食譜化配煤在煤化工企業的應用探索

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(河南煤業化工集團 煤氣化公司，河南 鄭州 450001)

?生產與實踐?

食譜化配煤在煤化工企業的應用探索

任富強，宋軍麗，狄朝陽

(河南煤業化工集團 煤氣化公司，河南 鄭州 450001)

通過對各產地煤種在魯奇氣化爐上的運行分析，探索多煤種混和在魯奇氣化爐上使用的配比原則，分析了不同負荷結構、不同產地煤種的配煤要求，制定不同配比模式下氣化爐的操作調整手冊，最終達到多煤種混和條件下的氣化爐的安全穩定和經濟運行，拓寬氣化爐的原料煤源，減輕采購壓力。

多產地；配比原則；操作調整；經濟運行

0 前言

近年來，采購的多元化造成魯奇氣化爐所用原料煤種發生了本質變化，配燒各產地的煤種逐漸代替了單燒模式，單月配燒煤種多達10余種，不同產地的煤種存在著水分、灰分、揮發分、固定碳含量等指標的差異，給魯奇氣化爐帶來了控制難度。多產地煤種混燒在魯奇氣化爐上經濟使用的研究，對于煤化工企業降本增效具有重要的意義。原料和生產的匹配成為魯奇氣化爐成本控制的關鍵，是保障炭利用率的重要措施。本文采用食譜化配煤指導原料煤的采購、存放、配比，在魯奇氣化裝置上使用，引入凈煤氣耗標煤單耗指標作為對標控制依據，有效降低了原煤消耗。

1 各產地煤種在魯奇氣化爐上的運行分析

各產地單燒煤種工業分析如表1所示。各產地煤種灰熔點如表2所示。

表1 各產地單燒煤種工業分析 %

表2各產地煤種灰熔點℃

煤種T1T2T3A11801280B11001140C14301470>1500D115811921220義馬煤119012201250

1.1 A煤種運行分析

汽氧比：平均汽氧比在5.2～5.5之間。出口溫度在A煤種的氣化爐出口，粗煤氣溫度正常波動范圍為480～530 ℃。灰鎖溫度：控制范圍在340～380 ℃。單耗：同等負荷下A煤種與義馬煤相比，煤耗降低0.064 t/(1 000 Nm3)、蒸汽單耗降低0.093 t/(1 000 Nm3)，氧耗增加5 Nm3/(1 000 Nm3)。

產率：中油產率為每噸煤產油16 kg，焦油產率為每噸煤產油18 kg，均低于義馬煤每噸煤產油17.8 kg和20.6 kg。

分析：如果A煤種在義馬氣化廠裝置長期使用，要考慮粗煤氣出口部分材質、灰鎖上、下閥及填料使用壽命。A煤種煤氣出口溫度超過魯奇氣化爐設計溫度，所以A煤種作為本企業魯奇氣化爐原料煤，單燒出口溫度不易控制在理想范圍內，操作控制有難度。

1.2 B煤種運行分析

汽氧比：平均汽氧比在5.5～5.9。出口溫度：B煤種的氣化爐出口粗煤氣溫度正常波動范圍為400～450 ℃。灰鎖溫度：控制范圍在310～340 ℃。單耗：同等負荷下B煤種與義馬煤相比煤耗降低0.146 t/(1 000 Nm3)、蒸汽單耗降低0.14 t/(1 000 Nm3)、氧耗增加0.005 t/(1 000 Nm3)。

產率：中油產率為每噸煤產油23.28 kg，焦油產率為每噸煤產油32.8 kg，均高于義馬煤每噸煤產油17.8 kg和20.6 kg。分析：和義馬煤相近，可以混和使用。

1.3 C煤種運行分析

汽氧比：平均汽氧比在4.3～4.4。出口溫度：C煤種的氣化爐出口粗煤氣溫度正常的范圍為500～585 ℃。灰鎖溫度：控制范圍在320～370 ℃。單耗：同等負荷下C煤種與義馬煤相比煤耗降低0.188 t/(1 000 Nm3)，蒸汽的消耗則降低了0.06 t/(1 000 Nm3)，氧耗增加0.035 t/(1 000 Nm3)。

