碎煤加壓氣化爐褐煤、煙煤及摻燒運行分析總結

段偉

內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古赤峰，025350

0 引言

碎煤加壓氣化爐可用原料煤范圍較廣，不同煤種對工藝操作要求不同，導致產品氣組成不同、日常運行維護不同。受原料產地、運行成本、產品組分制約，各地使用碎煤加壓氣體化爐的公司會因地選用合適的煤種煤源。掌握煤種特性，有利于保障碎煤加壓氣化爐安全穩定運行，通?？梢酝ㄟ^操作條件的改變來控制產品的組成，但不同煤種會產生不同的問題，可以根據煤種的不同提前采取對應的調整措施，以保證碎煤加壓氣化爐的長周期高負荷運行[1]。

1 原料煤工業性質分析對比

從表1看出，從褐煤到煙煤，全水含量逐漸減少，有利于煤的儲存而不會粉化，入爐后遇熱煤氣粉化率也低，可降低氣化爐夾套壓差及集水槽堵塞頻率，利于碎煤加壓氣化爐的運行；該種煤產氣法中水的產量大幅降低，從而降低了大量水處理成本費用。從褐煤到煙煤，空干基灰分逐漸減少，這可以提高爐篦使用壽命、減少氣化爐帶出的熱損失、提高灰鎖上下閥使用壽命、降低灰渣處理費用。從褐煤到煙煤固定碳含量逐漸增加，固定碳的增加可以使氣化爐的產氣量增加、減少運輸成本。從表1看出煒煤的揮發分最少、褐煤揮發分最多，揮發分的增加可以提高甲烷、焦油1#的產量。根據以上數據可以很明顯地看出，煙煤屬于低水、低灰、高發熱煤質，褐煤屬于高灰、高水、低發熱煤質，煒煤的各參數更接近褐煤，所以通過以上煤質數據分析發現，對于摻燒來說，煒煤摻燒褐煤可以使碎煤加壓氣化爐工況更加穩定[2]。

表1 原料煤的工業分析數據

2 煙煤摻燒前準備工作

①氣化中心各級管理人員和各班組成員要認真組織學習《煙煤摻燒方式總體說明》，并形成學習記錄。②摻燒前解除氣化爐出口溫度CT029聯鎖值，24小時運行穩定后投用聯鎖；解除聯鎖期間，當出口溫度達到450℃時手動停車（原單燒褐煤出口溫度連鎖值是425℃）；主要原因是煙煤全水低導致粗煤氣出口正常溫度要比單燒褐煤高；單燒煙煤時候出口溫度為530℃。上述各溫度經設計院計算而定。③摻燒后通知分析人員對氣化爐做粗煤氣半分析化驗，如果出口CO2含量超過35%時，應結合灰樣降低汽氧比，汽氧比調整幅度為每次0.05kg/Nm3，調整頻次不要超過2小時/次。④在摻燒期間，氣化爐出口溫度、灰鎖溫度波動較大，可能會出現法蘭泄漏點，需要現場加強巡檢。⑤摻燒過程中，應嚴格控制工藝指標，出現以下情況，操作工有權先停車后匯報。a.出口粗煤氣半分析CO2含量連續3個超40%；b.出口粗煤氣半分析O2含量連續超3個超1%。⑥煤種摻燒的關鍵之一是保持穩定均勻摻燒，所以對輸煤斗輪機的調整要求很嚴格。⑦摻燒比例要循序漸進，每次摻燒比例調整后一定要穩定觀察24小時后再進行調整。

