煤質變化對殼牌粉煤氣化工藝的影響

諸葛杰源 湯吉祥

摘 要：文章闡述煤質的參數變化對殼牌粉煤氣化裝置的影響，并根據這些影響采取相應的預防措施。

關鍵詞：煤質；殼牌粉煤氣化；措施

中圖分類號：TQ546 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0169-02

殼牌粉煤氣化工藝目前在國內的應用非常廣泛。通過實際運行，我們發現煤質的變化對殼牌粉煤氣化爐的影響很大，它不僅對整個氣化爐的能耗、物耗有影響，而且還影響整個殼牌粉煤氣化爐的安全連續穩定運行。由于我國地大物博，各地大大小小的的煤礦數不勝數，各地的煤礦的煤質參數又各不相同，因此煤質的波動很難避免。正因如此，研究煤質的變化就有了非常重要的作用。通過對原煤各種參數變化的分析，搞明白煤質變化對氣化爐運行所帶來的各種影響，并采取相應穩定煤質的措施，以實現殼牌粉煤氣化爐安全連續穩定的運行。

1 煤質變化對殼牌粉煤氣化裝置的影響因素

1.1 粒 度

殼牌粉煤技術對粉煤粒度有著很高的要求。要是粒度過粗，在粉煤加壓輸送過程中，必然會對管道設備形成沖刷磨損，減少其使用周期。要是粒度過細，則粉煤在加壓輸送過程中容易被壓結實，進而給粉煤的運輸帶來麻煩，并且也會影響粉煤的煤循環，影響煤燒嘴的穩定運行。所以，一般要求粉煤粒度為5～90 μm>80%。

1.2 灰 分

殼牌粉煤技術的重要原理之一就是 “以渣抗渣”，所謂“以渣抗渣”是指水冷壁外表面附著一層耐火材料，內置金屬銷釘。生產中，高溫熔融下的流態熔渣，順水冷壁重力方向下流，當渣層較薄時，由于耐火襯里和金屬銷釘具有很好的熱傳導作用，渣外表層冷卻至灰熔點固化附著，當渣層增厚到一定程度時，熱阻增大，傳熱減慢，外表渣層溫度升高到灰熔點以上時，熔渣流淌減薄；當渣層減薄到一定厚度時，熱阻減小，傳熱量增大，渣層溫度降低到灰熔點以下時熔渣聚積增厚，這樣不斷的進行動態平衡，這樣煤的灰熔點不出現大的變化，氧/碳比不出現大的波動，水冷壁內鍋爐水能夠正常供給，爐內溫度就不會出現大幅度波動，渣層厚度在動態中相對穩定的。這樣在正常生產情況下，就實現了“以渣抗渣”，有效保護了水冷壁不受反應腐蝕、不受高溫燒蝕、不受熔渣磨蝕，使得使用壽命延長。實踐表明，對于液態排渣型殼牌粉煤氣化爐，飛灰殘炭要求控制在4%～18%。飛灰殘炭適中，這樣才能在水冷壁上形成良好的渣層。如果飛灰殘炭太低，那么就無法在水冷壁上形成保護渣層，要不然就是形成的渣層太薄，達不到保護氣化爐內件的效果。要是飛灰殘炭太高，則會增加整個殼牌氣化裝置的物料損耗。

1.3 灰熔點

殼牌粉煤氣化爐內溫度大概在1 450℃～1550 ℃，一般殼牌氣化爐操作溫度要比原料煤的灰熔點大概高120 ℃左右。因此要求原料煤的灰熔點一般<1 350 ℃。要是灰熔點太低，容易使得氣化粉煤的碳轉化率偏低，可能還會致使氣化爐水冷壁上不能正常掛渣，影響氣化爐的安全連續穩定運行。對于低灰熔點煤種，一般通過將幾種原煤按一定比例配煤來提高其灰熔點。要是灰熔點太高，高過殼牌氣化爐的最高設計溫度則會給設備帶來很大的安全隱患，那么就要通過加入助熔劑（石灰石），以改變熔渣性能，使原料煤的灰熔點<1 350 ℃或更低（對應于

1 450 ℃～1 550 ℃的氣化溫度），從而保證正常的渣流動性。在對某種類煤進行氣化之前，技術部門必須確定采用助熔劑的添加量。“過助熔”，亦即加入過量助熔劑，會造成爐渣粘度上升，過多助熔劑比助熔劑不足更糟。