產率：中油產率為每噸煤產油2.46 kg，焦油產率為每噸煤產油2.76 kg，均低于義馬煤每噸煤產油17.8 kg和20.6 kg。

分析：如果C煤種在義馬氣化廠裝置長期使用，氣化爐工況在高負荷時更易于控制。由于C煤種揮發分較低，焦油、中油產率較低，有利于制氣。C煤種系煙煤中變質程度較高的貧瘦煤，揮發分含量低，灰熔點高，無黏結性，能較好的在魯奇加壓氣化爐中氣化。由于其灰熔點較高，因而可大幅降低汽氧比，提高操作溫度，減少蒸汽消耗，減輕廢水處理系統的負荷。與義馬煤相比能降低1.0的汽氧比。可節省大量的蒸汽。C煤種固定炭含量高，灰分低，6 000 Nm3/h負荷下，爐篦僅維持在最低轉速1.15 r/min。在7 200 Nm3/h的負荷下能夠維持到3.0 r/min，不利于開車時的火層培養及低負荷運轉。由于C煤種灰熔點高，故火層溫度較高，因其活性差，還原層拉長，致使氣化爐出口溫度提高，平均達到550 ℃。高于義馬煤正常操作溫度100～150 ℃，因此要考慮提高洗滌冷卻器、刮刀、冷圈的材質。

1.4 D煤種分析

汽氧比：平均汽氧比在7.0～7.1。出口溫度：D煤種的氣化爐出口粗煤氣溫度正常波動范圍為200～230 ℃。灰鎖溫度：控制范圍在300～350 ℃。單耗：同等負荷下D煤種與義馬煤相比煤耗升高0.3 t/(1 000 Nm3)，蒸汽消耗升高0.161 t/(1 000 Nm3)，氧耗降低16 Nm3/(1 000 Nm3)。產率：中油產率為每噸煤產油12.92 kg，焦油產率為每噸煤產油10.46 kg，均低于義馬煤每噸煤產油的17.8 kg和20.6 kg。

分析：如果D煤種在義馬氣化廠裝置長期使用，堆密度較低，平均僅為650 kg/m3，造成氣化爐氧負荷為4 000 Nm3/h，加煤頻率已達4～5次，正常生產中要長期維持如此高的加煤頻率是不現實的，這將影響氣化爐負荷的提高。D煤種的活性較高，提高氧負荷要格外謹慎，嚴防局部燒穿導致氧含量超標而造成事故。義馬氣化廠氣化爐爐篦裝有三把排灰刮刀。D煤種灰分平均為11.29%(空氣干燥基)，而義馬煤實際生產中灰分為25%左右，故而在試燒時爐篦排灰轉速大多為1～1.5 r/h。魯奇氣化爐主要考慮爐篦勻速轉動達到排灰和均勻布氣調整工況的目的，所以爐篦轉速太低不利于工況調整和均勻布氣。氣化劑溫度宜控制在350 ℃(相對應的汽氧比為7.1)附近。

2 食譜化配煤目的

生產負荷即氣化爐單位時間內的氧氣流量，高熱值煤(固定碳含量高)耗氧量高，生產負荷低，影響式(5)反應放出熱量，式(1)和式(2)受吸收熱量影響，反應不充分，影響有效氣成分提高。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

以各產地煤在魯奇氣化爐上的運行分析為依據，氣化爐高負荷時原則選用固定碳含量高的C煤種更有利于工況控制，但是固定碳含量過高的話會影響氣化爐灰鎖填料、洗滌冷卻器、刮刀、冷圈的使用壽命。魯奇氣化爐主要考慮爐篦勻速轉動達到排灰和均勻布氣調整工況的目的，灰分太低會導致爐篦轉速降低，不利于工況調整和均勻布氣。所以需要根據不同的負荷，把各產地煤種合理搭配，混和成適合氣化爐使用的最佳煤種。

