淺談煤質(zhì)和配煤技術(shù)對(duì)Shell煤氣化的影響

孫龍會(huì)　張美美　武占強(qiáng)

摘 要：簡(jiǎn)單介紹了煤質(zhì)對(duì)Shell煤氣化工藝的影響。根據(jù)本地煤質(zhì)特性，應(yīng)用配煤技術(shù)，通過(guò)改變煤種、調(diào)節(jié)配煤比例，得到了適合Shell氣化爐運(yùn)行的配煤方案。

關(guān)鍵詞：配煤技術(shù)；Shell煤氣化；煤質(zhì)；灰熔點(diǎn)

1 目的及意義

原則上說(shuō)殼牌煤氣化技術(shù)適用的煤種較為廣泛，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，單一煤種的氣化仍然存在較多問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅影響粉煤氣化裝置的長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)也制約了其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)粉煤氣化裝置均使用配煤技術(shù)，通過(guò)配煤技術(shù)的合理利用，不僅能降低粉煤氣化裝置的氧耗、煤耗及能耗，還能提高氣化效率，從而提高裝置的經(jīng)濟(jì)使用性。因此，配煤的好壞和穩(wěn)定煤質(zhì)的措施是保障殼牌煤氣化裝置穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

2 煤質(zhì)對(duì)Shell煤氣化裝置影響

2.1 煤灰組成及含量

煤灰分的主要組成為氧化硅（SiO2）和氧化鋁（Al2O3），對(duì)灰的黏結(jié)性影響較大。殼牌氣化采用以渣掛渣來(lái)保護(hù)水冷壁，若灰含量低，則掛渣效果不好，無(wú)法起到保護(hù)爐壁的作用，縮短氣化爐的使用壽命。而灰分含量大，合成氣冷卻器（SGC）積灰明顯，降低換熱效果，同時(shí)增加了U1400結(jié)渣和U1500堵灰的幾率；同時(shí)灰渣會(huì)帶走大量的熱，未達(dá)到生產(chǎn)需求須氣增大氧煤比，熱效率降低，影響裝置的生產(chǎn)能力。所以嚴(yán)重時(shí)灰分高會(huì)導(dǎo)致氣化爐事故停車。[1]Shell氣化灰分含量要求為12～23%。鶴壁本地煤種的煤灰成分及含量與殼牌（鶴壁）設(shè)計(jì)煤種相差較大，若單獨(dú)使用容易，SGC易嚴(yán)重積灰，換熱效果差，且排渣困難，15單元堵灰?guī)茁噬仙Ｃ夯曳纸M分中的SiO2和Al2O3對(duì)Shell氣化爐合成氣冷卻器的積灰影響較大，當(dāng)SiO2/Al2O3<1.4時(shí)堵渣現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)，當(dāng)SiO2/Al2O3<1.6時(shí)，合成氣冷卻器會(huì)有大量積灰。但硅鋁比在2.0左右時(shí)，灰熔點(diǎn)在1350℃左右為最佳，可以減緩或防止合成氣冷卻器積灰。

2.2 揮發(fā)分

煤揮發(fā)分的高低反應(yīng)煤反應(yīng)活性的強(qiáng)弱。揮發(fā)分越高，反應(yīng)活性越強(qiáng)，越有利于氣化反應(yīng)，但高揮發(fā)性的煤易氧化甚至自燃，不僅給運(yùn)輸和儲(chǔ)存帶來(lái)不便，更增加了磨煤和煤粉輸送單元操作難度。因此，殼牌氣化要求Shell粉煤氣化要求煤中揮發(fā)分不超過(guò)35%。

2.3 灰熔點(diǎn)

灰熔點(diǎn)是指煤灰的軟化、熔融的溫度。灰熔點(diǎn)高，煤灰的軟化、熔融溫度高，氣化操作溫度高，氧耗比大，比煤耗大，對(duì)設(shè)備的使用壽命很大影響。根據(jù)煤種的灰熔點(diǎn)可作決定是否需要配煤和添加相應(yīng)助溶劑。一般將煤種灰熔點(diǎn)控制在1300～1450℃之間，Shell煤氣化一般操作溫度高于灰熔點(diǎn)50～100℃。

2.4 水分

氣化煤的全水分和內(nèi)水越低越好，全水一般控制在12%以下，最好在8.0%左右。內(nèi)水衡量煤質(zhì)的形成年限和種類，一般要求 5.0%以下，這樣有利于原料煤的輸送和加壓下料，避免堵塞和增加磨煤干燥負(fù)荷，影響生產(chǎn)。

3 配煤技術(shù)對(duì)殼牌煤氣化的影響

氣化煤質(zhì)的灰分、揮發(fā)分、水分、以及灰熔融性、煤灰黏度等指標(biāo)對(duì)氣化爐裝置的運(yùn)行穩(wěn)定有著至關(guān)重要的影響。因此原料煤選備、煤質(zhì)的穩(wěn)定成為煤氣化生產(chǎn)的難題。這就需要根據(jù)氣化煤的煤質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用配煤技術(shù)來(lái)維持煤質(zhì)的穩(wěn)定，從而保證氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

