关于新疆红沙泉煤在水煤浆气化炉的生产运行影响评价

程新明　张科鑫　张志

神华新疆68万吨/年煤制新材料项目水煤浆气化工艺分别采用新疆本地红沙泉煤为原料，在气化装置开车运行过程中出现煤浆浓度偏低、煤浆分层，碳转化率较低，有效气组分较低，气化粗渣残碳含量偏高，气化炉堵渣等问题层出不穷，经过分析和试验研究，对红沙泉煤和新疆本地黑山煤等煤种进行配煤试验，确定了配煤比例并进行了适当的技术改造，煤浆浓度完全可以达到60%，有效气组分可以达到80%，单炉的平均运行周期已提高到50天以上，新疆红沙泉煤配煤已经完全满足水煤浆气化炉的生产运行需要，基本达到设计要求及经济性，同时也达到了降本增效、节约环保的目的。

一、神华新疆68万吨煤基新材料项目概况

神华新疆68万吨/年煤基新材料项目位于新疆乌鲁木齐甘泉堡工业园区，该项目2011年立项，总投资228亿元，是国家能源集团和新疆自治区十二五规划的重点项目，项目年产30wt聚乙烯、38wt聚丙烯，并副产丙烷、碳四、碳五、硫磺等高附加值产品的大型工业化装置。该项目于2013年7月6日正式开工建设。历经四年的基础建设于2016年6月17日顺利产出MTO级甲醇，2016年10月3日打通全流程，成功产出合格的聚烯烃产品。

气化装置系神华新疆68万吨/年煤基新材料项目甲醇生产中心的四大核心装置之一，其技术采用通用电气神华气化技术有限公司水煤浆加压气化技术，该装置含6套（5开1备）磨机制浆系统、8套煤气化系统（5开3备）及渣水处理系统和污水预处理系统。气化压力为6.5Mpa，单炉日投煤量1500t，采用单一红沙泉煤种，总设计能力为530000Nm?/h（CO+H2）。

二、红沙泉煤煤质分析对气化运行影响

（一）因神华新疆项目地处新疆，设计院按照红沙泉煤为该项目原料用煤，现就对红沙泉进行煤质分析。

从表1可以看出，单一红沙泉煤种有以下特点：（1）煤质全水含量高达22.64%，原料煤的消耗量大；（2）内水含量为4.94%，内水含量高不利于原料煤的成浆性；（3）挥发分较低为27.75%，挥发分的较低会造成气化炉内煤反应活性的下降；（4）热值低至20.72%，热值偏低会使得原料煤的反应活性变差。

从表2可知：红沙泉煤灰熔点较低，灰熔点T4-T1的温度差低于常规值50℃，使气化炉操作难度的增大，稍有波动，气化炉就会出现堵渣情况的发生。

（二）根据对以上单一红沙泉煤煤质分析数据的初步掌握，决定对红沙泉煤进行制浆实验。

由表3可知：使用单一红纱泉煤，煤浆的成浆性有以下特点：（1）1#、2#、3#煤浆大槽煤浆浓度均较低，分别为55.99%、56.17%、56.41%，使得煤浆入炉煤反应效率的下降，造成煤耗、氧耗的增加；（2）1#、2#、3#煤浆大槽煤浆粘度较高，分别为1330cp、1332cp、1336cp，首先使煤浆流动性的变差，更容易沉淀，影响煤浆的输送和在煤浆槽内的储存稳定性；其次煤浆粘度较高势必会造成煤浆槽搅拌器运行负荷升高，缩短了煤浆槽搅拌器的使用寿命，增加了搅拌器的跳停风险，从而影响了气化装置的稳定运行。

（三）结合以上单一红沙泉煤的煤质分析和制浆实验数据，决定使用以上三个煤浆槽的煤浆作为原料进行气化生产运行，观察其反应运行情况。

由表4数据可知：1#、6#、7#、8#气化炉有效气组分含量平均值整体偏低，分别75.82%、77.23%、76.26%、73.60%，有效气含量的偏低直接造成甲醇产量下降。

表5数据告诉我们：单一红沙泉煤种挥发性降低，气化反应活性下降，反应转化率降低，残碳含量偏高，当然残碳含量的高低也与气化炉温度及烧嘴压差有关，因此造成生产过程中更多的能源物料消耗。

