多元料漿煤氣化細(xì)渣含碳量高原因探討

陳寬平

摘 要：分析了多元料漿煤氣化細(xì)渣中殘?zhí)几叩脑颍ㄟ^對水煤漿氣化運(yùn)行分析，針對性提出了通過提高爐溫、調(diào)整煤漿粒度及濃度和調(diào)整工藝燒嘴環(huán)隙尺寸增強(qiáng)煤漿霧化效果等降低細(xì)渣中殘?zhí)康拇胧行Ы档图?xì)渣中殘?zhí)剂浚_(dá)到降低單耗的目的。

關(guān)鍵詞：多元料漿；水煤漿氣化；細(xì)渣殘?zhí)亢?/p>

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.083

1 多元料漿煤氣化技術(shù)

多元料漿煤氣化技術(shù)屬濕法氣流床加壓氣化技術(shù)，是指對固體或液體含碳物質(zhì)（包括煤、石油焦、瀝青、油、煤液化殘?jiān)┡c流動(dòng)相（水、廢液、廢水）通過添加添加劑（分散劑、穩(wěn)定劑、PH值調(diào)節(jié)劑、濕潤劑、乳化劑等）所制備的料漿，經(jīng)高壓料漿泵升壓后送入多元料漿氣化爐氣化燒嘴，高壓氧氣和料漿經(jīng)噴嘴混合、霧化后噴入氣化爐反應(yīng)段，生產(chǎn)以CO+H2為主要成分的粗煤氣。高溫煤氣夾帶著未完全反應(yīng)的碳粒及細(xì)渣顆粒并流向下進(jìn)入溢流式激冷器，與來自激冷室中的激冷水充分接觸，煤氣降溫冷卻并飽和。粗煤氣夾帶的細(xì)渣和未反應(yīng)的碳粒進(jìn)入激冷室下部的鎖斗定期加壓排出。冷卻后的煤氣經(jīng)洗滌系統(tǒng)洗滌后進(jìn)入下游工段；煤氣激冷黑水和洗滌黑水經(jīng)換熱后去分離器進(jìn)行灰水處理，灰水處理后返回氣化系統(tǒng)循環(huán)使用。濃縮后的黑水進(jìn)入真空帶式過濾機(jī)，過濾出的細(xì)渣送細(xì)渣處理，濾液返回澄清槽循環(huán)使用。

2 氣化爐渣內(nèi)部含碳量高的因素探討

2.1 氣化爐操作溫度的作用

氣化爐內(nèi)部的操作溫度是由隨氣化用煤灰熔性的溫度所決定的，隨著后者變化而改變，這個(gè)時(shí)候就需要充分保證氣化爐內(nèi)壁的厚度必須相當(dāng)?shù)暮瘢鼘有枰_(dá)到3-5mm作用，同時(shí)也要保證渣的流動(dòng)性，這樣可以保證順利排渣，通常情況下氣化爐內(nèi)部的操作溫度要超過灰熔點(diǎn)（FT）溫度大約50℃。耐火磚需要延長使用壽命，氣化裝置的運(yùn)行周期也要延長，而我單位采用了一種低灰熔性溫度的洗精煤作為燃燒原料，由于其FT溫度又比較低，這就讓爐內(nèi)操作溫度從原來的1350℃降逐步降低到當(dāng)前1300℃上下，氣化反應(yīng)速率也會(huì)必然跟著降低，因此最終導(dǎo)致了細(xì)渣中殘?zhí)剂恐鸩皆龆唷?/p>

2.2 煤漿粒度分布的影響

原設(shè)計(jì)煤漿粒度20目的過篩率應(yīng)大約在98到100%這個(gè)范圍，當(dāng)前大概為97%；40目的過篩率在90-98%之間，現(xiàn)實(shí)際為88%左右，120目的過篩率應(yīng)在5-70之間，現(xiàn)實(shí)際為48%左右，200目的過篩率應(yīng)在40-50之間，現(xiàn)實(shí)際為39%左右。磨煤機(jī)負(fù)荷的增加也會(huì)讓煤漿粒度增加大，在相同的溫度、壓力和停留時(shí)間下，反應(yīng)物粒度也將增大，這必然會(huì)讓氣固相接觸面積隨之減少，反應(yīng)速率也跟著降低，這樣一來反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率必然會(huì)出現(xiàn)顯著地下降，最終使得細(xì)渣中殘?zhí)剂扛摺?/p>

