超大型輸運床煤氣化裝置原料煤的檢測與選擇

杜偉 高亞男 李曉宏 姬鵬軍 高磊 康徐偉 王艷紅 馬雯靜

(陜西延長石油(集團)碳氫高效利用技術研究中心,陜西 西安 710075)

超大型輸運床煤氣化裝置原料煤的檢測與選擇

杜偉 高亞男 李曉宏 姬鵬軍 高磊 康徐偉 王艷紅 馬雯靜

(陜西延長石油(集團)碳氫高效利用技術研究中心,陜西 西安 710075)

超大型輸運床煤氣化裝置是目前國內外探討、研究的一套新型煤氣化裝置。其所使用的氣化爐是一臺全新的大型干粉進料氣化爐，在對新型干粉氣化爐的原料選擇上，需要從不同性質的煤對氣化過程的影響進行多次試驗研究。本研究選用不同煤種，通過測定比較煤的工業分析、煤對CO2反應活性、煤的灰熔融性等指標，得到崔木煤更適合作為超大型輸運床煤氣化裝置的原料用煤。關鍵詞：超大型輸運床；煤氣化裝置；煤；選擇

煤炭作為一種重要的能源在我國國民經濟中占有非常重要的地位。煤炭在為人類社會做出巨大貢獻的同時，也為人類環境帶來嚴重危害，大量的粉塵、二氧化碳、硫化物等污染著環境影響人類健康[1]。煤氣化技術是煤炭能源轉化的基礎技術,也是煤化工發展中最重要、最關鍵的工藝過程之一[2]。超大型輸運床煤氣化裝置中所使用的氣化爐是一臺全新的干粉進料氣化爐，與傳統的水煤漿氣化爐不同，干粉煤氣化具有效率高、物料消耗低、干法排灰、無黑水等顯著優勢，可以減輕環境的破壞和影響。氣化爐裝置的運行狀況在很大程度上影響甚至決定了一個大型煤化工項目能否實現長周期、安全、環保、穩定、高效運行以及產品的成本等[3]。因此在新型氣化爐的原料煤的選擇方面，需要對煤種不同性質進行對比分析，選用適合的煤種進行試驗，對新型煤氣化裝置中氣化爐選煤提供了重要的指導意義。

1 實驗儀器及材料

自動工業分析儀(ES-G406)；意大利歐維特元素分析儀(EA3000)；煤活性測定儀(SYD-T116)；灰熔融性測定儀(WSF600)；粘結指數測定儀(GT-2)；自動量熱儀(WS-C600)；哈氏可磨性指數測定儀(WS-60)；崔木煤；亭南煤；下溝煤。

2 實驗方法

根據超大型輸運床煤氣化技術的要求，必須做好原料煤的選擇工作。本文選用下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣進行工業分析、元素分析、煤對CO2反應活性以及煤的灰熔融性等技術指標的測定。根據試驗結果，選出最佳的煤樣作為超大型輸運床煤氣化的原料用煤。

3 結果與討論

作為超大型輸運床煤氣化的原料用煤，其煤質的好壞直接影響著氣化性能、裝置的穩定性和經濟性能。因此根據試驗結果，確定最佳的煤樣作為超大型輸運床煤氣化的原料用煤。

3.1 煤的工業分析

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/T 30732-2014 煤的工業分析方法(儀器法)進行測定，結果見表1。

表1 煤的工業分析

根據超大型輸運床煤氣化技術的要求，原料用煤的水分不宜過大，否則會對磨煤過程造成影響。由表1可以看出，亭南煤樣的水含量為三個煤樣中最小的一個。

灰分是煤炭質量檢測的基本指標之一。灰分高，氧耗、煤耗都會增加，熱效率也會下降，堵灰和結渣的幾率也會隨之增加，從而影響裝置的生產能力，而且原料煤的灰分高，氣化爐內掛渣，會影響氣化爐的使用壽命。根據超大型輸運床煤氣化技術的要求，原料用煤的灰分在12%～25%為宜。由表1可以看出，下溝煤樣的灰分含量為三種煤樣中最小的一個，對裝置生產能力的影響也較小。

揮發分是指煤的揮發份產率，也是煤種分析的重要指標之一。煤的揮發分愈高，對氣化反應愈有利。由表1中的數據可以看出崔木煤樣的揮發份測定值為三種煤樣中最大的一個。在實際生產過程中對氣化反應越有利。

煤中固定碳，也是表征煤的變質程度的一個指標。隨變質程度的增高而增高。固定碳是指揮發物逸出后所剩余的可烯碳質。由表1可以看出，崔木煤樣的固定碳測定值為三個煤樣中最小的一個。

3.2 煤的元素分析

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/ T 31391-2015 煤的元素分析進行測定，結果見表2。

