煤质对四喷嘴气化系统的影响

2010年2月大色阻Feb. 2010第33卷第1期Lange Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.33 No.1煤质对四喷嘴气化系统的影响陈丽王雷(兖矿国泰化工有限公司,山东滕州,77527)摘要简要介绍不同煤质的各种特性及其对煤浆制备气化系统、渣水处理系统的影响,探索适于水煤浆气化炉应用的煤种,保证系统稳定运行,节约生产成本。关键词煤质水煤浆气化适应性掺烧混煤1煤质对煤浆制备系统的影响强的分散性和稳定性。煤种对添加剂的选择性也1.1成浆性[川很强,一种煤用某种添加剂可以制得性能优越的影响煤成浆性的因素很多,如煤的种类,煤的水煤浆,但换一种煤却不一-定行。根据兖矿国泰灰分含量,内在水分含量,灰成分,煤的粒度分布，化工有限公司用煤特点,磨煤用的添加剂一般选制备水煤浆用水特性,制浆温度,搅拌时间强度，用造纸废液，主要成分为木质素磺酸钠。添加剂的种类、用量等,且有些因索之间是密切相1.2煤的可磨性关的。其中最关键的是煤的种类、添加剂的质量煤被破碎的难易程度称为煤的可磨性,不同及用量。性能好的煤浆要有高的碳含量、低黏度，的煤有不同的可磨性指数。煤的可磨性直接影响表观流动性、稳定性好，析水率低等。- -般水煤浆磨煤机的工作状况,既影响水煤浆的产量和质量加压气化工艺要求煤浆浓度在60%以上，黏度小又影响磨煤机的电量消耗。于1.200Pa.so变质程度浅的煤，内表面大,吸附水多,不易制得高浓度煤浆,年老煤亲水性官能团2煤质对气化炉系统的影响少,与水的结合力弱,也不易制得高浓度煤浆。-.2.1反应活性(碳转 化率)般变质程度较深,内在水分含量较低的年轻烟煤煤在气化炉内的反应时间--般为4~ 10s,这较易制出高浓度的水煤浆。煤的内水含量越高，样短暂的反应时间，只有反应速度很快才能达到煤中0/C越高,含氧官能团和亲水官能团越多，较高的碳转化率,而提高反应温度又受到耐火材孔隙率越大,煤的制浆难度越大。目前较为通用料使用寿命、设备材质和运行周期的限制，因此气评价成浆性难易程度的数学模型如下:化原料煤要求有较高的反应活性,才能使气化反D=7.5 +0.5Mu -0.05Ha应在瞬间完成。煤反应活性主要与煤化程度有式中:M odr -煤的分析基最高内在水分;关,一般煤的反应活性随着煤化程度的加深而降Her-煤的哈氏可磨指数;低。煤中矿物质含量和组成对反应活性也有影D-成浆难度指数。响，矿物质含量高,降低了煤中固定碳含量，使反当D≤4时,煤易成浆;4< D≤7,成浆难易程应活性降低。而矿物质中的碱金属化合物对碳与度-般;7< D≤10,难于成浆;D≥10,极难成浆。CO2的反应起催化作用,使煤的反应活性提高。煤的内在水含量越高所制得的煤浆浓度越收稿8期:2009-03-18;收到修改稿日期201-22。低,而且使添加剂的消耗、煤耗氧耗均有一定的作者简介:陈丽,女,1982 年出生，助理工程师,004年毕业增加。因此,一般水煤浆加压气化原料用煤的最于陕西科技大学应用化学专业,一直在兖矿国泰化工有限公司从高内在水含量以M不大于8%为宜。制备水煤浆事煤化工技术工作。联系电话: 0632-2368361; E-mail: ycqph @时,加入添加剂可以改善水煤浆性能,添加剂有较163. com。第1期陈丽等.煤质对四喷嘴气化系统的影响51煤的反应活性随温度的升高而增加。原料煤的灰熔点太低，由于生产条件下煤灰的黏2.2渣对气化炉耐火材料的腐蚀性度降低,也会加剧对耐火砖的侵蚀。较低灰熔点腐蚀性渣可导致耐火材料衬里蚀损率高,即的煤种可以通过配煤来解决。使在最佳操作温度下也是如此,耐火砖蚀损率随2.4灰的粘温特性温度增加而加快。因气化炉耐火材料价格非常黏度是衡量流体流动性能的主要指标，要实高,所以选择没有腐蚀性渣的煤作为气化原料,并现气化温度下灰渣以液态顺利排出气化炉,黏度且在较低的温度下操作,使耐火材料的蚀损率降应在合适的范围之内,既要保证在耐火砖表面形到最小，以延长气化炉的运行周期。