适合潞安煤质特性的气化技术选择

实用技术恶第145期doi:10.3969/jisn.1005-2798.2011.09.011适合潞安堞质特性的气化技术选择王东飞(潞安矿业集团公司技术中心,山西长治046204)摘要:不同的煤种,可选择的气化技术不同。在对潞安煤样进行工业分析、元素分析、发热量、灰成分和灰熔点测定的基础上,通过对潞安煤进行碎煤加压气化炉上的试烧试验,寻求最适合潞安煤质特性的气化方法。研究结果表明:潞安煤理想的气化工艺为碎煤加压气化工艺;潞安煤种灰熔融温度较高,在添加助熔剂后可以用于液态排渣的气化工艺关键词:煤质特性;气化工艺;碎煤加压气化中图分类号:TQ54文献标识码:B文章编号:1005-2798(2011)09-0028-03潞安矿区煤炭资源储量丰富,煤质优良,产品可基碳含量为90.6%,为低阶贫煤,原煤的灰分为中广泛应用于发电、动力、冶金、化工生产等。根据国等,硫含量特低,有较高的发热量;15号煤样为高灰家产业政策的要求,发展煤化工产业,以煤基合成油及高硫煤,发热量较低。为主体,实现煤一油一电一化一硅多联产,进一步延1.2与气化特性相关的煤质分析长产业链提高煤炭产品附加值。煤气化是煤化取潞安3号煤和15号煤进行了灰熔点和热稳工产业的龙头技术,考虑到企业的利润最大化,当地定性测定,测定结果见表2表3。煤种气化的技术经济性是必须解决的的关键问表2潞安煤的灰熔点及焦渣特征题2∵,而气化技术的选择是实现不同煤种气化经样品灰熔点/℃焦渣特征济性最大化的保证。3号煤1500>1500煤质分析15号煤目前世界上正在应用和开发的煤气化技术有数表3潞安煤的热稳定性(按CB1573方法测定)十种之多,气化炉型也是多种多样。不同的气化技样品术及炉型要求不同的煤种与之相适应,同一炉型对3号煤15号煤72.4于不同煤种的气化效率也不尽相同,尽管目前已经有一些先进技术对煤种的适应性很广,但从经济技由表2可以看出,潞安3号煤的灰熔点焦渣特征术角度考虑,对煤种还是有一定要求的,为此,有必为3,属于弱粘结性煤;表3测试结果表明,该煤的热要分别对潞安煤样进行工业分析、元素分析、发热稳定性较高,适合于固定床气化。15号煤的灰熔点量、灰成分、灰熔点等基础数据进行分析与测定,以高,焦渣特征为2,属于弱粘结性煤;热稳定性较好。此作为煤炭气化技术选择与确定的依据。3煤对二氧化碳化学反应性的测定1.1煤质基本分析首先将3~6mm的煤样在干馏炉中以15取潞安3号煤和15号煤进行工业分析、元素分20℃/min的速度升温至900℃,在此温度下停留析及发热量测定,测定结果见表1。h。所得焦样用于煤的二氧化碳反应性测定。煤表1潞安煤的工业分析、元素分析及发热量对二氧化碳化学反应性的测定结果见图1和图2。工业分析从图1和图2中可看出,潞安3号煤和15号煤样品(mQn3 A ChONS(M·k-)在贫瘦煤中,属于反应性比较好的煤种0.5518.0812.5873.753.113.201.030.2829.121.4添加助熔剂CaO对灰熔点的影响15号煤0.7230.3011.7658.283.112.390.734.4722.98在煤样中添加助熔剂后对灰熔点的影响进行了测定,测定结果如图3。对表1数据进行换算可知,潞安3号煤的可燃收稿日期:201109作者简介:王东飞(1964-),男,山西右玉人,高级经济师,从事技术管理工作。中国煤化工CNMHG2011年9月王东飞:适合潞安煤质特性的气化技术选择第20秦第9期行了气化试烧试验,试烧分五个阶段进行,即单炉试烧阶段(找最佳气氧比阶段);在最佳气氧比条件下双炉满负荷稳定运行阶段;CO2返炉试烧阶段;点火试验和超负荷试验2.1单炉试烧阶段试骑基地2号气化炉,在煤仓料位指示为40%时,加入潞安煤,气化炉负荷为5000m3/h氧气(以下负荷75080085090095010001050l100均指氧气量),气氧比5.3。4h后粗煤气半分析显示CO2:31.7%;O2:0.2%,表明潞安煤已进人炉内稳定图13号煤对二氧化碳的反应性2h后,气氧比由53降至52,负荷加至5200m3/h,粗煤气半分析为O2:29.7%;O2:0.2%。2.2满负荷稳定运行阶段在随后的两天里,气化炉负荷基本维持在7000~7200m3/h,气氧比控制在4.6,粗煤气半分析在25%~27%之间,炉篦电流未见异常升高,排出灰的8颜色和块度适中,未形成大渣块导致排灰困难情况的发生,是潞安煤在最佳工况下的运行时段。00°s5090910105102.3CO2返炉试验阶段温度/℃在试验基地3号气化炉进行CO2返炉试验,得图215号煤对二氧化碳的反应性到了较满意的效果。CO2返炉后气化剂温度下降了约45℃,CO2返炉能代替蒸汽降低反应层的温度,475相应减少同等摩尔数的蒸汽消耗,既节约了蒸汽,又实现了CO2的利用,使得粗煤气中CO含量增加2%左右,另外气化剂温度降低后灰锁温度也随着降低,这对设备有利。通过本次试验进一步验证了CO2返炉理论上的正确性。13502.4点火性能试验1325用潞安煤进行了点火试验,蒸汽升温进行了3h303540空气点火后运行了5h粗煤气中O2含量才合格,总aO addition/%的空气运行时间为6h,整个点火过程用时9h。试图3添加CaO助熔剂对潞安煤灰熔点的影响验表明潞安煤的活性一般。