3 單燒、摻燒氣化爐運行數據對比

3.1 單燒煙煤、褐煤氣化爐運行數據分析對比

根據表2數據，碎煤加壓氣化爐使用褐煤時粗煤氣出口溫度最低，煒煤次之，煙煤的粗煤氣出口溫度最高，主要是因為褐煤水分高，氣化爐底部產生的粗煤氣在經過爐內頂部煤層時被吸收了大量熱量。從表2看出，氣化爐在使用褐煤到煙煤的過程中，灰鎖的溫度逐漸降低，主要是因為煙煤中灰分少、固定碳含量高、活性低；為了使固定碳充分燃燒而選擇降低爐篦轉速，因其煤質活性低不但不會導致火層上移，還會使氣化爐中的原料煤被充分利用，減少灰中的殘碳，最終降低灰鎖溫度；灰鎖溫度降低可以提高灰鎖使用壽命、防止下灰室膨料停車。煤鎖法蘭溫度在實際運行過程中主要為判斷氣化爐是否缺煤提供依據，在運行過程中煙煤的法蘭溫度波動較褐煤小。氣化爐在同等負荷下使用煙煤時夾套壓差比褐煤低，主要原因是煙煤的力學強度高且內在水分低，煤在加入氣化爐后不容易粉化，氣化劑在爐內上升的過程中阻力??；可以解決褐煤因夾套壓差高而不能提高負荷的弊端，可有效避免因煤鎖在泄壓過程中未關嚴下閥導致的氣化爐壓差連鎖停車；氣化爐在同等負荷情況下使用煒煤時夾套壓差最低，因為它比褐煤含水量少且比煙煤夾套自產蒸汽量小，所以氣化爐使用煒煤時夾壓差最小。從表2看出，氣化爐夾套耗水量從褐煤到煙煤是增加的趨勢，分析主要原因是從褐煤到煙煤，活性降低、固定碳含量增加、全水含量減少，燒煙煤時氣化劑入爐后比褐煤反應速度慢，再因煙煤固定碳含量高，所以直接導致火層厚度增加，而且由于煤中水分低導致氣化爐頂部溫度也比褐煤高，所以最終燒煙煤的時候爐內的熱量比褐煤多，而在飽和蒸汽壓力條件下，為了帶走爐內的熱量，氣化爐從燒褐煤到煙煤的過程中夾套耗水量增加。氣化爐燒煙煤期間，爐篦轉速是褐煤的一半，主要是因為煙煤的灰分只有褐煤的一半。燒煙煤期間氣化爐同等負荷下煤鎖加煤量是褐煤的60%左右，主要是因為煙煤的固定碳含量高，可以減少煤鎖打循環放空煤氣、減少煤鎖氣壓縮機和氣柜的運行壓力[3]。從表2看出，氣化爐廢鍋殼側耗水量從褐煤到煙煤是增加的趨勢，粗煤氣出洗滌冷卻器的溫度相同，所以斷定，氣化爐在同等負荷情況下，煙煤產的粗煤氣量是最多的。

3.2 單燒煙煤、褐煤的氣化爐粗煤氣數據分析對比

從表3看出，氣化爐燒煙煤時一氧化碳和氫氣含量比褐煤有所增加，氣化爐燒褐煤時甲烷含量增加。

3.3 單燒煙煤、褐煤的氣化爐煤氣水數據分析對比

從表4看出，單燒煙煤時煤氣水產量只有單燒褐煤時的74.41%，主要原因是煙煤的全水含量少，為酚氨回收裝置奠定了良好的基礎?？偡?、總氨、COD等都比單燒褐煤時要小很多，主要是碎煤加壓氣化爐單燒煙煤時爐內溫度高，爐溫高不利于總酚、總氨、COD等物質的生成。

表2 氣化爐單燒煤種數據

表3 氣化爐單燒煙煤、褐煤時粗煤氣分析數據

表4 氣化爐單燒煙煤、褐煤時原料煤氣水數據

3.4 單燒煙煤、褐煤的氣化爐副產品數據分析對比

3.4.1 單燒褐煤的氣化爐副產品數據分析對比

根據表5得出，單位煤耗產天然氣、焦油1#、焦油2#、粗酚的量都和煤的熱值成對應趨勢；對于褐煤來說熱值高的煤產天然氣、焦油1#、焦油2#、粗酚都高。從表5看出，焦油1#、焦油2#、粗酚產率和煤中的揮發分變化趨勢幾乎相似。從圖1分析出：焦油0#和焦油1#的變化趨勢相近；焦油0#、焦油1#和焦油2#的變化趨勢相反；粗煤氣壓力增加可以提高焦油2#和粗酚的產量；粗煤氣壓力提高，焦油0#和焦油1#產量下降。

