水煤浆加压气化装置的优化配煤

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1、水煤浆加压气化装置的优化配煤周寿祖，朱凤梅，张继臻(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心山东滕州)2003-02-16   兖矿鲁南化肥厂德士古水煤浆气化装置于1993年4月投料成功，于1994年元月达到设计能力。该工程项目1994年荣获原化工部一等奖，1995年荣获国家科技进步一等奖。上海三联供、陕西渭河化肥厂的德士古水煤浆气化炉也已投入运行。虽然德士古气化炉对煤种适应性强，但是煤质仍然直接影响德士古炉的工艺状况、气化后的气体成分、气化炉的使用周期以及灰水处理系统的工艺状况等。掌握好不同种煤的配比能降低氧耗、能耗，提高气化效率，带来很大的经济效益，因此，优化配煤

2、在德士古气化技术中占有重要的位置。1 德士古水煤浆气化工艺原理   德士古水煤浆气化属气流床气化工艺技术，即水煤浆与气化剂——纯氧在气化炉内特殊喷嘴中混合，高速进入气化炉反应室，遇灼热的耐火砖瞬间燃烧，直接发生火焰反应。微小的煤粒与气化剂在火焰中作并流流动，煤粒在火焰中来不及相互熔结而急剧发生部分氧化反应，反应在数秒内完成。在上述反应时间内，放热反应和吸热反应几乎是同时进行，因此产生的煤气在离开气化炉之前，碳几乎全部参与了反应。在高温下所有干馏产物都迅速分解转变为均相水煤气的组分，因而生成的煤气中只含有极少量的CH4。气流床气化的特点是每个煤粒均被气流隔开，每个

3、颗粒能单独膨胀、软化、燃尽并形成熔渣，而与邻近的颗粒毫不相干。燃料颗粒不易在塑性阶段凝集，从而燃料的粘结性对气化过程不会产生大的影响。德士古水煤浆气化炉所产煤气中主要组分含CO、H2、CO2和H2O，它们存在如下平衡关系：   CO+H2O=CO2十H2   在气化炉高温条件下，上述反应很快达到平衡，因此气化炉出口的煤气组成相当于该温度下CO、水蒸气转化反应的平衡组成。2 对煤质的要求2.1 对煤质的主要要求   煤料的反应性、成浆性、灰熔融温度是衡量煤种适应能力的主要指标。同时还应注意煤灰在还原性气氛下的流动温度和粘温特性。其对煤质的要求为：   (1)发热量

4、达25.121MJ／kg，越高越好。   (2)灰熔融温度FT在1300℃为宜，过高或过低都不利于气化。   (3)煤中灰含量不得高于20％，越低越好。2.2 对煤质的次要要求   (1)全水含量越低越好。   (2)挥发分含量越高越有利于气化反应。   (3)固定碳含量适中为宜。   (4)液渣粘度维持15～25Pa·s之间，以维持正常的液态排渣。   (5)煤中有害元素硫、氯、砷等越低越好。   (6)可磨指数越大越好。3 配煤理论依据      煤灰组成影响其灰熔融温度的规律如下：   (1)Al2O3含量高的煤灰，其熔融温度也高。当Al2O3含量大于40

5、％时，煤灰的FT必定超过1500℃。   (2)SiO2含量的影响没有Al2O3显著。   (3)CaO影响 煤灰中CaO大多以硅酸钙的形态出现，而硅酸钙熔点较低，故一般来说，Ca0含量越高，煤的灰熔融温度越低。   (4)MgO的影响 由于煤灰中的MgO含量一般很少，MgO又和SiO2形成低熔点的硅酸盐，起到降低灰焙融温度的作用。   (5)氧化铁的影响 由于氧化铁和SiO2可以形成一系列低熔点的硅酸盐，故氧化铁起了降低灰熔融温度的作用，特别是氧化铁含量低于20％的煤灰，当Fe2O3含量每增加1％，煤灰的ST温度平均降低18℃，因此，煤灰的熔融温度随Fe2O3

6、含量增加而降低，煤灰的颜色也随Fe2O3含量的增加而棕色加深。   (6)K2O和Na2O含量增加，煤灰熔融温度显著下降，每增加1％，煤灰的FT温度平均降低17.7℃。   (7)由于添加助溶剂CaCO3降低灰熔融温度导致水处理及换热系统结垢严重，且氧耗、能耗增高，气化效率低，操作复杂，有效气体成分低。4 优化配煤经验模型的建立4.1 配煤试验的过程及分析   综合考虑煤的灰熔融温度、反应活性、硫含量、成浆性、可磨指数等因素，进行工业掺烧前的可行性研究，以确定试烧配煤的经验模型。以掺烧白煤为例，说明经验模型获得的过程。   (1)白煤末即无烟煤末，在没有成形前，

7、不能用于固定层常压气化炉气化。其特点为：固定碳含量较高，氢含量较高，挥发分较低，硫含量较低且相对稳定，灰分较低，热值较高，灰熔融温度较高。相对烟煤而言，变质程度深，煤质比较稳定，反应活性差，其煤质分析及单价见表1。   (2)降低白煤末灰熔融温度的试验及分析。白煤末灰熔融温度较高，为适应气化工艺要求，添加助溶剂CaCO3，以降低其温度(见表2)。从表2可知，需加入灰含量20％以上的助溶剂，才可降到需要的温度，而加入大量的CaCO3(每吨煤约38kg以上)是不经济的，因此，不能单独用白煤末作为德士古气化炉的原料煤。   (3)以北宿烟煤为主，白煤末为辅作配煤试验及

8、分析。北宿煤的煤质分析见