成有效的灰渣保护层，又要保持一定的流动性。一般高铝质(A1203)向火面耐火砖容易受到根据国内外对液态排渣锅炉的研究表明,灰渣黏熔渣侵蚀，因为熔渣中也含有相当量的Al203。度应在25 ~ 40Pa*s方可保证顺利排渣,水煤浆气熔渣中含的CaO及Fe2O3 组分侵人耐火砖,与耐化炉在操作温度下灰渣黏度控制在25 ~ 30Pa.s火砖中的MgO组分生成MgFe204,后者的耐磨损为宜。影响灰渣黏度的主要因素是煤灰的组成，性比MgO低。--般认为,耐火砖中的尖晶体即灰成分。煤灰的主要矿物质成分是Al203、MgAl2O4对熔渣的侵蚀作用具有一定的抵御性。SiO2、MgO等,研究表明:A1203是渣灰熔点升高、然而,熔渣中的Fe2O3侵人砖, Fe3+取代了耐火砖黏度变差的主要成分。Al2O3 含量越高,煤灰的中的AI+,这种置换作用导致砖体膨胀,造成耐流动温度越高;Al203含量高于40%时,煤灰的流火砖脆裂。主要组分为Cr2O3的耐火砖,受熔渣动温度大于l500C。MgO含量一般很少, MgO又侵人耐火砖使晶间结构发生变化,性能退化,造成和SiO2形成低熔点的硅酸盐,起到降低灰融熔温耐火砖脆裂。主要组分为Cr2O3、Al203及ZrO2的度的作用。SiO2 是煤灰成分中含量最高的组分，耐火砖,一般能经受熔 渣的侵蚀。使煤的灰熔融特性变差,黏度升高,但与其他的组耐火砖氧化铬含量越高,受熔渣的侵蚀程度分(CaO)可以形成低熔点的物质,因而可依据其就越轻。然而，耐火砖氧化铬含量高,其抵御剥落含量,在一定范围内添加Ca0以减弱对灰黏度的的能力弱。影响。CaO 是降低灰熔点的组分，与SiO2 形成低从上述分析可以看出,高铁和高铝灰渣比高熔点的硅酸盐,因而CaO是最常用助熔剂组分，钙低铝灰对铬砖腐蚀轻。耐火砖经历上述物理变但含量过高则析出CaO单体,反而使灰熔点升化后,炉内温度较大幅度变化造成的所谓“热冲高,黏度增大,添加量应控制在与灰分之比为击”作用，也会导致耐火砖发生剥落。为了减少耐20%左右。Fe2O3也是降低灰熔点及灰渣黏度的火砖的剥落,需加人助熔剂来降低灰渣的灰熔融组分,因为Fe2O3在还原气氛下被H2或CO还原温度,铁或镁助熔剂优于钙助熔剂。为FeO,FeO与灰渣中的SiO2和A12O3形成低熔2.3煤渣的熔融特性[2]点的共熔物。Fe2O3 含量低于20%的煤灰, Fe2O3煤灰的熔融特性即煤的灰熔点(还原条件含量每增加1%,煤灰的软化温度平均降低18C。下),煤的灰熔点以低于反应温度50~ 100C为宜K20和Na2O含量增高,煤灰熔融温度显著下降，(熔融温度)。若煤的灰熔点高,为使气化炉顺利每增加1% ,煤灰的流动温度平均降低16C。排渣,必须将气化炉的反应温度提高至煤的灰熔四喷嘴气化工艺对原料煤要求中,最关键的点以上,温度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩因素是煤的灰熔融性及其粘温特性,这个因素决短(气化炉的操作温度每提高100C，耐火砖的磨定了气化炉的关键控制变量一温度、气化炉能蚀速率增加2倍),氧耗、煤耗相应增加。为了降否顺利排渣、耐火砖能否长周期使用等,最终决定低操作温度必须加入助熔助，而助熔剂的加入会原料煤能否适用于四喷嘴气化炉。增加煤中惰性物质含量,使耐火砖磨蚀加剧,提高了制浆成本,固体灰渣处理量增加,灰渣水系统的3煤质对渣水处理 系统的影响结垢量上升。煤的灰熔点以低于1300C为宜,考煤的元素分析中含有钙、镁、氮、硫、氯、砷等，虑到煤的气化效率及耐火砖的使用周期等方面的这些元素与水中的一些元素发生反应后,生成一因素,最好的煤种灰熔点在1250~ 1300。如果些对灰水水质造成一-定影响的物质。如一些碱性大氛配2010年第33 卷离子Ca2+、Mg2+等使水质变硬,设备、管道容易结量不得高于13% ,越低越好;②次要指标。考虑垢;CI-等-一些酸性离子使系统内设备、管道造成到煤浆的制备、泵输送特性、煤的反应活性及气化腐蚀。