配煤技術(shù)基本原理是利用不同煤種各自組成成分、物理和化學(xué)性質(zhì)的差異，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，使最終配出的混合煤在性能指標(biāo)上達(dá)到最佳狀態(tài)，以滿足用戶對(duì)煤質(zhì)的質(zhì)量要求。[2]配煤的實(shí)質(zhì)就是一種改善氣化煤種品質(zhì)的過(guò)程，即為了使氣化煤種的質(zhì)量滿足Shell氣化的煤質(zhì)要求，把不同性質(zhì)氣化用煤按照事先計(jì)算好的比例進(jìn)行均勻混配，從而得到一種灰熔點(diǎn)、灰分、揮發(fā)分、硫分等均適合Shell粉煤氣化爐的混煤。配煤技術(shù)可提高生產(chǎn)效率、減少污染物的排放、節(jié)約成本，保證生產(chǎn)裝置“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

為降低生產(chǎn)成本，我公司主要使用本地煤作為煤氣化裝置的使用煤，但本地煤煤質(zhì)和煤氣化裝置要求數(shù)據(jù)存在較大偏差，從表1本地煤種煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出，本地煤1、本地煤3煤灰含量>23%，超過(guò)設(shè)計(jì)最大指標(biāo)，在高負(fù)荷工況下灰渣量大，排渣困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成堵渣；而本地煤2、本地煤4的SiO2/Al2O3與要求數(shù)據(jù)偏差0.7左右，偏差過(guò)大，若單獨(dú)使用，氣化爐合成器冷卻器積灰加快，引起壓差上漲，必然減少運(yùn)行周期。本地煤1、本地煤3及本地煤4的灰熔點(diǎn)>1500℃，超出殼牌煤氣化的操作要求。因此，我們通過(guò)配煤來(lái)調(diào)節(jié)煤質(zhì)中各種組分的含量，使其達(dá)到Shell煤氣化對(duì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)的要求。考慮到經(jīng)濟(jì)效益、交通運(yùn)輸?shù)榷喾矫嬉蛩兀谀鼙ＷC氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，我們盡量使用鶴壁本地煤種，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

4 Shell煤氣化裝置運(yùn)行問(wèn)題及解決辦法

在實(shí)際運(yùn)行中，煤灰組分和含量與設(shè)計(jì)煤中的差異導(dǎo)致合成氣冷卻器十字架（SGC）積灰嚴(yán)重，從2013年3月至2014年7月僅因此停車占到了四次，嚴(yán)重影響Shell氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

把2013年3月至2014年7月氣化裝置運(yùn)行周期進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氣化爐的運(yùn)行周期明顯延長(zhǎng)，其中關(guān)鍵的問(wèn)題是減少了合成氣冷卻器的積灰問(wèn)題。通過(guò)調(diào)整配煤方案，運(yùn)行周期顯著提高，最近一次開(kāi)車運(yùn)行周期達(dá)到89天，而且停車時(shí)的壓差為22Kpa。充分說(shuō)明我們通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化配煤方案，可以有效的控制氣化爐合成器冷卻器的壓差，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的周期，從而降低了生產(chǎn)成本，直接提高生產(chǎn)效益。要實(shí)現(xiàn)Shell煤氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，需要做好以下幾點(diǎn)：

（1）穩(wěn)定的煤質(zhì)對(duì)Shell粉氣化裝置運(yùn)行至關(guān)重要，它是氣化裝置能否長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在[3]，因此就要采取定時(shí)取樣來(lái)觀察氣化爐入爐煤種的煤質(zhì)，如變化較大，立即調(diào)整。

（2）根據(jù)我公司的實(shí)際運(yùn)行情況和Shell 煤氣化的要求，煤質(zhì)達(dá)到要求適合于Shell煤氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）SiO2/Al2O3是影響氣化爐合成氣冷卻器積灰的關(guān)鍵因素之一，本地煤的硅鋁比較低，最低可達(dá)1.2；本地煤與高硅鋁比的煤配燒可以很好的解決Shell氣化爐十字架的積灰問(wèn)題。

（4）通過(guò)配煤，可以有效降低本地煤的灰熔點(diǎn)，減少石灰石的添加量，改善灰渣的黏溫特性，使其有利于Shell煤氣化水冷壁掛渣，保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

配煤作為一種穩(wěn)定煤質(zhì)改善煤質(zhì)的主要措施，目前在Shell氣化裝置上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。文章討論煤質(zhì)和配煤技術(shù)對(duì)Shell煤氣化的影響，通過(guò)在實(shí)踐中應(yīng)用這些配煤理論和優(yōu)化配煤措施，以實(shí)現(xiàn)Shell氣化裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]張鴻儒，張洪剛，郭零.煤質(zhì)對(duì)殼牌煤氣化工藝操作的影響[J].科技創(chuàng)新報(bào)導(dǎo)，2012，11：27.

[2]戴財(cái)勝.動(dòng)力配煤的理論與應(yīng)用研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2005.

[3]吳國(guó)祥.煤質(zhì)變化對(duì)Shell粉煤氣化工藝的影響[J].大氮肥，2011，34（4）：273-277.