突变造成渣堵（一般要求灰渣为玻璃性渣或塑性渣，结晶渣抵抗温度波动较差，且操作空间很小）。

综上，根据五彩湾矿区煤质的特点及主要气化指标对不同气化方式影响的分析，由于成浆性的极大限制，湿法气流床不适用。干法气流床由于煤较高的水分和煤灰（结晶渣）较差的粘温曲线，需要投入稳定可靠的大型干燥设备及对煤灰成分改质获得好的操作条件。而固定床气化对煤质的要求和五彩湾矿区的煤质匹配性较好。

[1]郭树才.主编．煤化工工艺学．

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