（四）单一红沙泉煤气化运行分析

综合单一红沙泉煤煤质分析、制浆实验和生产运行数据，单一红沙泉煤具有以下特点：

（1）灰熔点T4-T1温度差太小，操作难度大；

（2）煤浆浓度仅为56%左右，粘度高达1300cp以上，煤漿稳定性和流动性差，能源消耗高，化工药剂添加剂用量增加；

（3）气化反应效率较差，气化炉有效气组分含量低，残碳含量高，气化炉堵渣、水质差等问题经常出现。

三、确定配煤煤种

因单一红沙泉煤种难以满足新疆公司气化炉的生产运行需求，决定通过配煤的方式，寻找合适的配煤煤种和配煤比例，以达到新疆公司气化炉气化原料煤的煤质要求。

（一）配煤的确定

据新疆公司用煤煤质要求，公司质量技术部门及气化装置管理人员分别前往呼图壁片区、准东片区、托克逊片区、哈密片区近20家煤矿进行广泛调研，并实地了解煤矿生产情况、运输情况及煤炭价格等信息，并采集样品带回进行检测分析、开展煤浆实验。结合实地调研情况和煤质分析数据，通过多方面因数考量，决定使用黑山煤矿的黑山煤作为红沙泉煤的配煤煤种。

（二）配煤制浆实验

分析中心通过对红沙泉煤和黑山煤在5：5；6：4；7：3的不同比例下进行了制浆实验，因黑山煤的灰熔点较高，通常会超过1350℃以上，所以最终确定最优的配煤比例为红沙泉煤：黑山煤=6：4，现就从配煤煤质成分、 配煤灰熔点、配煤煤浆的成浆性和单炉配煤有效气含量四个方面和单一红沙泉煤气化的优劣性对比如下。

从表6和表1对比分析可以看出，配煤后显示：（1）全水含量明显降低，混煤的全水含量下降了24.65%，配煤的能源消耗量降低；（2）内水下降了30.77%，配煤的成浆性增强；（3）挥发分增幅为10.23%，气化炉内煤反应活性增强；（4）热值增幅为13.42%，热值升高会使得原料煤的反应活性增强。同时灰分显示也低于单一红沙泉煤，总体判断配煤的煤浆浓度升高，气化反应效率升高。

将表7和表2进行对比，配煤的灰熔点T4-T1流动性温差升高，温差由37℃上升到73℃，增幅达97.3%，气化炉操作难度降低。

由表8和表3中煤浆分析数据对比可知，配煤煤浆的特点有：（1）三个煤浆槽的煤浆浓度上升明显，浓度提高约五个百分点，气化反应效率上升，煤耗、氧耗将大幅降低；（2）三个大槽煤浆粘度下降约250cp，煤浆流动性增强。

将表9和表4进行对比，配煤的有效气含量具有以下特点为：配煤的有效气含量均值上升了3.7个百分点，有效气含量基本保证在80%左右的水平，明显气化反应效率高，产气效率高，处于水煤浆气化炉运行的较好水平。

四、配煤与红沙泉煤单一煤种的经济效益对比

气化炉运行使用配煤方式后，添加剂消耗量、比氧耗、比煤耗等经济性指标均有变化，经济效益分析如下：

（一）添加剂消耗量对比

从上表可以看出，混煤制浆所消耗的添加剂用量比单一红沙泉制浆所消耗添加剂用量少（178.995-126.975=）52.02t/d，按照市场添加剂价格1427元/吨，则混煤使用添加剂每天节约费用约为74232.54元。

（二）煤耗、氧耗及甲醇产量的经济性对比

（1）原煤消耗的经济效益

由表11得知，配煤（红沙泉：黑山6：4）消耗量约为7676.15t/d，按照市价红沙泉煤180元/吨；黑山煤240元/吨，则配煤所需费用：7676.15*60%*180+7676.15*40%*240=156.59万元/吨；单一红沙泉煤原煤消耗量约为8208.93t/d，所消耗费用约为8208.93*180=147.76万元，单一红沙泉煤每天节约的费用为156.59-147.76=8.83萬元/吨。

（2）氧气消耗的经济效益

配煤所消耗氧气的量4779624 Nm?/d，单一红沙泉煤所消耗氧气的量4803852 Nm?/d，按照市价氧气的价格为0.4元/标方，则配煤所节省的费用为（4803852-4779624）*0.4=9691.2元/天

（3）甲醇的效益

配煤所产出的甲醇产量为5564.23t/d，单一红沙泉所产出的甲醇产量为5229.4t/d，按照市价甲醇价格为2300元/吨，则配煤所产出甲醇增效为（5564.23-5229.4）*2300=77.01万元/天。

综上所述，按照以上投入产出，则配煤每天所增加的经济效益为：添加剂增效7.42万元+氧气增效0.97万元+甲醇增效77.01万元-原煤消耗8.83万元=76.57万元；则配煤每年增加的经济效益约76.57*333=25497.81万元。

五、总结

通过对单一红沙泉煤种及配煤的煤质分析、制浆实验、生产运行数据和经济效益对比分析，认为：（1）单一红沙泉煤种成浆性差、煤浆浓度低、稳定性差，气化反应活性低、操作难度较大；气化生产稳定性较差。（2）单一红沙泉煤在气化生产中氧气和煤耗较大，有效气含量较低，经济效益较差。因此综合考虑，不建议将单一的红沙泉煤种作为气化原料煤使用，宜采用和其它煤种（黑山煤）配煤作为气化原料用煤。（作者单位为神华新疆化工有限公司）