煤漿濃度及氧煤比對水煤漿氣化的影響分析

摘 要：水煤漿氣化作為一種主要的產氣方式，憑借其較廣的適應性而廣泛的運用到工業化領域中。水煤漿氣化的操作工藝較為復雜，且受多種因素影響，其中煤漿濃度、氧煤比等因素對氣化裝置的平穩、高效運行有著直接的影響作用，并且對氣化參數也有直接的操控作用。文章就這兩種因素對水煤漿氣化的影響進行分析，以期實現裝置的高效生產。

關鍵詞：煤漿濃度；氧煤比；水煤漿氣化；影響分析

水煤漿氣化是在高溫高壓下進行的，其工況極其復雜，并且受多種因素影響。其中煤漿濃度、氧煤比、燃燒室形狀及尺寸等因素對裝置的平穩、高效運行都有重要的影響。煤漿濃度及氧煤比對氣化參數也有重要的操控作用。各參數之間配合得當，才能最大限度的實現氣化裝置的高效生產。

1 煤漿濃度及氧煤比與氣化溫度的關系

水煤漿氣化技術所需要的兩大原料，即原料煤與氧氣，只有將氧煤比控制在合適的范圍內，才能確保氣化溫度、氧氣以及煤漿的質量流量達到規定要求，才能以煤漿濃度值為依據，對干煤的進料量進行確定。

1.1 氧煤比與氣化溫度

氧煤比與氣化原料的進料有密切關系，是一個需要嚴格控制的操作參數。在其他條件一定的情況下，氧煤比對氣化爐的操作溫度有著決定性的作用，并且還是標定耗氧量的有效手段之一。氧煤比的合理設定可以從根本上降低消耗，提高效益。在水煤漿氣化生產過程中，控制好氧煤比，就是控制進料的碳元素和氧元素的質量或摩爾比例，其目的是生成高比例含量的合成氣，當然也可通過氧漿比、氧碳比來標定計量，無論采用哪種方法，其產生的作用是相同的，不同的只是術語上的說法。

1.2 煤漿濃度與氣化溫度

煤漿濃度是水煤漿氣化技術最原始的一個工藝參數。煤漿濃度與煤粉粒的大小有密切的關系，煤粉粒度愈小，煤漿濃度反而愈高，黏度也愈大，其相應的氣化效率或碳轉化率就愈高。當煤漿濃度不斷增大時，進入氣化爐的水含量將趨于減少，氣化溫度則呈上升趨勢。

2 煤漿濃度、氧煤比與水煤漿氣化參數的關系

水煤漿氣化技術可通過一系列的指標來判斷氣化效果的好壞，在此以煤漿濃度、氧煤比為中心來分析兩者與氣化效率、碳轉化率、摩爾百分含量、冷煤氣效率以及產氣率的關系，以此來研究這兩種因素對水煤漿氣化效果的影響。

2.1 煤漿濃度與氣化效率的關系

所謂氣化效率就是指煤氣熱值與燃料熱值兩者的比值，可以用作衡量水煤漿氣化過程中能量合理利用的指標。水煤漿是氣化操作中所用的燃料來源，對氣化裝置的穩定、高效、經濟運行有著直接的影響作用。隨著煤漿濃度的增大，氣化效率隨之上升。

2.2 氧煤比與碳轉化率的關系

高碳轉化率是所有煤氣化技術力求實現的一個高境界值。碳轉化率越高，就意味著資源利用率也越高，合成氣的質量就越容易得到保障。碳轉化率隨著氧煤比的增長而升高。

2.3 氧煤比與（CO+H2）摩爾百分含量的關系

（CO+H2）的含量體現了煤氣化技術的核心價值，（CO+H2）是煤氣化下游工藝所使用的重要原料。對于煤氣化裝置而言，在進料量確定的情況下，產出中（CO+H2）含量愈高，就表明下游工藝產能愈大，其經濟效益將不斷增加，原料利用率將有大幅度的提升，從而有利于實現節能降耗。對于氧煤比與（CO+H2）摩爾百分含量的關系，一般來說，隨著氧煤比的增大，（CO+H2）摩爾百分含量不斷上升。

