固定床氣化爐摻燒焦炭的生產實踐

李愛粉

（河南能源化工集團安化公司，河南 安陽 455133）

0 引 言

河南能源化工集團安化公司下屬化肥公司（簡稱化肥公司）有2套合成氨／尿素裝置及供乙二醇生產線使用的水煤氣制氣裝置。其中，水煤氣制氣裝置（供乙二醇生產線）有φ2650mm爐頂取氣固定床氣化爐8臺和φ2800mm固定床氣化爐16臺，共計24臺爐；半水煤氣制氣裝置（供2套合成氨／尿素裝置）有φ2800mm固定床氣化爐16臺和φ3600mm固定床氣化爐6臺，共計22臺爐?；使練饣癄t所用塊煤灰熔點大多在1100～1250℃之間。

眾所周知，原料煤成本占煤頭合成氨裝置生產成本的60%左右，控制原料煤成本對于降低合成氨裝置生產成本至關重要。2016年初，由于全國鋼鐵產能過剩，焦炭價格一路下滑，在這一原料價格利好消息的推動下，公司圍繞“保生存、戰危機、謀發展，降本增效”這一奮斗目標，嚴控進廠原料煤的粒度、化學活性、灰熔點、硫含量等質量指標，并采購部分焦炭進行試燒。試燒過程中，針對固定床氣化爐試燒焦炭存在的問題開展技術攻關，最終通過摸索確定出了固定床氣化爐塊煤摻燒焦炭的最佳比例，并通過優化調整氣化爐工藝指標，使塊煤摻燒焦炭先后在半水煤氣、水煤氣制氣裝置中獲得成功應用，實現了降本增效的目標。

1 摻燒焦炭前生產系統的基本情況

化肥公司造氣系統采用間歇式UGI型煤氣發生爐（簡稱氣化爐），主要使用河南能源化工集團內供焦作塊煤，無煙塊煤在氣化爐內通過與氣化劑——蒸汽、空氣反應制得合格的水煤氣和半水煤氣，分別供乙二醇系統及合成氨裝置使用。2016年初，焦炭市場行情一路下滑，呈現焦炭市場價低于塊煤的利好現象。而據統計，2015年12月化肥公司半水煤氣實際生產成本為308元／km3，合成氨生產成本為1715元／t，尿素生產成本為1290元／t，當期尿素銷售價格在1200元／t左右，略有虧損。為降低生產成本，化肥公司決定采購部分焦炭進行試燒。

2 焦炭與煤炭特性的對比

不同的氣化工藝對原料的要求不同，因此在選擇煤氣化工藝時，了解氣化用原料的特性及其影響極為重要。煤炭是古代植物埋藏在地下經歷復雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦物，是一種固體可燃有機巖。而焦炭是煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到950～1050℃，經干燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段制得的，這一過程叫高溫煉焦（高溫干餾）；按照用途不同，焦炭分為冶金焦、鑄造用焦和化工用焦3大類?；使驹嚐慕固繛榛ぃ饣┯媒?，化工（氣化）用焦對焦炭強度要求不高，但要求焦炭的反應性好，相應的焦炭的灰熔點也較高。

原料煤（焦）的灰熔點是影響氣化操作的主要因素?；胰埸c，又稱為煤灰熔融性，其與原料中灰分的組成有關，灰分中Al2O3、SiO2含量高，煤的灰熔點就高；Fe2O3、CaO、MgO含量高，灰熔點就低?；使具M廠焦炭主要產自河南利源焦化有限公司，其灰熔點分析數據見表1?？梢钥闯?，進廠焦炭灰熔點較所用塊煤灰熔點高約200℃，兩者灰熔點相差較大，實際生產中如何控制灰渣殘炭率顯得尤為重要。

表1 進廠焦炭灰熔點分析數據 ℃

3 試燒焦炭前的準備工作

（1）焦炭具有吸水性強、不宜露天存放的特點，因此，結合煤場貨位存煤情況，提前安排好焦炭的存放貨位及考慮貨位上煤問題。

（2）選擇2臺氣化爐作為焦炭摻燒試驗爐，提前對這2臺試驗氣化爐的油路系統漏點、溜煤管厚度、上行煤氣管線、下行煤氣管線、旋風除塵器等部位保溫情況進行排查及處理。

（3）組織班組人員召開焦炭試燒工作安排會，對焦炭試燒可能存在的問題、注意事項、操作要點、人員安排等進行部署，統一操作思路，同時將焦炭試燒工作與激勵考核掛鉤，提高操作人員試燒焦炭的積極性。

（4）提前與公司質量檢測管理中心聯系，在試燒焦炭期間每8h單爐取樣做氣質分析，并與燒用塊煤時的分析數據進行對比，觀察氣質的變化情況；同時，試燒期間建立工藝指標、工藝調整、氣質分析等的專項記錄，收集試燒數據，便于后期摻燒焦炭時的數據對比分析。

（5）制定每周召開專題交流會的工作制度，以解決工藝調整過程中出現的問題，統一操作調整思路，對試燒效果定期進行總結與分析。

4 焦炭試燒的操作思路及摻燒比例摸索

4.1 焦炭試燒的操作思路

鑒于焦炭相較于塊煤具有固定碳含量高、灰熔點高、揮發分低、化學活性較差的特點，結合焦炭試燒情況，計劃逐步提高氣化層溫度、降低空層高度、控制上行煤氣溫度、減低爐條機轉速，以利于形成灰渣層，降低返焦率。在焦炭試燒過程中，參與試燒工作的操作人員、技術管理人員解放思想，通過逐步摸索優化工藝指標，對存在的問題進行攻關。

