粉煤加压气化工艺对煤质的要求

粉煤加压气化工艺对煤质的要求

李伟

李伟

解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司云南开远661600

摘要：我国粉煤浆气化工艺技术的运行，应用粉煤浆气化炉，使粉煤浆加压气化，得到合成气，对其进行加工处理，可以制备甲醇等产物，满足煤化工生产的技术要求，文章对粉煤加压气化工艺对煤质的要求进行了研究分析，以供参考。

关键词：粉煤加压；气化工艺；煤质

1前言

煤气化技术在煤化工产品的工业化发展过程中起着非常重要的作用，其作为内化工业的发展基础，受到化工行业业内的普遍重视，其技术也受到国内外的关注与研究开发。近年来我国也推出了多种煤气化技术，这些技术在工业中也得到了很好的应用。煤化工气的主要原理就是把煤转换成合成气，这样有利于化工生产。煤化工气化工艺的工艺主要是准备煤料、气化、炭黑水和粗煤气处理三种工序，最终得到的是有一定含量的水蒸气合成气。

2粉煤浆加压气化工艺技术的特点

粉煤浆加压气化工艺，具有许多的优点，对煤质的要求不高，能够适应的原煤产品比较多，有利于寻找化工生产的粉煤浆原料，更好地使其气化，满足煤化工生产的需求。粉煤浆气化装置能够满足合成氨，甲醇合成等工艺技术的要求，能够保值连续稳定的运行状态。气化系统的热利用，可以采用废热锅炉和水激冷器的方式，进行热能的变换，必须要额外的装置和设备。

粉煤浆加压气化工艺技术措施属于清洁的技术措施，能够降低尾气的排放，避免造成环境污染。缺点和不足是气化率需要的煤必须是低灰的燃煤，否则需要加助熔剂。碳的转化率比较低，有效成分低，有效气体的消耗量大。气化炉的耐火砖使用寿命短，工艺喷嘴需要及时进行维修或者更换，给粉煤浆气化工艺技术措施的实施，带来严重的危害。在粉煤浆加压气化工艺技术实施过程中，优选合适的耐火材料作为气化炉的耐火砖，延长气化炉的使用寿命，优选合适的低灰的煤作为粉煤浆的原材料，保证达到预期的气化效果。

3煤质影响气化的主要因素

3.1水分

煤中的水分包括外水和内水。附着在煤颗粒外表面和较大毛细孔内的水是外水，比较容易除去，吸附在煤颗粒中较小的毛细孔内的水分是内水，在室温条件下比较难以除去。如果原料煤的外水含量过高，循环气湿度易超标，在袋式过滤器和循环管线中容易发生部分水冷凝，造成堵塞和腐蚀；并且增加磨煤系统的动力和燃料消耗，降低了系统的生产能力。因为在磨煤干燥过程中，为了维持循环惰性气体的湿度，以防发生冷凝，有20%左右的放空量，将煤中挥发出的水分带出循环系统，以达到干燥粉煤的目的。当煤的水分增加时，必须增加循环气体的放空量，这样由放空气带出的热量损失增加(放空气温度100～110℃)。同时为了维持磨煤和干燥系统的温度必须增加热风炉的燃料气量，循环风机的循环风量也必须增加，增加了电耗。煤的内水含量越低越好。因为内水含量较高时，造成入炉水分增加，将消耗较多的热量，使氧耗和煤耗增加，合成气有效成分下降。

3.2灰分

3.2.1氧耗和煤耗增加

在生产过程中，灰分是以液态顺利排出炉外的，灰分越高，熔化灰渣所消耗的热量越多，就需要更多的碳和氧发生燃烧反应放出更多热量，以维持气化炉的热量平衡，势必增加氧耗和煤耗，同时合成气的有效成分下降。资料研究表明，在同样的气化条件下，灰分每增加1%，氧耗增加0.7%～0.8%，而煤耗增加1.3%～1.5%，煤的发热量降低370kJ/kg。

