煤种变化的应对措施研究

杨 路

(宁波中金石化有限公司，浙江镇海 315203)

煤的气化是指在特定的容器内所进行的含碳物质的部分氧化反应，从而生成一氧化碳和氢气为主要组分的过程。在气化装置上常用的原料为烟煤、石油焦、重油等，而原料的性质严重影响气化装置的运行，因此在生产运行的过程中对原料质量的把控管理尤为重要。现以采用水煤浆进料为例，结合气化装置的实际运行情况，分析煤种变化时的异常现象，提出煤种变换时采取的应对措施。

气化装置作为生产系统的重要组成部分，若出现异常情况会对后系统产生较大的影响。例如，当气化装置出现渣口堵塞时，水煤气中CO含量升高，容易造成变换炉超温；水煤气带水严重时，容易造成变换催化剂跨温，进而影响装置的安全稳定运行。水煤浆加压气化装置能否稳定运行主要取决于煤质是否稳定，是否能够满足工业运行的需要。在煤种发生波动时，操作人员能否及时发现，能否在第一时间进行处理，对装置的稳定运行也存在一定的影响。因此，生产活动中不仅要保证煤质稳定，还要在煤种变化时能够及时察觉，确保装置在安全范围内运行。

1 煤种变化异常现象

1.1 煤浆浓度的变化

煤种在不发生变化的工况下运行，煤浆浓度的变化一般为±0.2%。但是，当煤种发生变化时，煤浆浓度的变化较为明显，而对煤浆浓度影响较大的是原料煤中的内水以及灰分的含量。

当原料煤中的内水含量升高时，煤浆的浓度会出现大幅下降，主要原因是当煤中的内水含量升高时，为保持煤浆相对稳定以及呈较好的流动状态，添加的工艺水量会相对减少。工艺水量的减少，会使煤浆的流动性变差，煤浆无法正常通过筛网，造成进入储罐的煤浆量减少，而进入废煤浆槽的煤浆量增大。因此，在日常生产过程中，通过观察去废煤浆槽中的煤浆量可判断原料煤中内水的含量。

煤中灰分含量的变化对煤浆浓度也会产生较大影响。由于原料煤的灰分中含有SiO2、Al2O3等物质，当煤中灰分发生变化时其含量也会发生变化，从而导致煤浆浓度的变化。

1.2 渣样的变化

当煤种的灰熔点高于当前气化炉的操作温度时，渣的流动性变差，黏度增大，不易流动；当高温熔渣流经渣口时，会被吹成玻璃丝状的渣。而当提温熔渣时，由于炉膛内温度的升高，渣的流动性发生变化，会出现直径较大的熔渣，经破渣机破碎后会有鹅蛋大小的块状渣。

当气化炉的操作温度低时，应采取加氧熔渣的措施。渣口压差在刚开始会不断地升高，当操作温度达到一定温度后，呈形状的渣会越来越少，玻璃丝状的渣会越来越多，且玻璃丝很硬，颜色泛绿，渣中会出现发亮的颗粒。分析发现渣中镉含量超标，说明渣口堵塞较为严重[1]。在此种情况下继续运行，熔融状的渣在经过渣口扩大以后温度下降过快，碰到下降管的管壁，在水膜薄的地方容易挂渣，长时间运行会导致下降管挂渣，甚至烧穿下降管，最后因合成气出口温度高而跳车。在此工况下运行，捞渣机捞出来的块状渣中会出现背面较为光滑的岩棉状渣样。

1.3 运行参数的变化

1.3.1 气化炉炉膛内部温度下降

气化炉内热量的产生主要来自煤的裂解以及煤浆与氧气的燃烧反应。由于入炉的煤浆量减少，一方面煤裂解产生的热量减少，另一方面燃烧反应产生的热量减少，导致气化炉单位体积的耐火砖吸收的热量减少，气化炉内部热偶指示温度下降。