1.4 原料煤水分

原料煤中水分含量高低對粉煤的研磨和運送有很大的影響。原煤中水分含量過高，研磨出同樣負荷的原煤所需要的燃料氣會增多，增加物耗，而且易導致粉煤在運送過程中結塊，形成堵塞，影響生產；粉煤水分含量高的話，在運送跟存儲的過程中還容易結塊，引起煤閥波動，嚴重時還會使得煤閥無煤下來，危及煤燒嘴的穩定運行。因此，殼牌粉煤氣化工藝要求煤中水分越低越好，原則上要求不超過10%為宜。

1.5 結渣積灰

殼牌粉煤氣化爐出口合成氣是通過四個中壓蒸汽發生器和一個中壓蒸汽過熱器來冷卻降溫的。如果灰渣的結垢特性較強，則易導致中壓蒸汽發生器和中壓蒸汽過熱器結垢，從而降低合成氣冷卻器水冷壁的換熱效果，使得合成氣冷卻器出口溫度偏高，嚴重時會危及整個氣化裝置的安全運行。運行時，如果發現煤的氣化具有較高的結渣趨勢，則增加激冷比率，以避免激冷管、輸氣管及過熱器有太高的結垢率。

1.6 原煤含硫量

對于殼牌粉煤氣化工藝來說，原煤中存在的硫是有害物質，它會腐蝕管道設備，造成合成氣外漏，殘留在管道壁上的硫，遇到高溫還可能引發自然，發生火災，對安全生產存在嚴重威脅。原煤中存在的硫分進入到合成氣后，亦會對下游的凈化系統帶來影響，對于非耐硫變換來說，合成氣中含硫高還容易引發催化劑中毒，對安全生產帶來不小的隱患。此外，氣化反應產生的硫化氫如果外漏還會對人身安全帶來極大的危害。所以，一般情況下，原煤中的含硫量盡量越低越好。

1.7 揮發分

揮發分是煤加熱后揮發出的有機質及其分解產物，能大致代表煤的變質程度。一般而言，揮發分越高，煤化程度越淺。煤質越輕，反應活性越好，對氣化反應越有利。但由于殼牌粉煤氣化工藝采用高溫氣化，氣體在爐內的停留時間比較短，以氣固所之間的擴散反應是控制碳轉化的重要因素，因而對煤粉粒度要求較高，而對揮發分及反應活性要求不是很嚴格。殼牌粉煤氣化要求原煤的揮發分不大于30%。

2 穩定煤質的措施

2.1 加強原煤采購源頭管理

加強源頭管控，確保原煤質量堅持從源頭抓起，強化選礦環節管控。對原料煤礦的出礦數據認真分析，并與數據庫中以往的數據進行比對，看煤質是否有變化。盡量選擇煤質較為穩定的大礦作為氣化爐的入爐煤種來源礦，以確保生產穩定。同時對選煤礦的各種細節嚴格管控，做到有據可查。

2.2 優化配煤穩定煤質

加強配煤的穩定均勻性很多時候，原料煤種不止來自一個煤礦，可能有2～3個煤礦，這時候就需要通過按合適的比例把這幾種原煤配在一起，為保證煤質的穩定，務必做到幾種原煤的均勻混合。

2.3 加強原煤分析工作

通知分析人員每天定時對原煤采集取樣，對采集的原煤樣品及時分析，及時匯報數據給操作人員。

2.4 做好原煤的轉運和篩選

原煤從煤礦拉到廠里后，要及時做好轉運工作，期間要避免被雨水淋濕，進而使得原煤含水偏高，還要避免跟其他煤堆混合引起原煤二次污染。在用皮帶輸送到磨煤單元的時候，要及時進行篩選，把原煤中攜帶的各類雜物濾掉，以保證粉煤輸送順暢。

2.5 做好原煤數據的統計工作

了解以往進廠原煤的各種表征參數，對每一批次進廠原煤的煤質參數及時記錄和統計，逐步形成完整的原煤煤質數據庫，以供日后查詢。

2.6 建立煤質管理體系，實現規范化管理

為實現煤質管理規范化，采取全員參與、齊抓共管的方法，從根本上把住煤質關。利用每周的安全活動、班前會、黨員活動等形式，向廣大員工講清提高煤質、提高企業經濟效益以及員工收入的重要意義，使員工轉變輕質量的觀念，從而調動員工抓煤質、提效益的積極性，形成了全公司人人抓煤質的良好氛圍。

3 結 語

煤質的各種表征參數，體現了煤質的各種特性，煤質是否穩定決定了氣化爐是否能夠安全連續穩定地運行。因此，在了解了煤質的各種特性后，通過采取相應的措施來穩定煤質，進而保證氣化爐能夠安全平穩地運行。

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