3.4.2 單燒煙煤、褐煤的氣化爐副產品數據分析對比

煤化程度較低的褐煤熱解時煤氣、焦油和熱解水產率高，煤氣中CO、CO2和CH4含量高；中等煤化程度的煙煤熱解時，煤氣和焦油產率比較高，熱解水較少，黏結性強，固體殘留物可形成高強度的焦炭；高煤化程度的煤（貧煤以上）熱解時，焦油和熱解水產率很低，煤氣產率也較低，且無黏結性，焦粉產率高[4]。從表6看出，煙煤焦油0#的產率比褐煤高，煙煤焦油1#、焦油2#、粗酚的產率比褐煤低。

表6 氣化爐單燒煙煤、褐煤時噸煤副產品數據

3.5 煙煤摻燒褐煤的氣化爐運行數據分析

根據表7數據可以看出，隨著褐煤摻煙煤比例的增加，粗煤氣出口溫度呈增加的趨勢，主要是因為水分減少；氣化爐夾套壓差隨著煙煤比例的增加而降低，主要是爐內相對孔隙大、氣化劑阻力小引起的；夾套耗水、廢鍋殼側耗水隨著煙煤比例的增加而增加，爐篦轉速隨著煙煤比例的增加而減少，上述原因前面已經闡述，不再進行論述。對于褐煤中摻燒煒煤情況，因煒煤與褐煤工業分析數據相差不大，所以氣化爐運行參數變化不大[5]。

表5 氣化爐單燒褐煤時副產品數據

表7 氣化爐褐煤摻燒煙煤數據對比

4 結語

①實踐證明，對于碎煤加壓氣化爐，在運行過程中是可以進行褐煤與煙煤摻燒切換的，具體燒哪種煤主要根據煤源、經濟效益、現場具體環境要求等多種因數決定。每種摻燒對于企業的原料煤短缺也是一個很好的解決方案。②碎煤加壓氣化褐煤中摻燒煙煤，隨著比例的增加，氣化爐煤氣出口溫度、夾套耗水、廢鍋殼側耗水、單爐負荷、噸煤產煤氣量都在逐漸增加，單位時間耗煤量、中壓蒸汽使用量、灰鎖溫度、爐篦轉速、單爐煤氣水產量都在逐漸減少。③根據實際運行情況和理論分析，碎煤加壓氣化褐煤中摻燒煙煤，隨著比例的增加煤氣水中總酚、總氨、COD等難于處理的物質逐漸減少。④根據實際運行情況和理論分析可以看出，煙煤焦油0#的產率比褐煤高，煙煤焦油1#、焦油2#、粗酚的產率比褐煤低。碎煤加壓氣化褐煤中摻燒煙煤，隨著比例的增加，焦油1#、焦油2#、粗酚的產量會增加，焦油0#的產量會減少。⑤根據實際運行情況和理論可以分析出氣化爐壓力和副產品的關系：焦油0#和焦油1#的變化趨勢相近；焦油0#、焦油1#和焦油2#的變化趨勢相反；粗煤氣壓力增加可以提高焦油2#和粗酚的產量；粗煤氣壓力提高，焦油0#和焦油1#產量下降。因此，企業在實際運行過程中要選擇有利于生產高價副產品的方向進行調整。⑥對于加壓氣化爐煤種的摻燒過程中，摻燒均勻是非常關鍵的，否則會影響氣化爐的工況，增加危險性、降低經濟效益。