煤種變化的應對措施研究

楊 路

(寧波中金石化有限公司，浙江鎮海 315203)

煤的氣化是指在特定的容器內所進行的含碳物質的部分氧化反應，從而生成一氧化碳和氫氣為主要組分的過程。在氣化裝置上常用的原料為煙煤、石油焦、重油等，而原料的性質嚴重影響氣化裝置的運行，因此在生產運行的過程中對原料質量的把控管理尤為重要。現以采用水煤漿進料為例，結合氣化裝置的實際運行情況，分析煤種變化時的異常現象，提出煤種變換時采取的應對措施。

氣化裝置作為生產系統的重要組成部分，若出現異常情況會對后系統產生較大的影響。例如，當氣化裝置出現渣口堵塞時，水煤氣中CO含量升高，容易造成變換爐超溫；水煤氣帶水嚴重時，容易造成變換催化劑跨溫，進而影響裝置的安全穩定運行。水煤漿加壓氣化裝置能否穩定運行主要取決于煤質是否穩定，是否能夠滿足工業運行的需要。在煤種發生波動時，操作人員能否及時發現，能否在第一時間進行處理，對裝置的穩定運行也存在一定的影響。因此，生產活動中不僅要保證煤質穩定，還要在煤種變化時能夠及時察覺，確保裝置在安全范圍內運行。

1 煤種變化異常現象

1.1 煤漿濃度的變化

煤種在不發生變化的工況下運行，煤漿濃度的變化一般為±0.2%。但是，當煤種發生變化時，煤漿濃度的變化較為明顯，而對煤漿濃度影響較大的是原料煤中的內水以及灰分的含量。

當原料煤中的內水含量升高時，煤漿的濃度會出現大幅下降，主要原因是當煤中的內水含量升高時，為保持煤漿相對穩定以及呈較好的流動狀態，添加的工藝水量會相對減少。工藝水量的減少，會使煤漿的流動性變差，煤漿無法正常通過篩網，造成進入儲罐的煤漿量減少，而進入廢煤漿槽的煤漿量增大。因此，在日常生產過程中，通過觀察去廢煤漿槽中的煤漿量可判斷原料煤中內水的含量。

煤中灰分含量的變化對煤漿濃度也會產生較大影響。由于原料煤的灰分中含有SiO2、Al2O3等物質，當煤中灰分發生變化時其含量也會發生變化，從而導致煤漿濃度的變化。

1.2 渣樣的變化

當煤種的灰熔點高于當前氣化爐的操作溫度時，渣的流動性變差，黏度增大，不易流動；當高溫熔渣流經渣口時，會被吹成玻璃絲狀的渣。而當提溫熔渣時，由于爐膛內溫度的升高，渣的流動性發生變化，會出現直徑較大的熔渣，經破渣機破碎后會有鵝蛋大小的塊狀渣。

當氣化爐的操作溫度低時，應采取加氧熔渣的措施。渣口壓差在剛開始會不斷地升高，當操作溫度達到一定溫度后，呈形狀的渣會越來越少，玻璃絲狀的渣會越來越多，且玻璃絲很硬，顏色泛綠，渣中會出現發亮的顆粒。分析發現渣中鎘含量超標，說明渣口堵塞較為嚴重[1]。在此種情況下繼續運行，熔融狀的渣在經過渣口擴大以后溫度下降過快，碰到下降管的管壁，在水膜薄的地方容易掛渣，長時間運行會導致下降管掛渣，甚至燒穿下降管，最后因合成氣出口溫度高而跳車。在此工況下運行，撈渣機撈出來的塊狀渣中會出現背面較為光滑的巖棉狀渣樣。

1.3 運行參數的變化

1.3.1 氣化爐爐膛內部溫度下降

氣化爐內熱量的產生主要來自煤的裂解以及煤漿與氧氣的燃燒反應。由于入爐的煤漿量減少，一方面煤裂解產生的熱量減少，另一方面燃燒反應產生的熱量減少，導致氣化爐單位體積的耐火磚吸收的熱量減少，氣化爐內部熱偶指示溫度下降。

