原料煤质对粉煤气化工艺的影响概述

原料煤质对粉煤气化工艺的影响概述

李寿平

国家能源集团宁夏煤业集团有限责任公司宁夏银川750409

摘要：粉煤气化技术具有较强的适应性，在煤种方面有着鲜明的体现，在环境方面相对友好。原料煤质中存在诸多分析指标，对于粉煤气化工艺的影响也存在一定差异。本文基于粉煤气化工艺特点出发，对其操作窗口进行简要介绍，明确气化温度控制形式，进一步探讨原料煤质对粉煤气化工艺的实际影响，旨在促进粉煤气化工艺的不断优化，仅供相关人员参考。

关键词：原料煤质；粉煤；气化工艺；影响

引言：粉煤气化的原理在于，通过原料煤灰分挂渣来保护水冷壁，待煤灰熔融后，会形成固态渣层与液态渣层。在对气化温度控制形成正确认知的基础上，要明确原料煤质的各项指标，把握其对于粉煤气化工艺的现实影响，以便在实际操作过程中优化操作工艺，达到良好的粉煤气化效果。

1粉煤气化工艺特点

就粉煤气化工艺来看，其主要通过粉煤加压方式来实现进料，此种操作方式下，气流床发生反应，排渣方式表现为液态形式，粉煤气化工艺则具有良好的适用性，能够满足不同煤种的差异化应用需求。就GSP干煤粉气化技术来看，其在煤种类型方面基本不存在限制，在顶部单喷嘴形式下，干茶承压外壳可以发现，其内有水冷壁，在激冷流程作用下，水冷壁负责回收少量蒸汽，气流床和液态排渣的支持下，气化工艺得以应用，能够满足无烟煤、次烟煤等多种应用需求。在干粉没进料方式下，其所需气化压力一般在2.0-4.0之间，氧耗在330-340m3·（1000m3CO+H2）-1。随着煤灰熔融，固定渣层与液态渣层得以形成，二者不同之处在于，固定渣层紧贴水冷壁，液态渣层迎着火焰渣层，并且液态渣层具有一定流动性，当气化温度逐步变化时，液态渣层会受到重力作用而向下流动。当二者逐步增厚时，热阻变大，令传热量降低，此时液态渣层具有较强的流动性，并且渣层厚度趋于平衡，但带有一定动态化特征。

2操作窗口

GSP气化工艺下，需要控制好气化炉中渣的黏度，依据对应温度来对气化操作窗口加以确定，令熔渣处于标准黏度范围之内，并满足气化炉膜式水冷壁的挂渣需求，为气化炉排渣的顺利进行打下良好的基础。在这一过程中，要注重控制好炉渣黏度，高黏度下业态挂渣流动速度会受到影响，出渣口极易汇集并形成大渣，此种情况下往往会影响排渣的顺利性。在低黏度条件下，液态挂渣流动速度则会明显加大，导致挂渣厚度下降，影响气化炉热量，继而加剧养好与煤耗，严重情况下可能会磨蚀气化炉内件，导致气化炉水冷壁的使用寿命缩短。

3气化温度控制

在粉煤气化炉应用过程中，要明确气化温度的重要参数，以高测量精度和稳定数据来实现氧气质量测量，以粉煤流量和干燥基碳含量等来对碳质量实施辅助测定，从而确保碳质量计算的精准性与可靠性。就粉煤输送管线来看，伽马射线密度仪的应用，能够为粉煤悬浮物密度在线监测的实现提供可靠支持，在电荷式速度计的作用下，依据密度、速度以及截面积来计算粉煤质量，进而掌握好粉煤速度。悬浮态粉煤输送的特殊性在于，其整个过程缺乏稳定性，无论是密度、测量速度还是精度方面，整体控制的难度较大。在实际操作过程中，误差的校正可通过称重平衡和氧耗来实现，当整个输送过程处于稳定状态时，通过观察氧碳比和氧煤比，可以发现二者之间存在相关关系，并且表现为正比例关系。因此气化温度控制可通过氧煤比来实现，以确保控制的有效性。就当前仪表测量技术发展情况来看，空气干燥基碳含量的在线测量难度较大，氧碳比矫正的时效性不足，导致精度偏低，因此要将气化温度的实际波动范围保持在130℃左右，以达到良好的气化温度控制效果。

