水煤漿氣化灰渣綜合利用和效益分析

文 _ 高繼光 馬銀亮 劉銳杰 河南心連心化肥有限公司

水煤漿氣化灰渣綜合利用和效益分析

文 _ 高繼光 馬銀亮 劉銳杰 河南心連心化肥有限公司

德士古水煤漿氣化技術在國內(nèi)化工企業(yè)得到廣泛應用，氣化后得到大量氣化灰渣。氣化灰渣是由氣化爐爐底灰渣和爐頂飛灰兩部分組成，氣化渣的設計含碳量≤20%，但是實際運行過程中一般高于20%，而氣化灰含碳量一般高于氣化渣20%～40%。煤氣化過程中排出的大量灰渣，不僅要占用大量的土地，并且其滲濾液會對土壤和水體造成污染。傳統(tǒng)的鍋爐灰渣大宗利用途徑是生產(chǎn)建筑材料和回填。符合農(nóng)用標準的粉煤灰含有硅鈣鉀等組分，對經(jīng)濟作物有增產(chǎn)作用，還可用于制作肥料。但是與傳統(tǒng)鍋爐灰渣不同，氣化灰渣含碳量比較高，國標GB/T 1596-2005中將粉煤灰品質(zhì)指標分為3個等級，其中，拌制混凝土和砂漿的粉煤灰最低等級3級，灰燒失量≤15%，而我們得到的氣化灰渣均不合格，大量煤系固體廢物處理十分必要。合理處理和利用這些氣化灰渣，既能回收部分能量，也是環(huán)境保護的需要。

1 氣化細渣特性和處理方法

1.1 氣化灰渣特性

氣化爐反應中生成的熔渣進入激冷室水浴后分離，進入渣池經(jīng)撈渣機撈出，撈出時水分為60%左右，在渣場存放后水分可降至30%左右。粒度一般在4mm以內(nèi)。經(jīng)過熔融后的渣孔隙率較小，容易脫水。

爐頂飛灰：碳洗塔排出的黑水經(jīng)沉降、真空壓濾機脫水后，其水分在70%左右，此時外在水分可見。物理外觀形狀為固態(tài)的細顆粒狀，其吸水性很強。細煤粒氣化后形成多孔狀態(tài)，并以極快的速度被煙氣帶走。遇水后自身的持水性很強。對氣化細灰進行分析結果如表1。

表1 氣化灰渣各組分含量%

1.2 氣化灰渣處理方法

結合水煤漿氣化灰渣含碳量高的特點和本公司實際情況，有3臺180t/h循環(huán)流化床鍋爐可供使用。循環(huán)流化床鍋爐在我國已成功運行30多年，其突出特點是燃料適用性廣、低溫燃燒、燃料爐內(nèi)燃燒時間長和良好環(huán)保性能(脫硫率高)，灰渣可綜合利用在水泥、制磚行業(yè)。氣化灰渣大多以極細顆粒組成（一般小于0.2mm），質(zhì)輕、多孔、揮發(fā)分較少、含碳量高（20%以上），可以把灰渣以管道輸送的方式送往流化床鍋爐進行二次燃燒。氣化細渣進入鍋爐燃燒會對鍋爐的發(fā)熱量起到積極作用。而且，燃燒后的爐渣含碳量較低，可以作為建材、道路橋梁的摻混原料。用氣化渣替代中煤，按照鍋爐設計摻燒比例進行摻燒，其發(fā)熱量、灰分等基本沒有變化，對鍋爐的正常穩(wěn)定運行幾乎沒有影響。

1.2.1 工藝流程

含水率約60%的氣化煤灰進入煤灰場，用皮帶機輸送到括料機上，然后到達勻料機。如果煤灰在勻料機中水分太低，可以適當加水調(diào)節(jié)灰渣含水量。經(jīng)過破碎、碾壓制成合適的進料狀態(tài)，經(jīng)過振動篩到達中儲倉。中儲倉內(nèi)設轉(zhuǎn)速很低的攪拌器做回轉(zhuǎn)運動，然后用膏體泵打入管道。膏體泵為雙缸活塞泵用電比例閥調(diào)速，實現(xiàn)煤泥流量的調(diào)控，最后通過管路打到鍋爐頂部進口。見圖1。

系統(tǒng)采用1套系統(tǒng)1條管路為1臺鍋爐供應氣化灰渣。這套系統(tǒng)充分利用了煤泥結團燃燒的特性，可有效延長超細顆粒氣化渣在鍋爐料層的停留時間，有利于細顆粒的燃燒和燃燼，減少飛灰損失。氣化渣與煤泥混合后入爐，實現(xiàn)了密閉輸送和連續(xù)穩(wěn)定給料，對鍋爐的穩(wěn)定運行和燃燒自控提供了保證。

圖1 煤渣輸送系統(tǒng)工藝流程

2 氣化細渣處理效益分析

氣化采用四噴嘴水煤漿技術，在制氣的同時氣化工段產(chǎn)生3.2t/h含碳量約20%左右的濾餅。現(xiàn)通過表2數(shù)據(jù)對氣化灰渣進入鍋爐燃燒進行能量衡算。

表2 能量衡算基本數(shù)據(jù)

根據(jù)分析結果氣化干灰渣的發(fā)熱量為7.65MJ/kg，處理量為3.2t/h所以：

氣化用原料煤發(fā)熱量按23MJ/kg，換算成原料煤為937.6t，每噸煤800元，年增加收益為937.6 800=75萬元。

從計算的數(shù)據(jù)中可以看出，將氣化細灰和煤泥混合后通過煤泥管道向鍋爐輸送，入爐細灰燃燒后增加了發(fā)熱量，氣化細渣加入鍋爐燃燒會對鍋爐的發(fā)熱量起到積極的作用。如果加上耗電量、設備損耗、人工和維修等費用，經(jīng)濟效益一般，但是考慮到對固體廢棄物的處理，本項目更側重環(huán)保效益。

3 結論

通過對水煤漿氣化灰渣的特性、灰渣輸送的能量衡算和效益進行分析，本項目經(jīng)濟效益不是很明顯。但是，考慮到環(huán)保效益，處理后的鍋爐灰渣可以做為水泥等建材、道路橋梁的摻混原料處理掉，用雙缸活塞泵把灰渣加入到循環(huán)流化床鍋爐進行兩次燃燒處理氣化灰渣的方法是可行的。同時，氣化細渣加入鍋爐燃燒會對鍋爐的發(fā)熱量起到積極的作用，并且按照鍋爐設計摻燒比例進行摻燒，其發(fā)熱量、灰分等基本沒有變化，對鍋爐的正常穩(wěn)定運行幾乎沒有影響。