要缓解水中的酸碱离子对系统造成的影效率,则全水分含量越低越好,挥发分含量越高越响,必须往系统里添加水质稳定剂来改变系统水好,固定碳含量适中为好,煤中有害元素硫、氯、砷质情况,煤质变化较大会造成药剂消耗增加,增加等越低越好;可磨性指数越大越好。生产成本,严重时还会影响到系统的稳定运行,甚配煤的理论依据:所选用煤种的放热量在至造成停车事故。22..00MJ/kg以上，并且放热量高的与放热量低的搭配，使煤的发热量达25.12 MJ/kg以上;成浆性、4结论灰分等指标达到水煤浆气化技术的最低要求;采根据近几年煤炭市场变化，为了企业效益最用不同煤种的混配以改变煤灰组成降低灰熔融温大化，选择几种煤的混烧比例进行逐项试验。根度,即:将煤灰组分中MgO、Fe2O3、K2O、Na20含量据原料煤的反应活性、成浆性、灰熔融温度来衡量高的煤与灰熔融温度较高的煤混配来降低灰熔融煤种适应能力的主要指标,逐渐摸索出适于四喷温度。因此，选用合适的煤种掺烧,既保证了系统嘴气化炉的煤种。同时还考虑到煤灰在还原性气稳定运行，也降低了生产成本。氛下的流动温度和粘温特性。参考文献对煤质的--般要求:①主要指标。放热量达1 张继臻，种学峰.煤质对Texaco气化装置运行的影响及其选择.中氮肥,2002(2):17-2025.121MJ/kg,越高越好;煤灰的流动温度小于2张华新,刘汉勇. 水煤浆气化用煤要求及煤种选择与采样程1300C为宜,过高过低都不利于气化;煤中灰的含序,大氮肥2002(6):373 -376EFFECT OF COAL QUALITY ON 4-NOZZLE GASIFICATION SYSTEMChen Li, Wang Lei( Yanzhou Guotai Chemical Corp. Lud., Tengzhou ,277527)Abstract The various performances of diferent quality of coal and their possible effet on thecoal slurry make-up, gasification system and slag-water system were introduced; the coal variety suit-able to coal-slurry gasifier was explored to ensure a stable running of system and save an operatingcost.Key words: coal quality, coal-slurnry gasification, adaptability, buming of mixed coal和众化工年产70kt甲醇项目环评和众化工以焦炉煤气为原料年产70kt甲醇项目新建在四川省广元市旺苍县嘉川镇工业园区,建设以焦炉煤气为原料生产甲醇生产线-条及公辅工程、储运工程、环保设施等,年产精甲醇70kt。该项目具有工艺流程短、原料安全、充分利用焦炉煤气排放气、能耗低.三废少、质量高等特点，且装置技术先进、成熟、可靠,投产后可以长期稳定、安全、满负荷地运行。该项目总投资21000万元,其中环保投资2762万元，占总投资的6. 1%。项目采取了较先进的生产工艺和资源综合利用措施，生产工艺水平及各项技术指标均处于国内同行业较好水平,同时对各污染源均采取了有效的控制揩施，最大限度地减少了污染物的外排,符合清洁生产的要求。其清洁生产水平可达到目前国内同类装置的先进水平该项目是与旺苍攀成钢焦化有限公司600kt焦化项目配套建设的资源综合利用项目,主要以攀成钢焦化项目的工业副产品-焦化生产的剩余焦炉煤气为原料,通过变温吸附除蔡和焦油，精脱硫转化气精脱硫.合成气压缩系统、甲醇合成及甲醇精馏,生产甲醇,既可满足攀成钢焦化项目在环保方面的现实需要,又可实现工业副产品的综合利用,还能实现循环经济和节能减排的目的,是一一个-举三得的项目。泸天化集团公司泸天化报社张星芒