朔州“三高”煤在水冷壁水煤漿氣化爐上的工業試燒

趙哲軍

(太原理工大學山西太原030024)

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朔州“三高”煤在水冷壁水煤漿氣化爐上的工業試燒

趙哲軍

(太原理工大學山西太原030024)

陽煤集團晉北現代煤化工項目擬選用晉北地區朔州“三高”煤(以下簡稱朔州煤)作為氣化原料煤。朔州煤雖灰分含量高、灰熔點高、總硫含量較高，但成漿性好。經多方考察論證，利用朔州煤成漿性好的特點，采用摻燒神木煤的方法解決其灰熔點高的問題，作為水煤漿氣化原料煤。經研究決定，2015年10月20日至2015年11月1日在陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司2011年8月建成投產的1套水冷壁水煤漿氣化爐(設計壓力4.0 MPa、投煤量600 t/d)上進行朔州煤的工業試燒。

1試燒原料

1.1配煤工業分析

工業試燒主要采用朔州煤和神木煤混合后，按入爐煤(朔州煤和神木煤，下同)中朔州煤含量40%(質量分數，下同)、60%、80%及100%的4種入爐煤進行工業試燒。神木煤和工藝試燒入爐煤煤質分析數據見表1。

表1　神木煤和工藝試燒入爐煤煤質分析數據

從表1數據可以看出：純朔州煤灰分較神木煤高7.16%、總硫較神木煤高1.08%；神木煤灰熔點≤1 280 ℃，純朔州煤灰熔點>1 500 ℃。

1.2成漿性分析

本次工業試燒，委托某公司對朔州煤、神木煤及入爐煤制得的水煤漿中添加劑添加率(添加劑與干煤質量比，下同)為0.1%條件下10∶0、8∶2、6∶4、4∶6和0∶10的各種煤配比(朔州煤與神木煤質量比，下同)進行了配煤成漿性試驗，分析其水煤漿濃度、黏度、流動性及穩定性等指標。工業試燒配煤成漿性試驗數據見表2。

表2　工業試燒配煤成漿性試驗數據

從表2試驗數據表明：在添加率為0.1%的條件下，各煤配比為10∶0、8∶2、6∶4和4∶6所制的煤樣可分別制得水煤漿濃度69%、67%、65%和65%左右的水煤漿，所制得的水煤漿黏度、流動性及穩定性等均較好。

2工藝流程

工藝流程示意見圖1。

圖1　工藝流程示意

(1)煤漿制備。采用濕法磨煤，碎煤經物理破碎，同時加入水和添加劑，混磨成均勻、穩定的水煤漿混合物。在磨煤機中，煤、水、添加劑一同磨制成58%～62%、黏度<650 mPa·s的水煤漿，通過磨煤機出口滾筒篩濾去較大顆粒后，進入磨煤機出料槽，由低壓煤漿泵送入大煤漿槽中。

(2)煤氣化及灰水處理。大煤漿槽中的煤漿由高壓煤漿泵送入氣化爐頂部的工藝燒嘴的內環隙，空分系統送來的氧氣進入工藝燒嘴的中心管及外環隙，在氣化爐內發生部分氧化反應，生成以CO，H2和CO2為主要成分的工藝氣；熔渣與工藝氣一起進入激冷室，氣體經激冷室、碳洗塔洗滌和降溫后送往變換系統，熔渣中的粗渣經過鎖斗閥排放至渣池，細渣以黑水形式送至閃蒸系統處理，濾灰送出界區，灰水經激冷水泵、高壓灰水泵在氣化系統循環利用。

3分析方法及頻率

(1)煤質分析。原料煤在進入原料車間前先經過磅房的煤質采制監一體機，對入廠原料煤的灰分、揮發分、水分、熱值等數據進行自動取樣分析，入爐原料煤在上料皮帶輸送機上取樣，然后進行分析(采用GB/T 212—2008)。

(2)水煤漿分析。在水煤漿槽取樣，并對樣品水煤漿的黏度、濃度進行分析，煤漿濃度采用DHS16- A型烘干法水分測定儀進行分析(采用GB/T 18856.2—2008)；煤漿黏度采用SNB- 1型數字黏度計進行分析(采用GB/T 18856.4—2008)。

(3)氣體分析。在碳洗塔框架內的分析小屋安裝了安捷倫Micro- GC 490型氣相色譜分析儀，對碳洗塔出口合成氣中的CO，H2和CO2等進行在線分析。同時，用球膽在碳洗塔出口處取樣，采用奧式671型氣體分析儀分析所采集的碳洗塔出口合成氣氣樣中的CO，H2和CO2含量，用碘量法分析樣氣中的H2S含量。

(4)灰渣中殘碳含量分析。對從渣池取出的粗渣樣和從帶式過濾機取出的細渣樣進行灰渣殘碳含量分析。分析方法：采用馬弗爐加熱分析渣中的灰分、揮發分，用烘箱測出渣中的水分含量，剩下為渣中的殘碳含量。

(5)分析頻率。各分析檢驗項目頻率見表3。

表3　各分析檢驗項目頻率

4運行情況

針對本次朔州煤工業試燒，晉北項目籌備組與陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司專門成立了試燒工作指揮部，召開了試燒工作專題會議，制定了詳細的試燒工作計劃及預案，明確各處室、車間職責，做到試燒每個崗位均有人負責，每一步都在監控范圍內。

按照試燒方案，朔州煤與神木煤混合后，按入爐煤中朔州煤質量分數為40%、60%、80%、100%的煤分別進行了工業試燒。朔州煤、神木煤及入爐煤工業摻燒數據見表4。

表4　朔州煤、神木煤及入爐煤工業試試燒數據

注：采用奧式671型氣體分析儀及碘量法對采集氣樣進行分析；比煤耗為每生產1 000 m3(標態)(CO+H2)的煤耗(kg)，比氧耗為每生產1 000 m3(標態)(CO+H2)的氧耗(m3，標態)。

從表4中數據可知，全燒朔州煤與神木煤相比：粗煤氣中φ(CO+H2)降低了6.51%、φ(CO2)增加了6.60%、比煤耗增加了36 kg、比氧耗增加了77 m3(標態)。因朔州煤比神木煤成漿性好，如果進行操作優化，隨著水煤漿濃度的提高，比煤耗和比氧耗均可進一步降低；碳洗塔出口粗煤氣溫度增加了7.8 ℃，氣汽比發生了變化，使變換系統副產的2.5 MPa蒸汽量相應增加。

5結語

(1) 本次朔州煤和神木煤按各種配比進行煤種工業試燒，在不摻燒其他低灰熔點煤種及添加助熔劑的情況下，朔州煤在水冷壁水煤漿氣化爐(清華爐)上完全能夠進行氣化，且氣化裝置運行安全平穩，表明了水煤漿水冷壁氣化爐對煤種的適應性較強。

(2) 由于本次試燒時間較短，技術數據未達到最佳值，各項工藝數據需進一步優化。從經濟性、穩定性、安全性上為晉北煤化工項目以本地朔州煤為氣化原料提供了可靠的技術依據，拓寬了“三高”煤的用途。

(收到修改稿日期2015-12-03)