煤膠質(zhì)層厚度對氣化運行效率的影響

賈 喆

(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司(簡稱華鶴公司)年產(chǎn)30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素項目，水煤漿氣化技術(shù)使用美國通用電氣公司水煤漿加壓氣化、四級閃蒸技術(shù)，合成氨采用丹麥托普索公司S-300軸徑向合成塔、日本三菱重工公司合成氣壓縮機，采用荷蘭斯塔米卡邦公司2 000+超優(yōu)二氧化碳汽提、池式反應(yīng)器熔融尿素生產(chǎn)工藝，流化床大顆粒造粒工藝。華鶴公司共設(shè)計3臺氣化爐，2開1備。氣化系統(tǒng)日投煤量1 500 t，氣化壓力為6.5 MPa。煤炭主要使用黑龍江省鶴崗地區(qū)地產(chǎn)煤，并使用部分俄羅斯進(jìn)口煤炭，煤炭主要采購方式為外購。氣化用煤的煤質(zhì)經(jīng)常以發(fā)熱量、灰分來衡量，在實際生產(chǎn)過程中，當(dāng)兩個品類的煤在兩個指標(biāo)很接近的情況下，煤炭使用效率卻有很大的差異，筆者針對該情況進(jìn)行分析，引入膠質(zhì)層評估煤炭的概念，更加有利于在煤炭市場對煤炭進(jìn)行篩選。

1 氣化用煤現(xiàn)狀

目前氣化用煤主要使用煙煤，其中陜、蒙地區(qū)的煤炭為長焰煤、不黏煤。煙煤內(nèi)又分很多品類，區(qū)分煙煤主要依靠揮發(fā)分含量、黏結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層厚度及奧亞膨脹度[1]，并以此區(qū)分煙煤的煤化程度。我國西部地區(qū)低階煤普遍灰分含量和硫含量低，反應(yīng)性和可選性好。不同區(qū)域的低階煙煤的灰分和灰熔融性特征差異顯著，主要由其成煤時代和沉積環(huán)境所決定。

鶴崗地區(qū)的煤炭主要為中階煙煤、1/3焦煤、半焦煤和主焦煤。華鶴公司常用兩種煤炭(記為A類、B類)，其分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

由表1可以看出：兩個品類煤炭的灰分、發(fā)熱量、水分基本接近，B類煤炭的揮發(fā)分含量高于A類，揮發(fā)分含量越高，煙煤起火點越低，易燃性好，大量的碳元素參與燃燒，氧氣消耗殆盡后，參與氣化反應(yīng)的碳元素減少，在實際運行的過程中，有效氣組分含量相對較差。使用A類煤炭期間，在日產(chǎn)1 100 t合成氨的條件下，氣化煤漿投放體積流量為72 m3/h，使用B類煤炭在相同條件下煤漿投放體積流量為70.5 m3/h。

2 煤的成漿性分析

針對以上兩個品類的煤炭進(jìn)行成漿性試驗分析(見表2)，實驗室煤漿級配參照生產(chǎn)現(xiàn)場典型級配；表觀黏度、煤漿濃度、析水率為3次試驗的平均值。添加劑添加率以干基/干基煤計。

表2 煤漿試驗數(shù)據(jù)

由表2可以看出：煤漿方面的數(shù)據(jù)基本一致，當(dāng)添加劑的使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為64.40%、64.64%，且動力黏度分別為240 cp、373 cp時，煤漿均具有良好的流動性和輸送性能。B類煤炭的析水率優(yōu)于A類，該數(shù)據(jù)對整體運行沒有影響。

3 膠質(zhì)層數(shù)據(jù)對比分析

煤炭膠質(zhì)層指數(shù)是由薩波日尼柯夫提出的一種表征煙煤塑性的指標(biāo)，以膠質(zhì)層的最大厚度y和最終體積收縮度x表示。測定方法是用膠質(zhì)層測定儀，把煤樣裝在煤杯中從底部加熱，煤樣受熱后，逐步熔融分解形成膠質(zhì)體，并自下而上形成半焦層、膠質(zhì)層和未軟化的煤樣三部分。在操作過程中以探針測出膠質(zhì)層厚度的變化，并據(jù)此繪出膠質(zhì)層指數(shù)曲線，再從曲線上求出膠質(zhì)層最大厚度，從膠質(zhì)層測定儀自動記錄下的膠質(zhì)體體積曲線的最終點與零點線的垂直距離，求出最終體積收縮度[2]。該方法是測定煤的黏結(jié)性的常用方法之一，膠質(zhì)層指數(shù)也是我國現(xiàn)行煤分類的重要參數(shù)；但是該方法有一定的局限性，如煤樣的用量大、操作誤差大、重現(xiàn)性較差、對弱黏結(jié)性煤的鑒別力差等[3-4]。膠質(zhì)層指數(shù)是衡量煤結(jié)焦性的重要指標(biāo)，在實際生產(chǎn)中，也是區(qū)別煙煤煤階的一個重要依據(jù)。

兩個品類煤炭膠質(zhì)層檢測數(shù)據(jù)見表3。雖然兩個品類煤炭的工業(yè)分析數(shù)據(jù)接近，但是由表3可以看出:B類煤炭的膠質(zhì)層厚度明顯大于A類煤炭，說明B類煤炭的煤階高于A類煤炭，具有更高的煤炭成熟度；在相同條件下B類煤炭的氣化效率優(yōu)于A類煤炭。

表3 兩個品類煤炭膠質(zhì)層檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

目前，煤化工企業(yè)經(jīng)常以工業(yè)分析項目作為煤炭篩選指標(biāo)，但煤氣化使用的原料煤與鍋爐使用的燃料煤在區(qū)分上又有所不同，通過華鶴公司對鶴崗地區(qū)煤炭的深入摸索，引入膠質(zhì)層概念對煤炭加以區(qū)分，可以明確地分析出在工業(yè)數(shù)據(jù)基本相同情況下煤漿投放量差異的原因。膠質(zhì)層概念的引入為下一步煤炭的選用打下了技術(shù)基礎(chǔ)，對品類繁多的煙煤有了數(shù)據(jù)概念的劃分，并解決了長期以來煤炭工業(yè)分析數(shù)據(jù)相近氣化效率卻相差較大的困惑。