3 保障氣化爐經濟運行

3.1 引入凈煤氣耗標煤單耗控制指標

國內魯奇煤制氣工藝廠家較多，且分布較廣，由于地域差別，原料煤工業分析及熱值等差異較大，單一用凈煤氣耗塊煤單耗比較，只能量化到單位凈煤氣耗塊煤的數量，同樣數量的原料煤由于熱值不同，價格相差較大，制氣成本天壤之別。這樣較難做到能源消耗的準確定位，凈煤氣耗標煤指標的引入比起傳統的凈煤氣耗塊煤指標的控制，量化了不同質量能源的生產成本，為同行業煤制氣生產成本提供了對標的平臺，對同行業操作水平給予了客觀評價。

標準燃料是計算能源總量的一種模擬的綜合計算單位，在能源使用中主要利用它的熱能。因此，習慣上都采用熱量來作為能源的共同換算標準。當月消耗標煤量為當月實際消耗煤量與當月入爐煤平均熱值[5000大卡(20.9 kJ)]的乘積。當月凈煤氣耗標煤單耗為當月消耗標煤量與當月凈煤氣產量比值。由于煤、油、氣等各種燃料質量不同，所含熱值不同，為了便于對各種能源進行計算、對比和分析，必須統一折合成標準燃料。標準燃料可分為標準煤、標準油、標準氣等。國際上一般采用標準煤、標準油指標較多。世界各國都按本國的用能特點確定自己的能源標準量。一些經濟發達國家以用油為主，采用標準油，西歐有些國家以用電力為主，采用標準電，我國以煤為主，采用標準煤為計算基準，即將各種能源按其發熱量折算為標準煤。

3.2 按照灰熔點相近的原則進行采購、存放、使用

由于各產地煤的灰熔點各不相同，且相差較大。在魯奇氣化爐工藝操作時，無法選擇最佳汽氧比，按高灰熔點煤選擇汽氧比，會造成灰熔點低的煤結渣，結渣部分影響氣化劑的均勻分布，容易出現氣化爐工況惡化，另外還有可能達到T3溫度，熔融部分將灰熔點高的煤包裹，阻礙了與氣化劑接觸，不利于完全反應，導致碳流失，表現為爐渣中的黑核現象。按照低灰熔點煤選擇汽氧比，則高灰熔點的煤表現為灰細，不利于排灰和制氣，造成生產負荷加不上，同時增加煤氣水產量，加大了污水處理費用。可見，多煤種配燒時，各煤種灰熔點在一定范圍內，且相差不大，便于控制理想的汽氧比，保證提高反應溫度的同時，灰中殘炭量降低，炭利用率提高，且隨氣化溫度的提高，蒸汽分解率提高，污水產量下降，污水處理費用下降，氣化爐運行更為經濟。

3.3 不同的配煤模式和操作控制

3.3.1 低負荷運行時操作方案

氣化爐低負荷運行時，原則以消耗D煤種為主，灰熔點相近的B煤種為輔，按照計算的加權熱值配比入倉。平均熱值控制在16.8～18.8 kJ，凈煤氣耗原料煤單耗控制在1.0 kg/Nm3。

氣化爐操作調整方案：工藝指標控制為出口溫度：300～360 ℃；灰鎖溫度：300～350 ℃；洗滌冷卻器的出口溫度：190～195 ℃；氣化爐的壓力：2 950～3 050 kPa；汽氧比：6.7～6.9；殘炭控制：<6%。

3.3.2 高負荷運行時操作方案

氣化爐高負荷運行時，原則以煤種A和義馬煤為主，D煤種為輔按照配比入倉，平均熱值18.9～23.1 kJ，凈煤氣耗原料煤單耗控制在1.0 kg/Nm3。

氣化爐操作調整方案：工藝指標控制為出口溫度：360～420 ℃；灰鎖溫度：330～350 ℃；洗滌冷卻器出口溫度：190～195 ℃；氣化爐壓力：2 950～3 050 kPa；汽氧比：5.6～6.3 kg/Nm3；殘炭控制：<6%。