3.2.2设备管道和阀门磨损增加

灰分的增加还会使渣水系统黑水和灰水的固含量增加，使设备管道和阀门磨损增加，系统的故障率上升，同时加剧了设备管道的结垢堵塞。如：气化炉和洗涤塔黑水管线，渣锁斗循环泵及其进出口管线等，常常因为磨损泄漏而停车。停车清理垢片和堵塞的次数明显增加，降低了系统的开工率。

3.3煤的物化性

3.3.1发热值

发热值是评价煤质的重要指标之一。它与煤的成因、煤化程度、煤岩组成、煤中的矿物质、水分含量及其风化程度有关。热值越高，单位煤产生的有效气体量越大，煤耗越低，因此应尽量选用高热值煤。

3.3.2煤的化学活性

煤的化学活性是影响气化的重要指标，煤的化学活性主要和煤的变质程度、灰分组成、粒度、孔隙率、比表面积等有关。一般情况下，随着煤化程度的加深活性降低。其次，煤中的矿物质的含量和组成也影响煤的活性，矿物质含量越高，碳含量越低，活性越低。

3.4灰熔点

粉煤气化炉是液态排渣，由于采用先进的水冷壁，气化温度可操作范围较宽，可在1400～1700℃之间，操作温度一般高于灰熔点50～100℃。如果采用灰熔点较高的煤，将会产生以下不利的影响：①为了实现气化炉的顺利排渣，势必需要提高操作温度，将造成氧耗和煤耗增加，合成气中的CO2含量增加，有效成分下降。②操作温度提高后，水冷壁的蒸汽产量增加，使气化炉热损失增加。同时激冷室的热负荷增强，液位波动剧烈，易造成后工段不稳定。所以，选用灰熔点低于1400℃的煤种较合适。

3.5煤的灰渣的粘温特性

灰渣的粘温特性是指熔融灰渣的粘度与温度的关系。粘度是衡量流体流动性能的重要指标，灰渣粘度的高低决定气化炉能否顺利排渣，这就要求煤的灰分在气化炉的操作温度下有一个合适的粘度指标，既要保证熔融的灰渣有一定的流动性，避免排渣不畅导致渣口堵塞，又要求粘度不能过低，流动性太强，导致水冷壁向火面的渣层过薄，热损失增加；同时也加剧了粗合成气对水冷壁的冲刷，使水冷壁的寿命缩短。粉煤加压气化工艺要求气化温度下灰渣的粘度在25～40Pa•s之间。

4我国粉煤浆气化工艺技术的发展趋势

随着粉煤浆气化工艺的不断完善，解决粉煤浆加压气化的问题，提高合成气的品质，满足各种煤化工生产的需要。德士古煤化工气化工艺技术措施，是先进的能源转换技术措施之一，具有广阔的发展前景。粉煤浆气化工艺技术向着洁净化、高效率的方向发展，不断降低生产过程中的各种能量消耗，降低粉煤浆气化生产的成本，提高煤化工企业生产的效率。不断完善粉煤浆气化工艺，研制和改造生产设备，降低对环境造成的污染。改变以往的将煤种变为碎屑颗粒，然后制备粉煤浆的方式，开发制浆设备，将煤的研磨过程精细化，降低粉煤浆生产的成本，提高制浆的效率。不断研究和开发高效、低能耗的制浆设备，降低制浆过程中的电能消耗。国家的粉煤浆研究中心自主研发了选择性粗磨和超细磨结合起来的制备粉煤浆的方式，达到降低了制浆成本，提高了粉煤浆气化的经济效益。

结语

从技术角度来讲，粉煤加压气化技术可以适合多种煤质，但是从装置的可操作性和经济性来说，对煤质有以下要求：内水不能大于8%，外水越低越好。灰分应在12%～20%之间，灰熔点最好在1300℃以下，可磨性在65以上，1400℃时灰渣粘度在25～40Pa•s之间，反应活性较好，热稳定性较差，煤的硫含量、氯含量越低越好。

参考文献

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