4原料煤质对粉煤气化工艺的影响

原料煤的属性指标众多，其中部分指标会对粉煤气化工艺产生强烈的影响，以下进行具体分析：

其一，水分，对于基煤样来说，全水主要包含内水与外水，原料煤的储运往往会受到外水含量的影响，严重影响下可能会影响输煤皮带以及装卸抓斗等的正常使用。而就内水来看，其有可能会影响磨煤干燥装置的实际应用能力。从宏观层面来看，当原料煤全水自高于15%时，气化装置往往会受到影响，导致其经济性不足，并且随着磨煤干燥单元负荷的加剧，粉煤水含量明显超标，导致粉煤输送缺乏稳定性。而当原料煤全水地域5%时，储运操作过程中所产生的扬尘会严重影响生态环境质量。因此在粉煤工艺条件下，有必要将入炉粉煤的水分控制在1%-2%之间，以免对粉煤气化工艺的实际应用效果造成影响。

其二，灰分，在高温环境下，煤能够实现完全燃烧，矿物质经过化学反应作用后，会产生残留物。一般情况下，低于8%的入炉煤灰分含量会影响挂渣均匀程度，甚至会缩短水冷壁寿命，影响表面耐火材料使用功能的发挥。而当入炉粉煤分超出20%时，往往会对气化装置的实际运行产生影响，加剧排渣单元负荷，在火焰与偏斜合成气的影响下，烧嘴罩极易受损，进而影响气化装置使用功能的发挥。

其三，可磨指数及粒度，在粉煤气化工艺操作中，随着可磨指数的增大，煤的磨碎也更为容易，当指数过高时，粉煤粒度则会逐渐变细，反之则会逐渐加粗。粉煤相输送工艺对于粉煤粒度存在特殊化要求，这就需要明确煤粉反应具体活性，及其所受粒度的实际影响，在高温气化作用下，以气固扩散反应来对碳转化率加以合理控制，令煤粉粒度达到要求，避免废锅流程中出现积灰情况而影响实际操作效果。

其四，灰熔点，在《煤灰熔融性的测定方法》（GB/T219）的支持下，对灰流动温度实施测定，能够明确灰的组成情况，并且获得渣流动性指标，保证所获得数据参数的综合性。一旦灰熔点低于1200℃，则水冷壁挂渣状态以及渣流动性都会受到影响，加剧堵渣几率，甚至会令气化温度和碳转化率有所下降。而当灰熔点升高甚至超出1400℃时，渣流动性相对较弱，也会导致堵渣情况出现。

其五，氧化铁含量对于液化温度的影响。煤灰中铁的形式主要表现为三氧化二铁，在四元相图中，液化温度往往会受到氧化钙与氧化铁含量增加的影响而有所降低。在气化炉内部，受到合成气的还原作用，三氧化二铁极易被还原为纯铁，而氧化钙的稳定性较强。随着三氧化二铁含量的降低，受到高液化温度的影响，渣的流动性较弱，随着气液相反应的缓慢化，三氧化二铁的转化也会受到渣实际流动性的影响。在较弱的渣流动条件下，三氧化二铁向纯铁的还原流程对反复，停留过程中加剧了渣层厚度，导致渣快出现，影响气化运行。

结语：

总而言之，当原料煤在水分、灰分、可磨指数与粒度、灰熔点等方面发生变化时，往往会对粉煤气化工艺产生一定影响，甚至会影响实际操作效果。因此在实际操作过程中，要注重原料煤质的合理化控制，促进GSP气化炉的合理化应用，来达到良好的粉煤气化效果，促进粉煤气化工艺价值的最大化发挥。

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