碎煤加压气化炉褐煤、烟煤及掺烧运行分析总结

段伟

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰，025350

0 引言

碎煤加压气化炉可用原料煤范围较广，不同煤种对工艺操作要求不同，导致产品气组成不同、日常运行维护不同。受原料产地、运行成本、产品组分制约，各地使用碎煤加压气体化炉的公司会因地选用合适的煤种煤源。掌握煤种特性，有利于保障碎煤加压气化炉安全稳定运行，通常可以通过操作条件的改变来控制产品的组成，但不同煤种会产生不同的问题，可以根据煤种的不同提前采取对应的调整措施，以保证碎煤加压气化炉的长周期高负荷运行[1]。

1 原料煤工业性质分析对比

从表1看出，从褐煤到烟煤，全水含量逐渐减少，有利于煤的储存而不会粉化，入炉后遇热煤气粉化率也低，可降低气化炉夹套压差及集水槽堵塞频率，利于碎煤加压气化炉的运行；该种煤产气法中水的产量大幅降低，从而降低了大量水处理成本费用。从褐煤到烟煤，空干基灰分逐渐减少，这可以提高炉篦使用寿命、减少气化炉带出的热损失、提高灰锁上下阀使用寿命、降低灰渣处理费用。从褐煤到烟煤固定碳含量逐渐增加，固定碳的增加可以使气化炉的产气量增加、减少运输成本。从表1看出炜煤的挥发分最少、褐煤挥发分最多，挥发分的增加可以提高甲烷、焦油1#的产量。根据以上数据可以很明显地看出，烟煤属于低水、低灰、高发热煤质，褐煤属于高灰、高水、低发热煤质，炜煤的各参数更接近褐煤，所以通过以上煤质数据分析发现，对于掺烧来说，炜煤掺烧褐煤可以使碎煤加压气化炉工况更加稳定[2]。

表1 原料煤的工业分析数据

2 烟煤掺烧前准备工作

①气化中心各级管理人员和各班组成员要认真组织学习《烟煤掺烧方式总体说明》，并形成学习记录。②掺烧前解除气化炉出口温度CT029联锁值，24小时运行稳定后投用联锁；解除联锁期间，当出口温度达到450℃时手动停车（原单烧褐煤出口温度连锁值是425℃）；主要原因是烟煤全水低导致粗煤气出口正常温度要比单烧褐煤高；单烧烟煤时候出口温度为530℃。上述各温度经设计院计算而定。③掺烧后通知分析人员对气化炉做粗煤气半分析化验，如果出口CO2含量超过35%时，应结合灰样降低汽氧比，汽氧比调整幅度为每次0.05kg/Nm³，调整频次不要超过2小时/次。④在掺烧期间，气化炉出口温度、灰锁温度波动较大，可能会出现法兰泄漏点，需要现场加强巡检。⑤掺烧过程中，应严格控制工艺指标，出现以下情况，操作工有权先停车后汇报。a.出口粗煤气半分析CO2含量连续3个超40%；b.出口粗煤气半分析O2含量连续超3个超1%。⑥煤种掺烧的关键之一是保持稳定均匀掺烧，所以对输煤斗轮机的调整要求很严格。⑦掺烧比例要循序渐进，每次掺烧比例调整后一定要稳定观察24小时后再进行调整。

3 单烧、掺烧气化炉运行数据对比

3.1 单烧烟煤、褐煤气化炉运行数据分析对比

根据表2数据，碎煤加压气化炉使用褐煤时粗煤气出口温度最低，炜煤次之，烟煤的粗煤气出口温度最高，主要是因为褐煤水分高，气化炉底部产生的粗煤气在经过炉内顶部煤层时被吸收了大量热量。从表2看出，气化炉在使用褐煤到烟煤的过程中，灰锁的温度逐渐降低，主要是因为烟煤中灰分少、固定碳含量高、活性低；为了使固定碳充分燃烧而选择降低炉篦转速，因其煤质活性低不但不会导致火层上移，还会使气化炉中的原料煤被充分利用，减少灰中的残碳，最终降低灰锁温度；灰锁温度降低可以提高灰锁使用寿命、防止下灰室膨料停车。煤锁法兰温度在实际运行过程中主要为判断气化炉是否缺煤提供依据，在运行过程中烟煤的法兰温度波动较褐煤小。气化炉在同等负荷下使用烟煤时夹套压差比褐煤低，主要原因是烟煤的力学强度高且内在水分低，煤在加入气化炉后不容易粉化，气化剂在炉内上升的过程中阻力小；可以解决褐煤因夹套压差高而不能提高负荷的弊端，可有效避免因煤锁在泄压过程中未关严下阀导致的气化炉压差连锁停车；气化炉在同等负荷情况下使用炜煤时夹套压差最低，因为它比褐煤含水量少且比烟煤夹套自产蒸汽量小，所以气化炉使用炜煤时夹压差最小。从表2看出，气化炉夹套耗水量从褐煤到烟煤是增加的趋势，分析主要原因是从褐煤到烟煤，活性降低、固定碳含量增加、全水含量减少，烧烟煤时气化剂入炉后比褐煤反应速度慢，再因烟煤固定碳含量高，所以直接导致火层厚度增加，而且由于煤中水分低导致气化炉顶部温度也比褐煤高，所以最终烧烟煤的时候炉内的热量比褐煤多，而在饱和蒸汽压力条件下，为了带走炉内的热量，气化炉从烧褐煤到烟煤的过程中夹套耗水量增加。气化炉烧烟煤期间，炉篦转速是褐煤的一半，主要是因为烟煤的灰分只有褐煤的一半。烧烟煤期间气化炉同等负荷下煤锁加煤量是褐煤的60%左右，主要是因为烟煤的固定碳含量高，可以减少煤锁打循环放空煤气、减少煤锁气压缩机和气柜的运行压力[3]。从表2看出，气化炉废锅壳侧耗水量从褐煤到烟煤是增加的趋势，粗煤气出洗涤冷却器的温度相同，所以断定，气化炉在同等负荷情况下，烟煤产的粗煤气量是最多的。