从图3可知,添加CaO助熔剂后,两种煤样的2.5高负荷试验阶段煤灰熔点均可降低至1500℃以下。在CaO较低添在加负荷试验中,负荷由6500m3/h逐渐加至加量下,两煤样的灰熔点随着添加量增加均呈下降9000m3/h,在900m/h负荷下稳定运行约5h趋势,但随着添加量进一步增加煤灰熔点开始上升。试验表明在高负荷条件下各种运行参数比低负荷时这是由于煤灰中原有矿物质与Ca0反应生成的高更好,试验过程中取得了在高负荷条件下的最低气钙化合物间可形成低温共熔物,使得煤灰熔点下降;氧比为43。但当煤灰中CaO含量过高时,CaO作为氧化剂,在破坏硅聚合物的同时,又形成了高熔点的正硅酸钙3试烧结果评价( CaSio3,其纯物质在2130℃熔融),致使体系熔融通过对潞安煤的气化试验结果,对其气化性能温度上升。可见,两种煤样都可通过添加一定比例评价如下的CaO,从而适应目前液态排渣的先进气化炉对煤1)潞安煤系烟煤中变质程度较高的贫煤,挥灰熔融温度的要求。发分含量低,灰熔点高,无粘结性,能较好地在碎煤2煤炭气化试验加压气化炉中气化。由于其灰熔点较高,因而可大幅降低气氧比,提中国煤化工毛,减轻利用试验基地4台碎煤加压气化炉对原料煤进废水处理系统的负CNMH能降低2011年9王东飞:适合潞安煤质特性的气化技术选择第20蹇苇91.0的气氧比。可节省大量的蒸汽。表明:潞安贫煤用于碎煤加压气化炉的原料是可行2)由于潞安煤灰熔点高,故而火层温度较的;潞安煤生产的净煤气氢碳比在1.6~1.9之间,高,因其活性差,还原层拉长,致使气化炉出口温度更适合于合成油,增加CO2返炉后是完全可行的提高。为保证气化炉正常运行降低炉出口温度,增也解决了CO2的减排问题。通过高负荷试验潞安加气化炉操作弹性,建议适当增加气化炉的高度煤在7000~9000m3/h情况下运行平稳超负荷运3)氧耗问题:当地煤活性好,在700m3/h行工况正常,并且仍有一定的余量。负荷下产粗煤气50000m3/h,潞安煤活性差,在同样负荷下仅能产3829m/h粗煤气,但吨当地煤参考文献:产粗煤气仅为1340m3,潞安煤则为1812m3。要[1]相宏伟唐宏青,李永旺煤化工工艺技术评述与展望产相同的气,试验地煤仅耗氧0.146m3/m3粗煤气[玎].燃料化学学报,2001,29(4)潞安煤为0.181m3/m3粗煤气,为了达到在单位时[2]倪维斗,李政,薛元以煤气化为核心的多联产能间内与当地煤相同的产气量,需增加比试验地空分源系统[J.中国工程科学,2003,2(8).装置大23%的供氧能力。[3]吴枫,阎承信用成熟实用的Iumg煤气化技术发展rGCC的探讨[J].煤化工,2003,22(5):1-84结语通过对潞安煤样的煤质分析,利用潞安贫煤在[责任编辑:李月成]试验基地气化炉上进行完全工业化试烧,试烧结果∈∈《cGG∈∈∈E《《∈∈铝∈∈∈∈∈∈∈∈∈铝∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈《∈《《《∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈《∈∈∈E∈∈∈《《∈《(上接第8页)施工人员每天分布不均,势必造成施1)工期。由优化前29d,到优化后的23d,提工混乱,出现人少完不成任务、人多活少窝工的现象,高了20%。影响工程正常施工。从均衡地使用劳动力的观点来2)优化前,高峰期第3、4、5d逐日施工人员看,这种情况是不能令人满意的,因此必须根据该工多达90人之多,而最少时仅需要20人,施工人员分程可能获得的劳动力数和完工期等约束条件对其进布不均,影响工程正常施工。优化后施工人员日分行时间一用工量综合优化。具体优化措施:对没有先布最多为75人,最少为25人,其它时间均为60人后顺序要求的工序根据用工量合理安排,避开用工量左右,人员分布不均衡度降低28%,均匀合理,并低高峰期,缓解用工紧张;端头及超前支护工作交由掘于规定的最多施工人数。进队完成减小安装队用工,取消安装工期占时。优化后的工期内每日用工量见图3(b),明显改善了劳5结语动力分配时间。针对复合顶板条件下的工作面,从安装切眼支护优化、设备安装技术改进和设备安装工序优化三个方面入手来研究综采设备快速安装技术,形成了套技术先进、成熟可靠的综采设备快速安装方法对提高综采设备的快速安装具有重要的指导意义。参考文献1357911131517192123252729工程囗期[1]曲光,马念杰,李新元,等大断面全煤切眼优化设计)优化前及其变形规律研究[J].煤炭工程,2007(4):12-14.[2]王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报,2007,32(2):113-1l[3]雷煌.无轨胶轮辅助运输在井下综采工作面搬家作业中的应用[J].煤矿机械,2008(1):139-14[4]王艳军.我国综采工作面设备搬家现状及发展趋势[].煤炭技术,2010(4):7-913579131517192123工程日期[5]邢茂俭,吴茂伟.矿井深部安全高效运输安装综采设备(b)优化后的实践[J].能源技术与管理,2006(5):34-35图3初始网络中工程每天用工量统计4.3优化效益分析中国煤化工:李月成]CNMHG