小籽煤摻燒煤棒制氣工藝探討

趙王斌 張 超(山西蘭花科技創業股份有限公司田悅化肥分公司 山西陽城048102)

小籽煤摻燒煤棒制氣工藝探討

趙王斌 張 超
(山西蘭花科技創業股份有限公司田悅化肥分公司 山西陽城048102)

山西蘭花科技創業股份有限公司田悅化肥分公司(以下簡稱田悅公司)現生產能力為180 kt/a合成氨、300 kt/a大顆粒尿素，造氣工段現有Φ2 650 mm/2 800 mm的錐形夾套造氣爐16臺，共分4套系統(每4臺爐為1套系統)，正常生產時常開13～14臺造氣爐供氣，配套6臺(4開2備)C600- 1.3型空氣鼓風機。為了降低生產成本，田悅公司曾于2012年12月開始在原料塊煤中摻燒25%(質量分數)的煤球，經過工藝調整和不斷優化，已取得了滿意的成績。2013年1月以來，每噸小籽煤價格比中塊煤低40元，為了進一步降低生產成本，田悅公司決定從2013年4月開始，逐步在第1套和第4套造氣系統以小籽煤摻燒煤棒制氣，其余2套造氣系統原料不變。經過8個月的試燒，已初見成效。

1 小籽煤和煤棒的特性

小籽煤粒度較小、表面積大，易燃燒氣化，氣化效果好，但小籽煤的透氣性差，特別是在上料過程中易產生煤粉，會造成床層阻力增大。而煤棒的粒度相對較大，可適當增加空隙率，減小床層阻力，能為造氣爐創造良好的氣化條件；但煤棒的抗壓強度較低，易產生煤粉，加之其熱穩定性差，會使氣化時的帶出物增多，還會影響造氣爐產氣量。鑒于小籽煤和煤棒的上述特性，并結合田悅公司的原料特點，將小籽煤與煤棒的摻燒質量比定為7∶3(下同)。

2 小籽煤和煤棒入爐質量要求

小籽煤的入爐粒度應控制在25～50 mm ，含煤粉質量分數<3%，矸石質量分數<5%，并確保入爐煤質量穩定；另外，還應保證煤棒的完好率>90%，熱穩定性>75%，固定碳質量分數>70%，灰分質量分數<15%。

3 爐箅的選型

造氣爐爐箅性能的好壞是影響煤耗的重要原因之一。經過多方考察，將原七層六邊型爐箅改為八層六邊型專用爐箅，同時對籽煤摻燒煤棒的造氣爐內防流板進行了改造。

4 循環時間

循環時間主要依據造氣爐的爐型、風機性能和原料煤煤質確定，循環時間的長短直接影響氣化層溫度的波動幅度。采用長循環時間制氣時，由于制氣時間長，則爐內熱量損失多，特別是在制氣后期會導致氣化層溫度偏低，造成制氣量小且氣體成分差；為保證下一循環制氣時氣化層能有足夠高的溫度，必須延長吹風時間，故會造成氣化層溫度大幅度波動，不僅爐況不穩定，還會出現局部結疤現象，勢必導致制氣效率低。采用短循環時間制氣時，爐內熱量損失相應減少，氣化層溫度也不會大幅度波動，爐況較穩定，蒸汽分解率高，造氣爐氣化強度大，則制氣效率也高。根據造氣爐、配套空氣鼓風機的實際情況和小籽煤、煤棒的理化特性，以及小籽煤和煤棒入爐含煤粉較多而引起的床層阻力分布不均勻、易被吹翻、出現風洞等問題，將循環時間定為128 s，即二上吹10 s、吹凈5～7 s、吹風26～30 s、上吹28～32 s、下吹 50～53 s。循環時間調整后，爐況整體較穩定。