2.3 燒嘴霧化角的改變會(huì)讓煤漿噴出偏流

在當(dāng)前情況下，國產(chǎn)燒嘴通常都會(huì)運(yùn)行到90d，不過需要值得注意的，燒嘴通常使用到后期以后，煤漿通道因被煤漿射流長期的磨蝕和侵蝕，流通面積逐漸變得寬大，因此截面也變成了不規(guī)則的圖形，這讓煤漿噴出很多偏流，煤漿的分配也肯定不均勻，這時(shí)煤漿流速也不斷下降，這樣一來氣化劑與煤粉混合效果也必然會(huì)下降很多，霧化效果肯定會(huì)變得很差，氣固相反應(yīng)轉(zhuǎn)化率也隨之降低，細(xì)渣中含碳量也會(huì)跟著升高。隨著燒嘴使用周期的不斷延長，霧化效果更差，氧氣與煤粉混合效果繼續(xù)下降，反應(yīng)能力進(jìn)一步下降，細(xì)渣中殘?zhí)亢恳策M(jìn)一步升高。又要考慮到燒嘴裝配時(shí)緊固力存在一定的誤差，又因此熱應(yīng)力的影響三通道的燒嘴出現(xiàn)了不同心的現(xiàn)象，使煤漿出燒嘴時(shí)就出現(xiàn)了偏流，霧化效果也是非常差的，最終導(dǎo)致了細(xì)渣中殘?zhí)剂康募眲∩摺?/p>

2.4 氧煤比失調(diào)的影響

受氣化爐操作溫度等的限制，氣化煤漿量的增大造成氧煤比過小，正常情況下每立方煤漿需氧490m3，實(shí)際為476 m3。氧氣相對不足造成煤漿投入后反應(yīng)不完全，煤漿過剩較多，導(dǎo)致細(xì)渣中殘?zhí)剂可摺Ｍ瑫r(shí)也不允許過多的氧氣存在，因?yàn)樵谙礈焖幸蜻^氧和發(fā)生爆炸或時(shí)變換、凈化催化劑氧化，煤漿過剩量控制不好也會(huì)造成細(xì)渣中殘?zhí)剂可摺?/p>

2.5 灰熔融性溫度波動(dòng)的影響

考慮到?jīng)]有煤漿在線灰熔融方面的溫度分析設(shè)備，多種煤混合燃燒時(shí)，灰熔融性溫度變化時(shí)非常之大的，采取手動(dòng)方式來分析會(huì)顯得非常滯后，因此操作上通常采取依靠渣口壓差、氣體中CH4、CO2含量的一些變化數(shù)據(jù)來分析和判斷操作爐溫、煤漿的灰熔融性溫度等數(shù)值，認(rèn)為判斷誤差及操作爐溫不當(dāng)都易造成細(xì)渣中殘?zhí)亢可摺Ｔ谏a(chǎn)不穩(wěn)地時(shí)細(xì)渣中可燃物含量甚至高達(dá)60%。

3 降低細(xì)渣中殘?zhí)己康拇胧?/p>

3.1 提高煤漿質(zhì)量

提高煤漿質(zhì)量可從控制磨機(jī)進(jìn)口煤質(zhì)量、均勻上料粒度、調(diào)整煤漿粒度級(jí)配、控制添加劑質(zhì)量及配量和合理調(diào)節(jié)水煤比等方面入手。從提高煤漿濃度，細(xì)渣殘?zhí)剂肯鄬档停行诤吭黾樱瑫r(shí)提高煤漿濃度，還可以降低比氧耗，從而降低原料煤單耗與氧氣消耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.2 提高氣化爐操作溫度

多元料漿加壓氣化是接近絕熱狀況的自熱式反應(yīng)，在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)存在一定的溫度場分布，操作溫度是指氣化爐渣口溫度，因其必須滿足液態(tài)排渣的特定限制條件，所以還需考慮氣化反應(yīng)過程的技術(shù)指標(biāo)。液態(tài)排渣條件與煤灰黏溫特性及灰熔融性溫度有關(guān)。正常操作時(shí)，細(xì)渣應(yīng)處于熔融狀態(tài)，且具有一定的流動(dòng)性能，從而確保細(xì)渣順利排出并保持渣口暢通。模試與中試時(shí)間證明：灰粘度小于30Pa·S（對應(yīng)的氣化溫度為T30 ，可保證液態(tài)排渣的正常操作。因此，氣化爐的操作問題（T0必須滿足T0≥T30）。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度分析，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率越快。提高氣化爐操作溫度，蒸汽的分解率及碳的轉(zhuǎn)化率可提高。許多試驗(yàn)，包括小型熱態(tài)模擬和工業(yè)化示范裝置已總結(jié)出：在一定的操作負(fù)荷下，有效氣產(chǎn)率是操作溫度的函數(shù)，隨著溫度的增加，有效氣產(chǎn)率先增加然后下降，呈現(xiàn)一個(gè)單峰函數(shù)的趨勢，其最高溫度點(diǎn)即為最佳操作溫度。

3.3 優(yōu)化燒嘴霧化效果及與爐型的匹配

通常參考煤漿質(zhì)量來及時(shí)調(diào)整燒嘴中心氧量和環(huán)隙氧量之間的配合比，通過優(yōu)化和調(diào)整操作方法，提高燒嘴的霧化效果，也進(jìn)一步提升了煤在氣化爐內(nèi)的平均停留時(shí)間以及氣化劑之間的混合均勻度，這樣就可以顯著地提高碳轉(zhuǎn)化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊（第二版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010（623）.