3.2 单烧烟煤、褐煤的气化炉粗煤气数据分析对比

从表3看出，气化炉烧烟煤时一氧化碳和氢气含量比褐煤有所增加，气化炉烧褐煤时甲烷含量增加。

3.3 单烧烟煤、褐煤的气化炉煤气水数据分析对比

从表4看出，单烧烟煤时煤气水产量只有单烧褐煤时的74.41%，主要原因是烟煤的全水含量少，为酚氨回收装置奠定了良好的基础。总酚、总氨、COD等都比单烧褐煤时要小很多，主要是碎煤加压气化炉单烧烟煤时炉内温度高，炉温高不利于总酚、总氨、COD等物质的生成。

表2 气化炉单烧煤种数据

表3 气化炉单烧烟煤、褐煤时粗煤气分析数据

表4 气化炉单烧烟煤、褐煤时原料煤气水数据

3.4 单烧烟煤、褐煤的气化炉副产品数据分析对比

3.4.1 单烧褐煤的气化炉副产品数据分析对比

根据表5得出，单位煤耗产天然气、焦油1#、焦油2#、粗酚的量都和煤的热值成对应趋势；对于褐煤来说热值高的煤产天然气、焦油1#、焦油2#、粗酚都高。从表5看出，焦油1#、焦油2#、粗酚产率和煤中的挥发分变化趋势几乎相似。从图1分析出：焦油0#和焦油1#的变化趋势相近；焦油0#、焦油1#和焦油2#的变化趋势相反；粗煤气压力增加可以提高焦油2#和粗酚的产量；粗煤气压力提高，焦油0#和焦油1#产量下降。

3.4.2 单烧烟煤、褐煤的气化炉副产品数据分析对比

煤化程度较低的褐煤热解时煤气、焦油和热解水产率高，煤气中CO、CO2和CH4含量高；中等煤化程度的烟煤热解时，煤气和焦油产率比较高，热解水较少，黏结性强，固体残留物可形成高强度的焦炭；高煤化程度的煤（贫煤以上）热解时，焦油和热解水产率很低，煤气产率也较低，且无黏结性，焦粉产率高[4]。从表6看出，烟煤焦油0#的产率比褐煤高，烟煤焦油1#、焦油2#、粗酚的产率比褐煤低。

表6 气化炉单烧烟煤、褐煤时吨煤副产品数据

3.5 烟煤掺烧褐煤的气化炉运行数据分析

根据表7数据可以看出，随着褐煤掺烟煤比例的增加，粗煤气出口温度呈增加的趋势，主要是因为水分减少；气化炉夹套压差随着烟煤比例的增加而降低，主要是炉内相对孔隙大、气化剂阻力小引起的；夹套耗水、废锅壳侧耗水随着烟煤比例的增加而增加，炉篦转速随着烟煤比例的增加而减少，上述原因前面已经阐述，不再进行论述。对于褐煤中掺烧炜煤情况，因炜煤与褐煤工业分析数据相差不大，所以气化炉运行参数变化不大[5]。

表5 气化炉单烧褐煤时副产品数据

表7 气化炉褐煤掺烧烟煤数据对比

4 结语

①实践证明，对于碎煤加压气化炉，在运行过程中是可以进行褐煤与烟煤掺烧切换的，具体烧哪种煤主要根据煤源、经济效益、现场具体环境要求等多种因数决定。每种掺烧对于企业的原料煤短缺也是一个很好的解决方案。②碎煤加压气化褐煤中掺烧烟煤，随着比例的增加，气化炉煤气出口温度、夹套耗水、废锅壳侧耗水、单炉负荷、吨煤产煤气量都在逐渐增加，单位时间耗煤量、中压蒸汽使用量、灰锁温度、炉篦转速、单炉煤气水产量都在逐渐减少。③根据实际运行情况和理论分析，碎煤加压气化褐煤中掺烧烟煤，随着比例的增加煤气水中总酚、总氨、COD等难于处理的物质逐渐减少。④根据实际运行情况和理论分析可以看出，烟煤焦油0#的产率比褐煤高，烟煤焦油1#、焦油2#、粗酚的产率比褐煤低。碎煤加压气化褐煤中掺烧烟煤，随着比例的增加，焦油1#、焦油2#、粗酚的产量会增加，焦油0#的产量会减少。⑤根据实际运行情况和理论可以分析出气化炉压力和副产品的关系：焦油0#和焦油1#的变化趋势相近；焦油0#、焦油1#和焦油2#的变化趋势相反；粗煤气压力增加可以提高焦油2#和粗酚的产量；粗煤气压力提高，焦油0#和焦油1#产量下降。因此，企业在实际运行过程中要选择有利于生产高价副产品的方向进行调整。⑥对于加压气化炉煤种的掺烧过程中，掺烧均匀是非常关键的，否则会影响气化炉的工况，增加危险性、降低经济效益。