5 入爐風壓風量

通過對小籽煤和煤棒特性分析，小籽煤摻燒煤棒制氣時，入爐空氣壓力控制在28 kPa左右、流量控制在32 000～36 000 m3/h(標態)較為合適。

6 入爐蒸汽用量

入爐蒸汽用量的大小取決于爐內的熱量平衡。蒸汽用量過大，會使大量蒸汽在爐內未被分解就被帶出爐外，不僅造成爐內熱量損失、氣化層溫度下降幅度大，而且氣化效率低；蒸汽用量過少，會造成生產能力下降，同時在不同床層阻力下，還會出現局部過熱、結疤結塊、產氣量下降和煤氣質量下降的現象。針對小籽煤摻燒煤棒制氣工藝的具體情況，DN250 mm的蒸汽閥門上吹時的閥門開度為30%，下吹時的閥門開度為27%。同時，為了發揮小籽煤氣化速度快的長處，使其在單位時間內制得更多煤氣，經一段時間的摸索，將入爐蒸汽流量控制在4～5 t/h、壓力0.080～0.083 MPa、溫度175～190 ℃較為合適。

7 上、下行煤氣溫度的控制

由于小籽煤摻燒煤棒后含粉量大、粒度小、燃燒氣化速度快、床層阻力不太穩定，故對制氣的工藝的條件要求苛刻。若上行煤氣溫度控制得高，則煤氣帶出的顯熱多，熱損失大，原料煤消耗高；上行煤氣溫度控制得低，則會導致氣化層溫度低，直接影響煤氣的氣量和質量。下行煤氣溫度高，說明氣化層下移，易造成下部燃料過熱而結大塊，導致產氣量低、消耗高，嚴重時燒毀爐箅等下部設備，影響造氣爐的安全穩定運行；下行煤氣溫度低，說明火層上移，同樣會影響產氣量，還會造成燃料燃燒不完全、返焦量大，使消耗升高。所以，通過對小籽煤摻燒煤棒制氣工況的摸索，上行煤氣溫度應控制在220～240 ℃、下行煤氣溫度應控制在200～240 ℃。

8 炭層高度的控制

選擇合適的炭層高度是保證煤氣成分穩定和提高產氣量的重要方法之一。小籽煤摻燒煤棒制氣時，應合理控制炭層高度。炭層高度過高，則阻力大，會影響吹風時的有效風量；炭層高度過低，會影響制氣時的氣體成分。在能夠克服阻力情況下，炭層高度應控制得相對高一些，有利于在吹風階段增加燃料層的蓄熱容量，延長制氣階段蒸汽與碳的接觸時間，既能提高蒸汽分解率，也有利于二氧化碳還原反應的進行，還能提高煤氣的產量和質量，降低返焦率。如果炭層控制得過高，會導致在吹風階段空氣與碳接觸時間長，二氧化碳容易被還原成一氧化碳；另外，炭層高度過高會造成造氣爐上、下壓差增大，氣化劑易形成偏流，出現局部過熱、爐面溫度高、炭層被吹翻、吹風氣帶出熱量多、造氣爐內的蓄熱量減少、產氣量低等不正常現象，嚴重時還會造成氧含量升高，被迫停爐，影響生產。因此，炭層高度應該根據造氣爐有效的空層高度而定，田悅公司的造氣爐炭層高度控制在(1.95±0.10) m。

9 結語

田悅公司于2013年4月在第1套和第4套系統的8臺造氣爐采用小籽煤摻燒煤棒制氣后，經過8個月的工藝調整和不斷優化，已摸索出1套較為理想的操作方法。2013年8月起，日消耗小籽煤500 t，占入爐原料煤總量的55%(質量分數)，日消耗煤棒200 t，占入爐原料煤總量的22%(質量分數)，合計占入爐總用煤量的77%(質量分數)。目前，噸氨原料煤(標煤)耗為1.15 t，噸尿素原料煤(標煤)耗為660 kg左右。今后，將逐漸在其余2套造氣系統采用小籽煤摻燒煤棒制氣，以降低生產成本，實現企業利潤的最大化。

2013- 12- 29)