關(guān)于新疆紅沙泉煤在水煤漿氣化爐的生產(chǎn)運(yùn)行影響評(píng)價(jià)

程新明　張科鑫　張志

神華新疆68萬(wàn)噸/年煤制新材料項(xiàng)目水煤漿氣化工藝分別采用新疆本地紅沙泉煤為原料，在氣化裝置開(kāi)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)煤漿濃度偏低、煤漿分層，碳轉(zhuǎn)化率較低，有效氣組分較低，氣化粗渣殘?zhí)己科撸瑲饣癄t堵渣等問(wèn)題層出不窮，經(jīng)過(guò)分析和試驗(yàn)研究，對(duì)紅沙泉煤和新疆本地黑山煤等煤種進(jìn)行配煤試驗(yàn)，確定了配煤比例并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造，煤漿濃度完全可以達(dá)到60%，有效氣組分可以達(dá)到80%，單爐的平均運(yùn)行周期已提高到50天以上，新疆紅沙泉煤配煤已經(jīng)完全滿(mǎn)足水煤漿氣化爐的生產(chǎn)運(yùn)行需要，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也達(dá)到了降本增效、節(jié)約環(huán)保的目的。

一、神華新疆68萬(wàn)噸煤基新材料項(xiàng)目概況

神華新疆68萬(wàn)噸/年煤基新材料項(xiàng)目位于新疆烏魯木齊甘泉堡工業(yè)園區(qū)，該項(xiàng)目2011年立項(xiàng)，總投資228億元，是國(guó)家能源集團(tuán)和新疆自治區(qū)十二五規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目年產(chǎn)30wt聚乙烯、38wt聚丙烯，并副產(chǎn)丙烷、碳四、碳五、硫磺等高附加值產(chǎn)品的大型工業(yè)化裝置。該項(xiàng)目于2013年7月6日正式開(kāi)工建設(shè)。歷經(jīng)四年的基礎(chǔ)建設(shè)于2016年6月17日順利產(chǎn)出MTO級(jí)甲醇，2016年10月3日打通全流程，成功產(chǎn)出合格的聚烯烴產(chǎn)品。

氣化裝置系神華新疆68萬(wàn)噸/年煤基新材料項(xiàng)目甲醇生產(chǎn)中心的四大核心裝置之一，其技術(shù)采用通用電氣神華氣化技術(shù)有限公司水煤漿加壓氣化技術(shù)，該裝置含6套（5開(kāi)1備）磨機(jī)制漿系統(tǒng)、8套煤氣化系統(tǒng)（5開(kāi)3備）及渣水處理系統(tǒng)和污水預(yù)處理系統(tǒng)。氣化壓力為6.5Mpa，單爐日投煤量1500t，采用單一紅沙泉煤種，總設(shè)計(jì)能力為530000Nm?/h（CO+H2）。

二、紅沙泉煤煤質(zhì)分析對(duì)氣化運(yùn)行影響

（一）因神華新疆項(xiàng)目地處新疆，設(shè)計(jì)院按照紅沙泉煤為該項(xiàng)目原料用煤，現(xiàn)就對(duì)紅沙泉進(jìn)行煤質(zhì)分析。

從表1可以看出，單一紅沙泉煤種有以下特點(diǎn)：（1）煤質(zhì)全水含量高達(dá)22.64%，原料煤的消耗量大；（2）內(nèi)水含量為4.94%，內(nèi)水含量高不利于原料煤的成漿性；（3）揮發(fā)分較低為27.75%，揮發(fā)分的較低會(huì)造成氣化爐內(nèi)煤反應(yīng)活性的下降；（4）熱值低至20.72%，熱值偏低會(huì)使得原料煤的反應(yīng)活性變差。

從表2可知：紅沙泉煤灰熔點(diǎn)較低，灰熔點(diǎn)T4-T1的溫度差低于常規(guī)值50℃，使氣化爐操作難度的增大，稍有波動(dòng)，氣化爐就會(huì)出現(xiàn)堵渣情況的發(fā)生。

（二）根據(jù)對(duì)以上單一紅沙泉煤煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)的初步掌握，決定對(duì)紅沙泉煤進(jìn)行制漿實(shí)驗(yàn)。