表2 煤的元素分析

由表2可以看出，下溝煤樣的碳氫之和是三個煤樣中最大的，在燃燒時能產生較高的熱量。崔木煤樣中氮和硫的測定值為三個煤樣中最小的。在實際生產過程中對環境的影響也是最小的。

3.3 煤對CO2反應活性

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/ T 220-2001煤對CO2反應活性測定，結果見圖1。

圖1 煤對CO2反應活性

因超大型輸運床煤氣化裝置原料煤粉用二氧化碳輸送，氣化爐的反應溫度在900℃以上，故煤對二氧化碳反應活性是煤種適用本裝置重要的指標之一。由圖1可以看出，在900℃以上溫度下，崔木煤樣大于下溝煤樣和亭南煤樣的反應活性，更適合于超大型輸運床煤氣化裝置的使用。

3.4 煤灰熔融性

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣進行依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/ T219-2008煤灰熔融性的測定方法測定，結果見表3。

表3 煤灰熔融性

煤的流動溫度也是影響氣化爐使用壽命的重要因素之一。煤的流動溫度太低，粉煤氣化爐內氣化時碳轉化率偏低，無法掛渣，流動溫度太高則須添加助熔劑，否則會影響氣化爐的使用壽命，因此粉煤氣化技術一般要求煤的流動溫度在1250℃～1550℃之間。由表3可以看出，下溝煤樣與亭南煤樣的流動溫度偏低。崔木煤樣的流動溫度為1360℃，更適合于粉煤氣化爐的使用。

3.5 可磨性指數

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/ T2565-2014煤可磨性指數的測定方法測定，結果見表4。

干粉煤氣化工藝要求選用可磨性指數較高的煤種作為氣化煤種，一般要求煤的哈氏可磨性指數(HGI)在50～60及以上。才能保證干粉煤氣化裝置的運行經濟性。從表4數據中可以看出崔木煤樣的可磨性指數測定值為三個煤樣中最大的一個。在制樣過程中更加有利，也能保證裝置運行的經濟性。

表4 煤的可磨性指數

3.6 發熱量

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/ T213-2008煤的發熱量測定方法測定，結果見表5。

表5 煤的發熱量

煤的發熱量越高，其燃燒經濟價值就越大。從表5數據中可以看出下溝煤樣與崔木煤樣的發熱量測定值較大，所以在使用過程中經濟價值就大。

3.7 粘結指數

首先對下溝煤礦、崔木煤礦、亭南煤礦的煤樣依據GB474-2008 煤樣的制備方法進行樣品預處理，然后依據GB/ T5447-2014 煙煤粘結指數測定方法測定，結果見表6。

表6 煤的粘結指數

對于不同煤種，煤的粘結指數是判別煤的粘結性、結焦性的一個關鍵指標，可以確定不同煤種的主要用途。從表6中可以看出，本次實驗所用煤的粘結指數GR.I范圍都＜5，屬于不易粘結煤種，有利于氣化裝置的排灰處理。

4 結語

通過對三個煤樣的分析測定結果對比可以看出，崔木煤樣的揮發分大于下溝煤樣與亭南煤樣，對氣化反應更有利；其灰熔點更適合于粉煤氣化爐的使用；且可磨性指數較大，也說明運行的經濟性更大。在900℃以上溫度下，崔木煤樣大于下溝煤樣和亭南煤樣的二氧化碳反應活性。崔木煤樣的水含量較大，本實驗裝置在制粉系統后煤粉筒倉外部已經加裝蒸汽伴熱，可去除煤粉中的水分。三種煤樣均屬于低粘結性的煤種，都有利于氣化裝置的排灰處理。通過對以上不同類煤種的分析項目比較，得到崔木煤更適合作為超大型輸運床煤氣化裝置的原料用煤。

[1]汪壽建.21世紀潔凈煤氣化技術發展綜述[J].化肥設計,2004,42(5):3-5.

[2]李仲來.煤氣化技術綜述[J].小氮肥設計技術,2002,23(3):7-17.

[3]魏有福.大型煤化項目氣化技術的應用狀況及選用分析[J].中氮肥,2016,(5):24-28.

The choice of raw material coal of very large transport gasifier

The very large transport gasifier which is being investigated and researched in China and abroad is a new type gasification plant.The gasifier is a large late-model dry pulverized coal gasifier.It is necessary for this technology to carry out experiments to analyze the influence of coal properties on gasification in the selection of raw coal.Several indicators of different kinds coal,such as Hardgrovegrindability index,volatilematter content and characteristics of carbon dioxide,were analyzed.It was found that Cuimu coal was more suitable as raw coal for the coal gasification equipmentofvery large transport gasifier.

very large transport gasifier,coal gasification equipment,coal,selection

杜偉(1988-)，男，漢，陜西延安人，助理工程師，現從事能源分析檢測方面的研究工作。