1.3.2 渣口壓差指示異常

在煤種變化初期，渣口壓差不會有明顯的變化；在爐膛熱偶開始有下降趨勢后，氣化爐的渣口壓差開始出現波動，并伴有上升的趨勢。此時，氣化爐執行加氧升溫操作，升至一定溫度后，渣口壓差變化較劇烈。主要原因在于隨著溫度的升高，渣的流動性變好，原本積聚在爐膛內部的灰渣開始加速向渣口流動；由于短時間內渣量的積聚增多、渣口尺寸變小，導致渣口壓差出現上升的趨勢，而渣的流動性還未處于正常范圍，因此渣口壓差呈現波動。

1.3.3 托磚架溫度異常

拖磚架用來支撐錐底磚，當熔渣流經渣口時，由于渣的流動性變差，在渣口處停留時間變長，錐底耐火磚與渣的接觸時間變長，拖磚架溫度升高。

1.3.4 氣體成分異常

水煤氣作為水煤漿氣化的產物，其中各組分的含量可反應出氣化反應的情況，氣化反應正常時系統產氣量大，組分正常。當煤種發生變化后，氣體的組分會發生變化。如當原料煤中的揮發分含量升高時煤的反應活性變好，有可能出現二氧化碳和甲烷含量同時升高的現象。當原料煤中粗灰分含量升高時氣體成分不會有較大變化，但當渣口逐漸堵塞后，氣體成分開始出現異常變化，二氧化碳含量下降而一氧化碳含量升高。

2 煤種變化的應對措施

2.1 強化煤種的認識

對煤質的一般要求，其主要指標：放熱量達25 MJ/kg，越高越好；煤灰流動黏度<1 300 mPa·s為宜，過高或過低都不利于氣化；煤中灰質量分數不得高于13%，越低越好。其次要指標：考慮到煤漿的制備、泵輸送特性、煤的反應活性及氣化效率，全水分含量越低越好，揮發分含量越高越好，固定碳含量適中為好，煤中有害元素硫、氯、砷等含量越低越好，可磨性指數越大越好。

配煤的理論依據：所選用煤種的放熱量應在22 MJ/kg 以上，并且放熱量高的與放熱量低的搭配使用；成漿性、灰分等指標達到水煤漿氣化技術的最低要求；采用不同煤種的混配以改變煤灰組成，降低灰熔融溫度，即將煤灰組分中MgO、Fe2O3、K2O、Na2O含量高的煤與灰熔融溫度較高的煤混配，以降低灰熔融溫度。因此，選用合適的煤種摻燒，既可保證系統的穩定運行,也降低了生產成本[2-4]。

2.2 煤種變化后的操作

生產實際操作中由于分析的滯后，當煤種發生變換時并不能提供操作依據，但是可以通過其他參數做出相應判斷，例如觀察煤漿濃度的變化趨勢、觀察渣樣的形狀以及渣量的多少等，都可以較為直觀地判斷出煤種是否發生異常變化[5]。而當某一指標異常時，要結合其他參數的變化來綜合考慮是否是煤種發生了變化。當確定是煤種發生變化后，應進行必要的工藝處理。若發現渣口壓差升高，應采取提溫熔渣的方式進行處理。提溫初期，由于氣化爐爐壁掛渣較少，溫升幅度可控制大一些。升溫過程中要時刻注意氣化爐爐壁溫度和氣體成分的變化。若渣口壓差出現大幅波動，證明當前爐溫適合，渣的流動性出現改觀，即向好的方向發展。向渣口流動的渣量有所增加，此時加氧速度應放慢。

筒體溫度自上而下是一個遞減的過程，特別是取壓口向下至錐底直管段是管流區，此處掛渣量較多；而錐底處呈45°夾角，重力較直管段影響減弱，只能依靠角度向下流動。因此，在爐溫升高以后，大量熔融狀渣堆積在此處，越積越多。當渣口壓差開始出現波動時，不應再加氧或者放緩加氧速度，以免造成更嚴重的渣口堵塞。

3 結語

當操作參數發生異常變化時，要通過煤漿濃度、氣體組分以及渣口壓差等數據的變化來綜合判斷，從而做出進一步的處理。同時，還需要在源頭上控制好煤質，特別是摻燒不同煤種時要注意2種煤的工業分析以及摻燒的比例，若煤種發生異常變化，應及時做出相關的工藝處理，確保裝置的穩定運行。