朔州“三高”煤在水冷壁水煤浆气化炉上的工业试烧

赵哲军

(太原理工大学山西太原030024)



朔州“三高”煤在水冷壁水煤浆气化炉上的工业试烧

赵哲军

(太原理工大学山西太原030024)

阳煤集团晋北现代煤化工项目拟选用晋北地区朔州“三高”煤(以下简称朔州煤)作为气化原料煤。朔州煤虽灰分含量高、灰熔点高、总硫含量较高，但成浆性好。经多方考察论证，利用朔州煤成浆性好的特点，采用掺烧神木煤的方法解决其灰熔点高的问题，作为水煤浆气化原料煤。经研究决定，2015年10月20日至2015年11月1日在阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司2011年8月建成投产的1套水冷壁水煤浆气化炉(设计压力4.0 MPa、投煤量600 t/d)上进行朔州煤的工业试烧。

1试烧原料

1.1配煤工业分析

工业试烧主要采用朔州煤和神木煤混合后，按入炉煤(朔州煤和神木煤，下同)中朔州煤含量40%(质量分数，下同)、60%、80%及100%的4种入炉煤进行工业试烧。神木煤和工艺试烧入炉煤煤质分析数据见表1。

表1　神木煤和工艺试烧入炉煤煤质分析数据

从表1数据可以看出：纯朔州煤灰分较神木煤高7.16%、总硫较神木煤高1.08%；神木煤灰熔点≤1 280 ℃，纯朔州煤灰熔点>1 500 ℃。

1.2成浆性分析

本次工业试烧，委托某公司对朔州煤、神木煤及入炉煤制得的水煤浆中添加剂添加率(添加剂与干煤质量比，下同)为0.1%条件下10∶0、8∶2、6∶4、4∶6和0∶10的各种煤配比(朔州煤与神木煤质量比，下同)进行了配煤成浆性试验，分析其水煤浆浓度、黏度、流动性及稳定性等指标。工业试烧配煤成浆性试验数据见表2。

表2　工业试烧配煤成浆性试验数据

从表2试验数据表明：在添加率为0.1%的条件下，各煤配比为10∶0、8∶2、6∶4和4∶6所制的煤样可分别制得水煤浆浓度69%、67%、65%和65%左右的水煤浆，所制得的水煤浆黏度、流动性及稳定性等均较好。

2工艺流程

工艺流程示意见图1。

图1　工艺流程示意

(1)煤浆制备。采用湿法磨煤，碎煤经物理破碎，同时加入水和添加剂，混磨成均匀、稳定的水煤浆混合物。在磨煤机中，煤、水、添加剂一同磨制成58%～62%、黏度<650 mPa·s的水煤浆，通过磨煤机出口滚筒筛滤去较大颗粒后，进入磨煤机出料槽，由低压煤浆泵送入大煤浆槽中。

(2)煤气化及灰水处理。大煤浆槽中的煤浆由高压煤浆泵送入气化炉顶部的工艺烧嘴的内环隙，空分系统送来的氧气进入工艺烧嘴的中心管及外环隙，在气化炉内发生部分氧化反应，生成以CO，H2和CO2为主要成分的工艺气；熔渣与工艺气一起进入激冷室，气体经激冷室、碳洗塔洗涤和降温后送往变换系统，熔渣中的粗渣经过锁斗阀排放至渣池，细渣以黑水形式送至闪蒸系统处理，滤灰送出界区，灰水经激冷水泵、高压灰水泵在气化系统循环利用。

3分析方法及频率

(1)煤质分析。原料煤在进入原料车间前先经过磅房的煤质采制监一体机，对入厂原料煤的灰分、挥发分、水分、热值等数据进行自动取样分析，入炉原料煤在上料皮带输送机上取样，然后进行分析(采用GB/T 212—2008)。

(2)水煤浆分析。在水煤浆槽取样，并对样品水煤浆的黏度、浓度进行分析，煤浆浓度采用DHS16- A型烘干法水分测定仪进行分析(采用GB/T 18856.2—2008)；煤浆黏度采用SNB- 1型数字黏度计进行分析(采用GB/T 18856.4—2008)。

(3)气体分析。在碳洗塔框架内的分析小屋安装了安捷伦Micro- GC 490型气相色谱分析仪，对碳洗塔出口合成气中的CO，H2和CO2等进行在线分析。同时，用球胆在碳洗塔出口处取样，采用奥式671型气体分析仪分析所采集的碳洗塔出口合成气气样中的CO，H2和CO2含量，用碘量法分析样气中的H2S含量。

(4)灰渣中残碳含量分析。对从渣池取出的粗渣样和从带式过滤机取出的细渣样进行灰渣残碳含量分析。分析方法：采用马弗炉加热分析渣中的灰分、挥发分，用烘箱测出渣中的水分含量，剩下为渣中的残碳含量。

(5)分析频率。各分析检验项目频率见表3。

表3　各分析检验项目频率

4运行情况

针对本次朔州煤工业试烧，晋北项目筹备组与阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司专门成立了试烧工作指挥部，召开了试烧工作专题会议，制定了详细的试烧工作计划及预案，明确各处室、车间职责，做到试烧每个岗位均有人负责，每一步都在监控范围内。

按照试烧方案，朔州煤与神木煤混合后，按入炉煤中朔州煤质量分数为40%、60%、80%、100%的煤分别进行了工业试烧。朔州煤、神木煤及入炉煤工业掺烧数据见表4。

表4　朔州煤、神木煤及入炉煤工业试试烧数据

注：采用奥式671型气体分析仪及碘量法对采集气样进行分析；比煤耗为每生产1 000 m3(标态)(CO+H2)的煤耗(kg)，比氧耗为每生产1 000 m3(标态)(CO+H2)的氧耗(m3，标态)。

从表4中数据可知，全烧朔州煤与神木煤相比：粗煤气中φ(CO+H2)降低了6.51%、φ(CO2)增加了6.60%、比煤耗增加了36 kg、比氧耗增加了77 m3(标态)。因朔州煤比神木煤成浆性好，如果进行操作优化，随着水煤浆浓度的提高，比煤耗和比氧耗均可进一步降低；碳洗塔出口粗煤气温度增加了7.8 ℃，气汽比发生了变化，使变换系统副产的2.5 MPa蒸汽量相应增加。

5结语

(1) 本次朔州煤和神木煤按各种配比进行煤种工业试烧，在不掺烧其他低灰熔点煤种及添加助熔剂的情况下，朔州煤在水冷壁水煤浆气化炉(清华炉)上完全能够进行气化，且气化装置运行安全平稳，表明了水煤浆水冷壁气化炉对煤种的适应性较强。

(2) 由于本次试烧时间较短，技术数据未达到最佳值，各项工艺数据需进一步优化。从经济性、稳定性、安全性上为晋北煤化工项目以本地朔州煤为气化原料提供了可靠的技术依据，拓宽了“三高”煤的用途。

(收到修改稿日期2015-12-03)