由表3可知：使用單一紅紗泉煤，煤漿的成漿性有以下特點(diǎn)：（1）1#、2#、3#煤漿大槽煤漿濃度均較低，分別為55.99%、56.17%、56.41%，使得煤漿入爐煤反應(yīng)效率的下降，造成煤耗、氧耗的增加；（2）1#、2#、3#煤漿大槽煤漿粘度較高，分別為1330cp、1332cp、1336cp，首先使煤漿流動(dòng)性的變差，更容易沉淀，影響煤漿的輸送和在煤漿槽內(nèi)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性；其次煤漿粘度較高勢(shì)必會(huì)造成煤漿槽攪拌器運(yùn)行負(fù)荷升高，縮短了煤漿槽攪拌器的使用壽命，增加了攪拌器的跳停風(fēng)險(xiǎn)，從而影響了氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）結(jié)合以上單一紅沙泉煤的煤質(zhì)分析和制漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，決定使用以上三個(gè)煤漿槽的煤漿作為原料進(jìn)行氣化生產(chǎn)運(yùn)行，觀察其反應(yīng)運(yùn)行情況。

由表4數(shù)據(jù)可知：1#、6#、7#、8#氣化爐有效氣組分含量平均值整體偏低，分別75.82%、77.23%、76.26%、73.60%，有效氣含量的偏低直接造成甲醇產(chǎn)量下降。

表5數(shù)據(jù)告訴我們：?jiǎn)我患t沙泉煤種揮發(fā)性降低，氣化反應(yīng)活性下降，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率降低，殘?zhí)己科撸?dāng)然殘?zhí)己康母叩鸵才c氣化爐溫度及燒嘴壓差有關(guān)，因此造成生產(chǎn)過(guò)程中更多的能源物料消耗。

（四）單一紅沙泉煤氣化運(yùn)行分析

綜合單一紅沙泉煤煤質(zhì)分析、制漿實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，單一紅沙泉煤具有以下特點(diǎn)：

（1）灰熔點(diǎn)T4-T1溫度差太小，操作難度大；

（2）煤漿濃度僅為56%左右，粘度高達(dá)1300cp以上，煤漿穩(wěn)定性和流動(dòng)性差，能源消耗高，化工藥劑添加劑用量增加；

（3）氣化反應(yīng)效率較差，氣化爐有效氣組分含量低，殘?zhí)己扛撸瑲饣癄t堵渣、水質(zhì)差等問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)。

三、確定配煤煤種

因單一紅沙泉煤種難以滿(mǎn)足新疆公司氣化爐的生產(chǎn)運(yùn)行需求，決定通過(guò)配煤的方式，尋找合適的配煤煤種和配煤比例，以達(dá)到新疆公司氣化爐氣化原料煤的煤質(zhì)要求。

（一）配煤的確定

據(jù)新疆公司用煤煤質(zhì)要求，公司質(zhì)量技術(shù)部門(mén)及氣化裝置管理人員分別前往呼圖壁片區(qū)、準(zhǔn)東片區(qū)、托克遜片區(qū)、哈密片區(qū)近20家煤礦進(jìn)行廣泛調(diào)研，并實(shí)地了解煤礦生產(chǎn)情況、運(yùn)輸情況及煤炭?jī)r(jià)格等信息，并采集樣品帶回進(jìn)行檢測(cè)分析、開(kāi)展煤漿實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)地調(diào)研情況和煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，通過(guò)多方面因數(shù)考量，決定使用黑山煤礦的黑山煤作為紅沙泉煤的配煤煤種。

（二）配煤制漿實(shí)驗(yàn)

分析中心通過(guò)對(duì)紅沙泉煤和黑山煤在5：5；6：4；7：3的不同比例下進(jìn)行了制漿實(shí)驗(yàn)，因黑山煤的灰熔點(diǎn)較高，通常會(huì)超過(guò)1350℃以上，所以最終確定最優(yōu)的配煤比例為紅沙泉煤：黑山煤=6：4，現(xiàn)就從配煤煤質(zhì)成分、 配煤灰熔點(diǎn)、配煤煤漿的成漿性和單爐配煤有效氣含量四個(gè)方面和單一紅沙泉煤氣化的優(yōu)劣性對(duì)比如下。

從表6和表1對(duì)比分析可以看出，配煤后顯示：（1）全水含量明顯降低，混煤的全水含量下降了24.65%，配煤的能源消耗量降低；（2）內(nèi)水下降了30.77%，配煤的成漿性增強(qiáng)；（3）揮發(fā)分增幅為10.23%，氣化爐內(nèi)煤反應(yīng)活性增強(qiáng)；（4）熱值增幅為13.42%，熱值升高會(huì)使得原料煤的反應(yīng)活性增強(qiáng)。同時(shí)灰分顯示也低于單一紅沙泉煤，總體判斷配煤的煤漿濃度升高，氣化反應(yīng)效率升高。