2.4 氧煤比與冷煤氣效率的關系

冷煤氣效率是用于衡量氣化爐工作性能的一個重要指標。冷煤氣效率是氣化反應所生成的煤氣的化學能和氣化用煤的化學能兩者之間的比值，對于煤以及煤氣的化學能可采用低位發熱量。隨著冷煤氣效率的提高，煤化學能的轉化效率也將隨之提高，同時也使煤的利用率得以較大的提高。增大氧煤比，冷煤氣效率也將隨之提高。

2.5 氧煤比與產氣率的關系

產氣率是指單位質量的原料氣化后得到的粗煤氣量，是煤氣化技術的重要經濟指標之一，該指標多通過試燒來確定。產氣效率隨著氧煤比的增大而升高。

3 煤漿濃度及氧煤比對水煤漿氣化效果的影響分析

3.1 煤漿濃度對氣化的影響分析

煤漿濃度作為煤氣化最原始的參數，在氣化過程中有著至關重要的作用。因此，煤漿濃度的確定非常關鍵的。不同的煤漿濃度對煤氣化有不同程度的影響，根據有關實驗得知，有效氣成分隨著煤漿濃度的增加而不斷提高，因此，應在保證氣化爐不超溫的條件下，應盡可能的增加煤漿濃度，以便提高有效氣成分含量。根據有關計算結果得知，碳轉化率隨煤漿濃度的增加而趨于降低，但降幅基本上不大，雖然碳轉化率的降低會影響氣化爐的經濟運行，但氣化爐單位容積內的產氣效率將有較大的提升，同時因H2O、CO2、CH4等非有效氣體含量大大降低，相應的也會使脫除設備的容量隨之減小，這樣以來將會大大節省初期投資以及運行費用，在對上述因素進行綜合考慮的前提下，適當地增大煤漿濃度從經濟角度考慮，是比較合理的。

此外，煤漿粘度對煤漿濃度也有一定的限制作用，煤漿濃度過高，粘度過大會對煤漿泵的穩定性有直接的影響作用，很容易增加供漿系統的故障率，同時，隨著煤漿濃度的增加，氣化溫度會相應的上升，這對氣化爐內襯耐火磚來說，必須具備較高的條件。爐溫過高，很容易燒毀耐火磚而造成停爐現象，這在工業應用中是絕對不允許發生的。因此，應在確保爐溫、供漿順利、碳轉化率適當的前提下，盡可能的增加煤漿濃度，使出口煤氣中有效氣含量得到較大的提高。

3.2 氧煤比對氣化的影響分析

氧煤比與氣化原料的進料有密切關系，是一個需要嚴格控制的非常重要的參數。氧煤比對裝置操作有較大的影響，根據上述分析可知，氣化效率、碳轉化率、摩爾百分含量、冷煤氣效率以及產氣率各個因素都隨氧煤比的增大而增長，顯然氧煤比是一個非常關鍵的控制參數。通過建立模型以數值來模擬氧煤比，得出氧煤比是影響氣化爐出口氣體組成的重要因素。隨著氧煤比的降低，氣化爐出口氣體的含量卻呈上升趨勢，相應的，爐內平均爐溫急劇降低。可見，無限制地降低氧煤比是不可取的，否則會對液態排渣有重要影響，很容易造成渣堵現象，從而影響到氣化裝置的穩定性，甚至還會導致停爐，這在生產上是非常不經濟的。

4 結束語

隨著水煤漿氣化技術的不斷發展和完善，水煤漿氣化的應用前景將越來越廣闊。但由于水煤漿氣化操作工藝較為復雜，且受多種因素的影響，使得氣化裝置的穩定性得不到充分保障。本文以煤漿濃度、氧煤比這兩個因素為中心，對水煤漿氣化的效果進行分析，以期實現氣化裝置的平穩、高效、經濟運行。

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