山西屯留煤在Mark-IV型魯奇氣化爐上試燒初探

趙天運 梁學博

（河南省煤氣(集團)公司義馬氣化廠，河南 義馬 472300）

1 引言

河南省煤氣化工程即義馬氣化廠是國家“九五”重點工程，是為解決豫西地區城鎮居民、工商業用氣需求，實現煤炭就地轉化，改善區域環境，帶動地方經濟發展的一項公益性、環保性城市公用基礎設施項目。該工程較早引進具有世界先進水平的德國魯奇加壓氣化技術及關鍵設備，自2006年9月二期工程建成投產以后，目前已形成日產凈煤氣300萬Nm3，成為亞洲最大人工城市煤氣制造企業。2006年我廠受山西潞安煤基合成油廠委托，在魯奇氣化裝置上對山西屯留貧瘦煤進行工業化試燒，其采集數據為潞安煤基合成油的設計工作提供依據。

2 試燒前準備工作

2.1 組織保障

為保證圓滿完成試燒任務，保證取得數據的可靠性和準確性，更好地統籌試燒全過程，保證試燒過程安全順利進行，我廠成立了山西屯留煤試燒工作指揮部。

2.2 準備工作

（1）2006年我廠僅有魯奇氣化爐3臺，分別為1#、2#、3#氣化爐，通常生產狀態下二開一備。為確保試燒過程順利進行，決定先在一臺氣化爐上進行單燒，待確定較佳汽氧比后兩爐滿負荷運行。（2）試燒前準備好試燒期間記錄報表，做好試燒期間數據統計工作。（3）保持1#、2#、3#氣化爐豎灰管上的取灰器正常使用。（4）試燒前4小時，確定粗煤氣冷卻系統、煤氣水處理、酚回收裝置運行正常，做好取樣前的準備工作。

2.3 山西屯留煤的工業分析

本次試燒煤種山西屯留貧瘦煤，貧瘦煤是一種具有弱粘性的煉焦用煤，其發熱量較高。試燒前在廠內對山西屯留貧瘦煤進行了工業分析，以便掌握煤質情況對工藝調控做出指導。下表1為山西屯留貧瘦煤工業分析結果。可見，屯留煤較義馬煤其含水量低0.69%，揮發份含量低10.41%，固定碳含量高55.69%，其熱值高達5516kcal/kg。

表1 山西屯留貧瘦煤工業分析結果

2.4 預計試燒工藝指標調整范圍

（1）粗煤氣出口溫度：550℃～650℃。（2）汽氧比：4.5-5.0左右。（3）灰鎖溫度：320℃～370℃。（4）煤鎖下法蘭溫度：135℃～190℃。（5）爐篦電流：19—20A左右。

2.5 試燒程序

（1）待煤倉中義馬煤料位指示為30%時，通知備煤車間向氣化爐內加山西屯留貧瘦煤。（2）山西屯留貧瘦煤入爐后，氣化爐負荷漸降至5000 Nm3/h，按1次/15分鐘的分析頻率分析粗煤氣中的CO2和O2。（3）保持操作壓力在2.85-3.05MPa之間。（4）每小時排灰、看灰一次。（5）據灰樣、爐篦電流尋求最佳汽氧比，氣化爐工況穩定后，負荷緩慢加至5500 Nm3/h。（6）氣化爐滿負荷運行48小時后，進行高負荷試驗，加負荷的速度為500Nm3/10min。（7）高負荷性能測試后，兩臺氣化爐恢復正常負荷，直至將山西屯留貧瘦煤燒完為止。

3 試燒過程

2006年 6月 23日 15：04時，2#氣化爐煤倉料位指示40%時，加進山西屯留貧瘦煤，氣化爐負荷為5000Nm3/h，汽氧比5.3。至17:00時粗煤氣半分析顯示 CO2：31.7%O2：0.2%，表明屯留煤已進入爐內，穩定2小時后，汽氧比由5.3降至5.2，負荷加至5500 Nm3/h，粗煤氣半分析顯示 CO2：29.7%；O2：0.2%。結合灰樣、爐篦電流和半分析數據，確認汽氧比已較佳，這一過程耗時5.5小時，第一階段進展順利。

試燒指揮部決定3#氣化爐也開始試燒屯留煤，6月24日1：17時，3#氣化爐煤倉顯示36%時加進屯留煤。4：26時，3#氣化爐半分析為 CO2：31.6%O2：0.3%，表明山西屯留貧瘦煤已到達反應區，至5:00時3#氣化爐調整汽氧比5.3降至5.2；7：25時降至4.8，各項指標均顯正常。隨后，將2#氣化爐負荷加至7000Nm3/h，3#氣化爐負荷加至6500 Nm3/h，3#氣化爐的汽氧比降至4.7運行。