4.2 焦炭試燒的摻燒比例摸索

焦炭試燒最重要的是摸索出固定床氣化爐塊煤摻燒焦炭的最佳比例。因此，試燒過程中，我們按照最佳經濟運行模式，以保證氣化爐安全穩定運行（控制上行煤氣溫度在350℃以下）和焦炭摻用量最大為前提，將焦炭與塊煤的摻燒比例逐步由1∶1增加至3∶1；并逐步提高氣化層溫度，降低空層高度，控制上行煤氣溫度，減低爐條機轉速，以利于形成灰渣層，降低返焦率。具體摸索過程如下。

4.2.1 第一階段摻燒情況

第一個摻燒階段，在2周時間內，將焦炭與小塊煤的摻燒比例由1∶1逐漸增至2∶1，并對2種不同摻燒比例下氣化系統的工藝運行參數進行統計與對比，結果見圖1。

圖1 不同摻燒比例下氣化系統工藝運行參數的對比

由圖1可以看出：焦炭摻燒量較少時（焦炭與塊煤比例為1∶1），受焦炭灰熔點高的影響，部分焦炭未充分燃燒，灰渣殘炭率較高；之后隨焦炭摻燒比例的逐漸提高，灰渣殘炭率呈下降趨勢；但隨焦炭摻燒比例的逐漸提高，上行煤氣溫度逐漸升高，與灰渣殘炭率呈反相關關系。為此，我們探索繼續增加焦炭使用量，以找到最佳操作平衡點。

4.2.2 第二階段摻燒情況

第二個摻燒階段，將焦炭與塊煤的摻燒比例增加至3∶1，并對焦炭摻燒3種不同小塊煤（焦炭∶塊煤=3∶1）的工藝運行參數進行統計與對比，結果見表2。

表2 焦炭與3種不同小塊煤摻燒（焦炭∶塊煤=3∶1）時氣化爐工藝參數對比

由表2可以看出：焦炭與焦作小塊煤或山西小塊煤按照3∶1的比例摻燒時，氣化爐的各項工藝指標較為穩定，上行煤氣溫度在350℃以下（高限運行），達到最佳操作平衡點；而焦炭與鑫龍小塊煤按照3∶1的比例摻燒時，工藝指標波動幅度較大，氣化爐內炭層高度升高，且焦炭與鑫龍小塊煤按3∶1的比例摻燒時，從實際觀察到的氣化爐運行狀況來看，爐條機轉速加快，火層被破壞，出現結塊、流生炭（焦）現象；進一步進行分析發現，原因是鑫龍小塊煤含矸偏高。因此，化肥公司決定加大山西小塊煤和焦作小塊煤的采購量，搭配焦炭摻燒，以確保氣化爐的穩定運行并實現效益最大化。

因焦炭透氣性好，摻燒造成上行煤氣溫度較使用塊煤時高110℃左右，達330～350℃，在指標上限運行（上行煤氣溫度指標為350℃以下），甚至偶爾會出現氣化爐工藝調節時上行煤氣溫度達370～380℃的情況。為此，我們主要通過采用小顆粒塊煤（粒度13～25mm）摻燒的方式來彌補焦炭透氣性好所帶來的問題。

5 試燒過程中出現的問題及處理

（1）上行煤氣溫度高，造成洗氣塔出口煤氣溫度高。應對措施：據洗氣塔出口煤氣溫度，適時調度開停一循循環水風機，即通過降低循環水溫度的方式來降低洗氣塔出口煤氣溫度。

（2）氣化爐負荷與蒸汽使用量配比不當，造成氣化爐內結塊或返炭（焦）率高。應對措施：①氣化爐由使用塊煤到摻燒一定比例的焦炭要有72h的過渡時間；②摻燒焦炭后，加負荷要緩慢，要根據灰渣情況適時調整蒸汽用量及負荷配比。

（3）焦炭硫含量偏高，脫硫系統阻力上漲。應對措施：①加強脫硫溶液組分的分析頻次，保證脫硫溶液組分正常；②加強對脫硫溶液溫度、組分的管理，以保證半脫溶液溫度在38～42℃，維持變脫溶液溫度在38℃左右；③加強煤氣溫度、氣質及噴射器壓力的工藝管理，加強脫硫泵、再生泵、變脫泵等設備的管理。

（4）因上行煤氣溫度過高，上行煤氣管線保溫著火。應對措施：①嚴控上行煤氣溫度在指標范圍內；②加強現場巡檢，發現著火，立即停爐滅火；③加強設備檢修維護力度，避免油壓系統管線、油缸漏油；④檢修油壓系統時，采取措施避免液壓油灑落到煤氣管線及設備上。

6 結束語

化肥公司在產品市場價格不斷下降、生產經營呈現虧損狀態的情況下，緊抓焦炭市場價低于塊煤的利好機會，大膽嘗試，在降低生產成本上狠下功夫，在沒有現成經驗可借鑒的情況下，對比塊煤與焦炭的化學成分，通過反復試驗，摸索出焦炭與塊煤摻燒的最佳比例，并通過設備消缺和工藝優化調整，最終實現了氣化系統的穩定運行；據統計，2016年化肥公司進廠焦炭與塊煤平均差價為93元／t，2016年全年化肥公司氣化系統共摻燒焦炭83.8kt，則全年原料成本降低779.34萬元，焦炭摻燒工作取得了顯著的經濟效益。另外，長期以來塊煤氣化的操作經驗在操作人員的思維中已根深蒂固，通過此次焦炭摻燒也放開了操作人員的思路，為今后各種原料煤的摻燒打下了良好的基礎。