1.3.2 渣口压差指示异常

在煤种变化初期，渣口压差不会有明显的变化；在炉膛热偶开始有下降趋势后，气化炉的渣口压差开始出现波动，并伴有上升的趋势。此时，气化炉执行加氧升温操作，升至一定温度后，渣口压差变化较剧烈。主要原因在于随着温度的升高，渣的流动性变好，原本积聚在炉膛内部的灰渣开始加速向渣口流动；由于短时间内渣量的积聚增多、渣口尺寸变小，导致渣口压差出现上升的趋势，而渣的流动性还未处于正常范围，因此渣口压差呈现波动。

1.3.3 托砖架温度异常

拖砖架用来支撑锥底砖，当熔渣流经渣口时，由于渣的流动性变差，在渣口处停留时间变长，锥底耐火砖与渣的接触时间变长，拖砖架温度升高。

1.3.4 气体成分异常

水煤气作为水煤浆气化的产物，其中各组分的含量可反应出气化反应的情况，气化反应正常时系统产气量大，组分正常。当煤种发生变化后，气体的组分会发生变化。如当原料煤中的挥发分含量升高时煤的反应活性变好，有可能出现二氧化碳和甲烷含量同时升高的现象。当原料煤中粗灰分含量升高时气体成分不会有较大变化，但当渣口逐渐堵塞后，气体成分开始出现异常变化，二氧化碳含量下降而一氧化碳含量升高。

2 煤种变化的应对措施

2.1 强化煤种的认识

对煤质的一般要求，其主要指标：放热量达25 MJ/kg，越高越好；煤灰流动黏度<1 300 mPa·s为宜，过高或过低都不利于气化；煤中灰质量分数不得高于13%，越低越好。其次要指标：考虑到煤浆的制备、泵输送特性、煤的反应活性及气化效率，全水分含量越低越好，挥发分含量越高越好，固定碳含量适中为好，煤中有害元素硫、氯、砷等含量越低越好，可磨性指数越大越好。

配煤的理论依据：所选用煤种的放热量应在22 MJ/kg 以上，并且放热量高的与放热量低的搭配使用；成浆性、灰分等指标达到水煤浆气化技术的最低要求；采用不同煤种的混配以改变煤灰组成，降低灰熔融温度，即将煤灰组分中MgO、Fe2O3、K2O、Na2O含量高的煤与灰熔融温度较高的煤混配，以降低灰熔融温度。因此，选用合适的煤种掺烧，既可保证系统的稳定运行,也降低了生产成本[2-4]。

2.2 煤种变化后的操作

生产实际操作中由于分析的滞后，当煤种发生变换时并不能提供操作依据，但是可以通过其他参数做出相应判断，例如观察煤浆浓度的变化趋势、观察渣样的形状以及渣量的多少等，都可以较为直观地判断出煤种是否发生异常变化[5]。而当某一指标异常时，要结合其他参数的变化来综合考虑是否是煤种发生了变化。当确定是煤种发生变化后，应进行必要的工艺处理。若发现渣口压差升高，应采取提温熔渣的方式进行处理。提温初期，由于气化炉炉壁挂渣较少，温升幅度可控制大一些。升温过程中要时刻注意气化炉炉壁温度和气体成分的变化。若渣口压差出现大幅波动，证明当前炉温适合，渣的流动性出现改观，即向好的方向发展。向渣口流动的渣量有所增加，此时加氧速度应放慢。

筒体温度自上而下是一个递减的过程，特别是取压口向下至锥底直管段是管流区，此处挂渣量较多；而锥底处呈45°夹角，重力较直管段影响减弱，只能依靠角度向下流动。因此，在炉温升高以后，大量熔融状渣堆积在此处，越积越多。当渣口压差开始出现波动时，不应再加氧或者放缓加氧速度，以免造成更严重的渣口堵塞。

3 结语

当操作参数发生异常变化时，要通过煤浆浓度、气体组分以及渣口压差等数据的变化来综合判断，从而做出进一步的处理。同时，还需要在源头上控制好煤质，特别是掺烧不同煤种时要注意2种煤的工业分析以及掺烧的比例，若煤种发生异常变化，应及时做出相关的工艺处理，确保装置的稳定运行。