6月24日11:00時始至25日16：00時結束，2#、3#氣化爐負荷維持 7000-7200 Nm3/h，汽氧比控制在4.6，粗煤氣半分析CO225%～27%間，爐篦電流正常，灰的顏色、粒度適中。我們認為山西屯留貧瘦煤此時工況下穩定，隨后再次降2#氣化爐汽氧比至4.5，運行7小時，未發現大渣塊導致排灰困難。高負荷運行下氣化爐也較穩定，兩爐直至將山西屯留貧瘦煤試燒完為止。

4 試燒結果

4.1 試燒中主要運行參數范圍

（1）試燒過程中，氣化爐粗煤氣出口溫度范圍550℃～620℃，灰鎖溫度范圍 340℃～380℃。同負荷下，與義馬煤相比粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度均較高。（2）試燒過程中，汽氧比調整范圍在4.5-4.7間為較宜。（3）試燒過程中，爐篦轉速維持在2.0～3.5間。屯留貧瘦煤灰份含量高，同負荷下相比義馬煤爐篦轉速稍高，整個試燒過程灰中殘碳量較高，約7%。（4）山西屯留貧瘦煤固定碳含量高，反應活性低，平均每小時加煤僅兩鎖，在6000Nm3/h負荷下，爐篦僅維持最低轉速1.5r/min。7200Nm3/h負荷下維持3.0r/min，不利于開車時的火層培養及低負荷生產。

4.2 高負荷運行下運行參數及粗煤氣成份對比

表2 2#氣化爐義馬煤與山西屯留貧瘦煤運行參數對比

表3 山西屯留貧瘦煤試燒2#氣化爐運行數據（負荷7000 O2Nm3/h下）

表2、表3為2#氣化爐在7000 Nm3/h氧負荷下，義馬煤與山西屯留貧瘦煤的運行參數對比表和粗煤氣成份對比表，我們發現：

（1）山西屯留貧瘦煤變質程度較深，反應活性差，試燒在保證灰不熔渣的前提下適當降低了汽氧比。同負荷7000Nm3/h下，義馬煤汽氧比5.6，屯留煤汽氧比4.6。（2）試燒發現爐頂法蘭溫度、粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度一直處于高位。7000Nm3/h氧負荷下，爐頂法蘭溫度185℃，粗煤氣出口溫度598℃，灰鎖溫度382℃。（3）試燒還發現，負荷低時，粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度更不易控制，溫度波動變大，氣化爐與夾套的壓差變大29KPa左右。我們認為這些都是由于山西屯留貧瘦煤氣化變質程度深，反應活性差，導致煤在爐內停留時間變長，氣化段變寬所致。（4）粗煤氣成份。山西屯留貧瘦煤試燒中汽氧比低，氣化爐溫較高，CO2還原率增加使其含量降低，煤氣中CO含量增加；氣化中甲烷生成反應為放熱反應，爐溫高也使其CH4含量有一定程度降低。與義馬煤粗煤氣成份對比來看，CO2降低約5%，CO提高約7%，H2含量提高2%，CH4有少量降低，有效氣（CO+H2）總含量占到65.91%。

4.3 煤氣水及副產品對比

表4 煤氣水分離出口分析數據對比

表5 山西屯留貧瘦煤與義馬煤試燒副產品產率

表4、表5分別為山西屯留貧瘦煤和義馬煤在煤氣水分離處理后出水指標對比、副產品產率對比。可以看到，山西屯留貧瘦煤試燒中汽氧比低，蒸汽分解率提高，煤氣水較義馬煤少，約586kg/t煤；煤氣水出口總酚較低，而總氨偏高，COD較義馬煤降低更明顯。其中總酚含量為1.37g/l，總氨12.83g/l，COD為5753mg/l。山西屯留貧瘦煤揮發份遠低于義馬煤，通常認為煤變質程度越深（其揮發份對應越少），其焦油等副產物量越低，這與我們的試燒結果相同，屯留貧瘦煤副產品中油產率2.46kg/t煤，焦油產率2.76kg/t。但有關專家也認為較低焦中油產率，還與煤所含水分、反應爐溫存在一定關系，大都認為煤中水份太低，爐溫較高，都會使焦油產率下降。

結論

試燒結論認為：山西屯留貧瘦煤作為魯奇加壓固定床氣化工藝用煤是完全可行的，氣化爐工況較穩定。試燒過程中發現，氣化爐粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度一直較高，較不易操控，但高負荷（7000Nm3/h以上）試燒中，氣化爐運行卻變得較為平穩。

[1]梁學博、王磊等.Mark-Ⅳ型魯奇爐試燒東勝利褐煤的分析與評價[J].河南化工.2011，28(6).

[2]朱銀惠.煤化學[M].北京：化學工業出版社，2008年2月第1版.