焦炭活性對煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)能力及原料消耗的影響

余仕良

(云南云天化股份有限公司云峰分公司 云南宣威 655413)

煤炭活性是指煤、焦炭與二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)性，也就是在一定的溫度條件下煤炭對二氧化碳的還原能力，故煤炭的二氧化碳還原率又稱為煤炭活性。活性高的煤炭還原能力強(qiáng)，而活性低的煤炭還原能力差，因此煤炭活性是表征煤炭化學(xué)穩(wěn)定性及其表面積的指標(biāo)之一。煤炭的化學(xué)活性對氣化和燃燒有密切的關(guān)系，活性高的煤炭在氣化和燃燒過程中反應(yīng)速率快、效率高，特別對高效率的新型氣化工藝(如沸騰氣化等)更是如此。煤炭活性更直接影響到煤在氣化爐中的反應(yīng)情況、消耗量、所產(chǎn)生的煤氣中有效成分等。在流化燃燒技術(shù)中，活性對煤炭在燃燒爐中的反應(yīng)速率有密切關(guān)系，因此活性也是一種重要的煤炭氣化和燃燒特性指標(biāo)。隨著技術(shù)的發(fā)展，煤炭活性指標(biāo)在生產(chǎn)中的應(yīng)用還將日益廣泛。

對同一種煤炭而言，活性隨著溫度的升高而升高；對不同品種、不同產(chǎn)地的煤炭，在同一溫度下的活性差別非常大。

1 不同品種焦炭的活性對比及其分析

云南云天化股份有限公司云峰分公司以焦炭為原料制取半水煤氣生產(chǎn)合成氨，在焦炭氣化過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焦炭的固定碳含量、灰熔點(diǎn)等主要指標(biāo)基本一致的情況下，煤氣發(fā)生爐產(chǎn)氣量及消耗卻存在較大的差別。采用煤炭活性分析儀對所用焦炭的活性進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)焦炭的活性(尤其是低溫活性)對煤氣發(fā)生爐的原料消耗、產(chǎn)氣量、爐況運(yùn)行狀態(tài)等影響較大。云南吉成焦和云南嘉麟焦的內(nèi)在質(zhì)量基本相同但活性不同，活性分析統(tǒng)計分別如表1和表2所示。

表1 云南吉成焦的活性分析統(tǒng)計 %

由表1和表2可知：①云南嘉麟焦的平均活性比云南吉成焦高，在1 100 ℃、1 150 ℃、1 200 ℃和1 250 ℃時分別比云南吉成焦高6.6%、5.7%、2.5%和0.4%；②盡管不同焦炭在同一溫度下的活性差別較大，但在1 100～1 250 ℃范圍內(nèi)，活性隨溫度的升高而增大，且增大速率逐漸減小，而在1 250～1 350 ℃范圍內(nèi)活性變化基本不大，因此煤氣發(fā)生爐氣化溫度控制在1 250 ℃左右比較適宜。

表2 云南嘉麟焦活性分析統(tǒng)計 %

2 不同焦炭的工業(yè)分析數(shù)據(jù)對比及其分析

云南嘉麟焦和云南吉成焦的工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 云南嘉麟焦和云南吉成焦的工業(yè)分析數(shù)據(jù)

項(xiàng)目w(水分)/%w(固定碳)/%灰熔點(diǎn)/℃w(硫分)/%最高最低平均最高最低平均最高最低平均最高最低平均云南嘉麟焦8.86.57.680.1978.7279.461 3551 3501 3520.760.590.68云南嘉麟焦8.76.37.580.2178.8479.52云南吉成焦8.96.77.880.2178.7379.471 3601 3451 3520.800.740.77云南吉成焦9.56.78.180.1678.5379.34

由表3數(shù)據(jù)可知，云南嘉麟焦和云南吉成焦在固定碳含量、水分含量、灰熔點(diǎn)和硫分含量差異不大，可視為具有同等的質(zhì)量。

3 固定層煤氣發(fā)生爐使用不同活性焦炭的工藝參數(shù)對比

固定層煤氣發(fā)生爐使用不同活性焦炭的工藝參數(shù)對比如表4所示。

由表4可看出，云南嘉麟焦低溫活性較云南吉成焦高，吹風(fēng)時間可縮短2 s。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：與采用云南吉成焦相比，采用云南嘉麟焦制得的半水煤氣中CO2體積分?jǐn)?shù)降低了0.11%，上行溫度上升了4 ℃，返焦量減少0.12 t/d；采用云南嘉麟焦制得的半水煤氣中(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)為69.41%，采用云南吉成焦制得的半水煤氣中(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)為69.19%。

表4 固定層煤氣發(fā)生爐使用 不同活性焦炭的工藝參數(shù)對比

4 焦炭活性對原料消耗及產(chǎn)氣量的影響

正常生產(chǎn)工況下，云南嘉麟焦和云南吉成焦的月消耗對比及日消耗對比分別如表5和表6所示。

表5 云南嘉麟焦和云南吉成焦的月消耗對比

日期焦炭用量/t云南嘉麟焦云南吉成焦當(dāng)月噸氨焦炭消耗量/kg2016-0113 993.30.01 1612016-023 116.89 873.01 184

云南嘉麟焦和云南吉成焦在固定碳含量、灰熔點(diǎn)、大焦綜合利用率等方面差異不大，但煤氣發(fā)生爐工藝控制條件及原料消耗方面卻差別較大，其主要原因就是兩者的活性差異較大，尤其是焦炭的低溫活性對煤氣發(fā)生爐的工藝操作、產(chǎn)氣量及原料消耗量影響較大。

由于云南吉成焦的低溫活性明顯低于云南嘉麟焦，因此采用云南吉成焦為原料時，煤氣發(fā)生爐每個循環(huán)需延長吹風(fēng)時間2 s，加上堆密度、水分含量等指標(biāo)較高，在用氣量或開爐數(shù)相同的條件下，每天多消耗焦炭12.63 t。

表6 云南嘉麟焦和云南吉成焦的日消耗對比(2016年)

時間段原焦用量/(t·d-1)最高最低平均焦炭耗量/(t·d-1)噸氨焦炭消耗量/kg焦炭品種02-15至03-04457.51444.73450.50500.701 188云南吉成焦03-05至03-14460.73436.60439.44487.071 161云南嘉麟焦

針對云南吉成焦低溫活性差、消耗高的現(xiàn)狀，在工藝操作方面可采取提高氣化層溫度的措施，但會導(dǎo)致焦炭消耗增大。

5 結(jié)語

原料的反應(yīng)活性對氣化過程的工藝參數(shù)有較大的影響，活性高則氣化強(qiáng)度和熱效率高，在一定氣化強(qiáng)度下需要的反應(yīng)溫度低。對于活性和灰熔點(diǎn)均低的燃料，氣化強(qiáng)度及熱效率就更低。焦炭的活性對優(yōu)化煤氣發(fā)生爐工藝參數(shù)及操作具有重要的指導(dǎo)意義，對于充分發(fā)揮煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)能力具有重大的作用。因此，煤炭(焦炭)的活性應(yīng)作為一個重要的控制指標(biāo)及采購指標(biāo)進(jìn)行管控，為優(yōu)化氣化工藝、降低原料消耗創(chuàng)造條件。