將表7和表2進(jìn)行對(duì)比，配煤的灰熔點(diǎn)T4-T1流動(dòng)性溫差升高，溫差由37℃上升到73℃，增幅達(dá)97.3%，氣化爐操作難度降低。

由表8和表3中煤漿分析數(shù)據(jù)對(duì)比可知，配煤煤漿的特點(diǎn)有：（1）三個(gè)煤漿槽的煤漿濃度上升明顯，濃度提高約五個(gè)百分點(diǎn)，氣化反應(yīng)效率上升，煤耗、氧耗將大幅降低；（2）三個(gè)大槽煤漿粘度下降約250cp，煤漿流動(dòng)性增強(qiáng)。

將表9和表4進(jìn)行對(duì)比，配煤的有效氣含量具有以下特點(diǎn)為：配煤的有效氣含量均值上升了3.7個(gè)百分點(diǎn)，有效氣含量基本保證在80%左右的水平，明顯氣化反應(yīng)效率高，產(chǎn)氣效率高，處于水煤漿氣化爐運(yùn)行的較好水平。

四、配煤與紅沙泉煤?jiǎn)我幻悍N的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

氣化爐運(yùn)行使用配煤方式后，添加劑消耗量、比氧耗、比煤耗等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均有變化，經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

（一）添加劑消耗量對(duì)比

從上表可以看出，混煤制漿所消耗的添加劑用量比單一紅沙泉制漿所消耗添加劑用量少（178.995-126.975=）52.02t/d，按照市場(chǎng)添加劑價(jià)格1427元/噸，則混煤使用添加劑每天節(jié)約費(fèi)用約為74232.54元。

（二）煤耗、氧耗及甲醇產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

（1）原煤消耗的經(jīng)濟(jì)效益

由表11得知，配煤（紅沙泉：黑山6：4）消耗量約為7676.15t/d，按照市價(jià)紅沙泉煤180元/噸；黑山煤240元/噸，則配煤所需費(fèi)用：7676.15*60%*180+7676.15*40%*240=156.59萬(wàn)元/噸；單一紅沙泉煤原煤消耗量約為8208.93t/d，所消耗費(fèi)用約為8208.93*180=147.76萬(wàn)元，單一紅沙泉煤每天節(jié)約的費(fèi)用為156.59-147.76=8.83萬(wàn)元/噸。

（2）氧氣消耗的經(jīng)濟(jì)效益

配煤所消耗氧氣的量4779624 Nm?/d，單一紅沙泉煤所消耗氧氣的量4803852 Nm?/d，按照市價(jià)氧氣的價(jià)格為0.4元/標(biāo)方，則配煤所節(jié)省的費(fèi)用為（4803852-4779624）*0.4=9691.2元/天

（3）甲醇的效益

配煤所產(chǎn)出的甲醇產(chǎn)量為5564.23t/d，單一紅沙泉所產(chǎn)出的甲醇產(chǎn)量為5229.4t/d，按照市價(jià)甲醇價(jià)格為2300元/噸，則配煤所產(chǎn)出甲醇增效為（5564.23-5229.4）*2300=77.01萬(wàn)元/天。

綜上所述，按照以上投入產(chǎn)出，則配煤每天所增加的經(jīng)濟(jì)效益為：添加劑增效7.42萬(wàn)元+氧氣增效0.97萬(wàn)元+甲醇增效77.01萬(wàn)元-原煤消耗8.83萬(wàn)元=76.57萬(wàn)元；則配煤每年增加的經(jīng)濟(jì)效益約76.57*333=25497.81萬(wàn)元。

五、總結(jié)

通過(guò)對(duì)單一紅沙泉煤種及配煤的煤質(zhì)分析、制漿實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析，認(rèn)為：（1）單一紅沙泉煤種成漿性差、煤漿濃度低、穩(wěn)定性差，氣化反應(yīng)活性低、操作難度較大；氣化生產(chǎn)穩(wěn)定性較差。（2）單一紅沙泉煤在氣化生產(chǎn)中氧氣和煤耗較大，有效氣含量較低，經(jīng)濟(jì)效益較差。因此綜合考慮，不建議將單一的紅沙泉煤種作為氣化原料煤使用，宜采用和其它煤種（黑山煤）配煤作為氣化原料用煤。（作者單位為神華新疆化工有限公司）