準東五彩灣礦區露天煤氣化方式選擇的探討

（新疆天業（集團）有限公司，石河子市，832000） 張朝云

通過對準東五彩灣礦區天池能源及神華露天煤礦煤質數據（煤質數據見表1）分析，準東五彩灣礦區露天煤有以下基本特點：中高水分；低灰、特低灰；中高揮發份，屬含油煤；低硫磷；中等發熱值；煤的機械強度較高；高活性，易燃盡；高堿金屬含量，強沾污、腐蝕性；各礦間CaO含量差別大，造成灰熔點相差比較大。

該煤種是優良的動力和氣化用煤，從煤質出發是選擇氣化方式的最關鍵因素，以下討論煤不同的基本性質對不同氣化工藝的影響，以便最終確定氣化工藝路線。

1 水分

煤中水分主要影響氣化爐進料和氣化過程中的物料平衡。對固定床氣化爐來講，煤中水分的含量必須保證出口煤氣溫度高于本部位氣體的露點溫度，否則需要對入爐煤進行必要的預干燥。如果煤中含水量較高并且在干燥層干燥速度太快時，容易導致煤粒應力過大而破裂，煤粉末會影響氣流分布及出爐煤氣大量帶塵。另外，煤中的水最終冷卻后進入洗滌和降溫的煤氣水中，增加廢水處理量。但在低灰較高熱值和氧化層足夠的情況下，水分最高可達35%。對于濕法氣流床來講，該煤較高的內水影響了成漿性，（成漿性＜50）不適用水煤漿氣化。對于干粉氣化爐，該煤較高的水分，需要處理能力較大的預干燥設備將煤干燥至粉煤密相輸送的要求。

2 揮發分

對于固定床來說，揮發分決定煤進入爐內初期的反應性和干餾階段的熱解產物的組成。另由于固定床氣化溫度較低，為了獲得高的碳轉化率，要求煤有較好的反應活性，即揮發份含量高的煤。而對于氣流床，由于氣化溫度較高（一般在1 300以上℃），而且粒度較?。ㄐ∮?00um），所以對煤的反應活性要求較低，因此對煤的揮發份含量基本沒有要求。

表1 五彩灣礦區煤質檢測數據

3 粘結性

對于固定床只能氣化弱粘結煤和不粘結煤，較強的粘結性會使煤結焦，影響氣化劑分布和煤的反應活性。而且在加壓情況下弱粘結煤的粘結性也可能會迅速增加，所以對于弱粘結性煤氣化，還需增加破粘裝置。對于氣流床來講，煤粉顆粒在爐內停留時間很短，反應速率很快，煤粉顆粒之間相互作用的機率很低，所以粘結性的影響非常小。

4 反應活性

反應活性的影響和揮發份類似。由于固定床氣化的特點，高反應活性的煤可以降低氣化爐的氣化溫度，如此不僅可以降低氧耗，而且可以避免灰結渣,所以活性越高越好。對于氣流床，較高的氣化溫度對煤活性的要求幾乎可以忽略。

5 熱穩定性

熱穩定性是煤在加熱過程中，是否易破碎的性質。對于固定床，對煤有粒度的要求（5～50mm），熱穩定性差的煤進入氣化爐，隨著溫度升高發生破裂，產生細粒和粉末，從而影響氣流在固定床內的正常流動和均勻分布，影響飛灰帶出量和氣化過程的正常進行，固定床一般要求熱穩定性Ts+6＞75%。而氣流床是粉煤進料，對熱穩定性沒有要求。

6 機械強度

對于固定床，煤的機械強度與氣化爐加料過程中煤破碎產生粉末有關，最終和飛灰帶出量有關，一般要求機械強度大于70%。在氣流床中，煤的機械強度與氣化過程無關，而與煤粉的制備有關。

7 粒度

在固定床中煤的粒度要求5～50mm，且盡量均勻，大量煤粉和細粒會使床層分布不均而影響正常操作，所以大量的粉煤需要平衡，用于干粉氣流床和發電。氣流床要求將煤磨制成100um以下的粒度，不同氣流床對粒徑的分布有具體要求。

8 灰性質

8.1 灰熔融性

固定床氣化氧化層的操作溫度要求在ST溫度以下，以控制灰不易結渣順利的排出。如ST溫度太低，需提高汽氧比，控制氧化層在較低的溫度，導致氣化強度和生產效率降低以及大量蒸汽進入污水系統。即使在ST溫度較高的情況下，由于受到爐體材料的限制，氧化層溫度也不能過高，固定床一般要求ST＞1 250℃,在低氧耗的情況下有較大的操作空間。對于氣流床由于是液態排渣，要求操作溫度高于FT溫度，一般要求FT＜1 500℃。

8.2 堿金屬含量

固定床氣化由于煤灰與金屬爐壁在高溫下直接接觸，如含有較高的堿金屬會使傳統的爐壁材質發生高溫腐蝕，所以如煤灰中含有較高的Na、K，需預先對爐壁進行處理，防止發生腐蝕。氣流床由于有渣層保護，所以不易發生堿金屬腐蝕。

8.3 粘溫特性

由于固定床氣化為固態排渣，灰渣沒有處于熔融流動狀態，對粘溫特性無要求。但氣流場存在爐壁掛渣和液態排渣，所以對灰的流動性及粘度有限制，一般要求操作溫度下灰的粘度為2.5～25Pa·s，而且在操作溫度范圍內粘度緩慢變化，不發生突變造成渣堵（一般要求灰渣為玻璃性渣或塑性渣，結晶渣抵抗溫度波動較差，且操作空間很?。?。

綜上，根據五彩灣礦區煤質的特點及主要氣化指標對不同氣化方式影響的分析，由于成漿性的極大限制，濕法氣流床不適用。干法氣流床由于煤較高的水分和煤灰（結晶渣）較差的粘溫曲線，需要投入穩定可靠的大型干燥設備及對煤灰成分改質獲得好的操作條件。而固定床氣化對煤質的要求和五彩灣礦區的煤質匹配性較好。

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