3.3.3 不同生產負荷下的配煤原則

根據不同生產負荷，把各產地煤種通過兩臺給煤機調節給煤量，進行受煤坑煤種的配比，送入魯奇氣化裝置進行混和應用，混和后的入爐煤由煤質辦進行入爐煤的綜合熱值分析，進行配比熱值和計算熱值的對照和調整。達到氣化爐的粗煤氣耗塊煤單耗指標科學精細的控制。并根據生產負荷的波動，及時調整原料配比，調整配比后的熱值匹配生產負荷，有效控制了魯奇氣化裝置的標準煤單耗指標，避免能源浪費。

找出標煤單耗指標經濟運行下的對原料煤的需求綜合熱值，指導備煤分廠的配煤，達到控制煤制氣裝置生產成本的目的，使資源的應用得到計劃利用，避免資源的浪費和無序生產。

4 保障煤粉鍋爐經濟運行

本企業氣化爐、鍋爐供煤系統為混和進料，通過篩分實現塊煤、沫煤的分離，分別供應給氣化爐和鍋爐，因為氣化爐原料煤熱值高，造成篩下混煤熱值較高，而煤粉鍋爐用煤的設計熱值為16.2 kJ，高熱值煤容易造成煤粉爐結焦。通過配入爐渣和次混煤的方法可降低入煤粉爐原料煤的熱值，避免鍋爐結焦造成的工況不穩。兩種配煤方法運行指標見表3。

爐渣：爐渣進入排渣系統時的溫度為800 ℃；環境溫度(入爐煤內爐渣溫度)為30 ℃；爐渣比熱容為0.963 kJ/m3·k；爐渣堆積密度為2.30 t/m3，1卡=4.186 8 J。

由以上參數可計算出每噸爐渣進入爐膛燃燒排出后帶走散失的熱量為323 618.4 kJ。折合標煤為1.54 t。

由以上熱量計算可得出：每100 t爐渣配入入爐煤后將浪費標煤1.54 t，另外，渣對鍋爐制粉系統和受熱面均有較大磨損。

次混：次混煤入爐燃燒對煤耗影響計算如下(數據為2013年前4月平均)：次混煤入爐燃燒后，有全水熱量損失及灰渣熱量損失。損失熱量計算如下： 次混煤全水平均為8.82%，排煙溫度平均為150 ℃，30 ℃時水的焓為125.6 kJ/kg，150 ℃水蒸氣的焓為2 772.8 kJ/kg，則每噸煤中水分攜帶熱量為234 368 kJ；次混煤平均灰分為61.48，根據煤粉爐燃燒后灰渣比，約70%為飛灰，30%為固態渣，飛灰帶走的熱量為21 701.4 kJ。固態爐渣帶走的熱量為59 686.2 kJ。每噸次混煤入爐燃燒損失熱量為315 756 kJ。折合標煤為1.5 t。每100 t次塊配入入爐煤后將浪費標煤1.5 t。每噸次混煤入爐燃燒釋放熱量為7.732 2×106kJ。由以上熱量計算可以得出：每100 t次混煤入爐燃燒后有效利用熱量為7 416.444 kJ，折標煤為35.32 t。

表3 兩種配煤方法運行指標分析

結論：保障煤粉鍋爐經濟運行，優先通過配入次混煤，其次選擇配入爐渣。

5 結論

對多產地煤種進行配比之前，要對各煤種的工業分析、熱穩定性、灰熔點等進行甄別，配比煤種要性質相近，然后通過改變各產地煤種投入的比例控制入爐煤的熱值，分別在氣化爐上進行不同生產負荷下的配給，以達到既不影響工況，又經濟運行的目的。

企業能夠實現多產地煤種在生產過程中的按需配燒，達到降低粗煤氣的生產成本，實現魯奇氣化爐的經濟運行的目的，可在同類行業中推廣使用。此食譜化配煤的使用，能夠拓寬魯奇氣化裝置原料煤源，能夠為科學配煤提供指導。實現多煤種在魯奇氣化裝置上經濟使用，為同類企業開辟先河。

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2013-12-25

任富強(1963-)，高級工程師，從事安全生產經營管理工作，電話：15839821199。

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1003-3467(2014)02-0039-04