山西屯留煤在Mark-IV型魯奇氣化爐上試燒初探

趙天運(yùn) 梁學(xué)博

（河南省煤氣(集團(tuán))公司義馬氣化廠(chǎng)，河南 義馬 472300）

1 引言

河南省煤氣化工程即義馬氣化廠(chǎng)是國(guó)家“九五”重點(diǎn)工程，是為解決豫西地區(qū)城鎮(zhèn)居民、工商業(yè)用氣需求，實(shí)現(xiàn)煤炭就地轉(zhuǎn)化，改善區(qū)域環(huán)境，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)公益性、環(huán)保性城市公用基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。該工程較早引進(jìn)具有世界先進(jìn)水平的德國(guó)魯奇加壓氣化技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，自2006年9月二期工程建成投產(chǎn)以后，目前已形成日產(chǎn)凈煤氣300萬(wàn)Nm3，成為亞洲最大人工城市煤氣制造企業(yè)。2006年我廠(chǎng)受山西潞安煤基合成油廠(chǎng)委托，在魯奇氣化裝置上對(duì)山西屯留貧瘦煤進(jìn)行工業(yè)化試燒，其采集數(shù)據(jù)為潞安煤基合成油的設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。

2 試燒前準(zhǔn)備工作

2.1 組織保障

為保證圓滿(mǎn)完成試燒任務(wù)，保證取得數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，更好地統(tǒng)籌試燒全過(guò)程，保證試燒過(guò)程安全順利進(jìn)行，我廠(chǎng)成立了山西屯留煤試燒工作指揮部。

2.2 準(zhǔn)備工作

（1）2006年我廠(chǎng)僅有魯奇氣化爐3臺(tái)，分別為1#、2#、3#氣化爐，通常生產(chǎn)狀態(tài)下二開(kāi)一備。為確保試燒過(guò)程順利進(jìn)行，決定先在一臺(tái)氣化爐上進(jìn)行單燒，待確定較佳汽氧比后兩爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。（2）試燒前準(zhǔn)備好試燒期間記錄報(bào)表，做好試燒期間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。（3）保持1#、2#、3#氣化爐豎灰管上的取灰器正常使用。（4）試燒前4小時(shí)，確定粗煤氣冷卻系統(tǒng)、煤氣水處理、酚回收裝置運(yùn)行正常，做好取樣前的準(zhǔn)備工作。

2.3 山西屯留煤的工業(yè)分析

本次試燒煤種山西屯留貧瘦煤，貧瘦煤是一種具有弱粘性的煉焦用煤，其發(fā)熱量較高。試燒前在廠(chǎng)內(nèi)對(duì)山西屯留貧瘦煤進(jìn)行了工業(yè)分析，以便掌握煤質(zhì)情況對(duì)工藝調(diào)控做出指導(dǎo)。下表1為山西屯留貧瘦煤工業(yè)分析結(jié)果。可見(jiàn)，屯留煤較義馬煤其含水量低0.69%，揮發(fā)份含量低10.41%，固定碳含量高55.69%，其熱值高達(dá)5516kcal/kg。

表1 山西屯留貧瘦煤工業(yè)分析結(jié)果

2.4 預(yù)計(jì)試燒工藝指標(biāo)調(diào)整范圍

（1）粗煤氣出口溫度：550℃～650℃。（2）汽氧比：4.5-5.0左右。（3）灰鎖溫度：320℃～370℃。（4）煤鎖下法蘭溫度：135℃～190℃。（5）爐篦電流：19—20A左右。

2.5 試燒程序

（1）待煤倉(cāng)中義馬煤料位指示為30%時(shí)，通知備煤車(chē)間向氣化爐內(nèi)加山西屯留貧瘦煤。（2）山西屯留貧瘦煤入爐后，氣化爐負(fù)荷漸降至5000 Nm3/h，按1次/15分鐘的分析頻率分析粗煤氣中的CO2和O2。（3）保持操作壓力在2.85-3.05MPa之間。（4）每小時(shí)排灰、看灰一次。（5）據(jù)灰樣、爐篦電流尋求最佳汽氧比，氣化爐工況穩(wěn)定后，負(fù)荷緩慢加至5500 Nm3/h。（6）氣化爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行48小時(shí)后，進(jìn)行高負(fù)荷試驗(yàn)，加負(fù)荷的速度為500Nm3/10min。（7）高負(fù)荷性能測(cè)試后，兩臺(tái)氣化爐恢復(fù)正常負(fù)荷，直至將山西屯留貧瘦煤燒完為止。

3 試燒過(guò)程

2006年 6月 23日 15：04時(shí)，2#氣化爐煤倉(cāng)料位指示40%時(shí)，加進(jìn)山西屯留貧瘦煤，氣化爐負(fù)荷為5000Nm3/h，汽氧比5.3。至17:00時(shí)粗煤氣半分析顯示 CO2：31.7%O2：0.2%，表明屯留煤已進(jìn)入爐內(nèi)，穩(wěn)定2小時(shí)后，汽氧比由5.3降至5.2，負(fù)荷加至5500 Nm3/h，粗煤氣半分析顯示 CO2：29.7%；O2：0.2%。結(jié)合灰樣、爐篦電流和半分析數(shù)據(jù)，確認(rèn)汽氧比已較佳，這一過(guò)程耗時(shí)5.5小時(shí)，第一階段進(jìn)展順利。

試燒指揮部決定3#氣化爐也開(kāi)始試燒屯留煤，6月24日1：17時(shí)，3#氣化爐煤倉(cāng)顯示36%時(shí)加進(jìn)屯留煤。4：26時(shí)，3#氣化爐半分析為 CO2：31.6%O2：0.3%，表明山西屯留貧瘦煤已到達(dá)反應(yīng)區(qū)，至5:00時(shí)3#氣化爐調(diào)整汽氧比5.3降至5.2；7：25時(shí)降至4.8，各項(xiàng)指標(biāo)均顯正常。隨后，將2#氣化爐負(fù)荷加至7000Nm3/h，3#氣化爐負(fù)荷加至6500 Nm3/h，3#氣化爐的汽氧比降至4.7運(yùn)行。

6月24日11:00時(shí)始至25日16：00時(shí)結(jié)束，2#、3#氣化爐負(fù)荷維持 7000-7200 Nm3/h，汽氧比控制在4.6，粗煤氣半分析CO225%～27%間，爐篦電流正常，灰的顏色、粒度適中。我們認(rèn)為山西屯留貧瘦煤此時(shí)工況下穩(wěn)定，隨后再次降2#氣化爐汽氧比至4.5，運(yùn)行7小時(shí)，未發(fā)現(xiàn)大渣塊導(dǎo)致排灰困難。高負(fù)荷運(yùn)行下氣化爐也較穩(wěn)定，兩爐直至將山西屯留貧瘦煤試燒完為止。

4 試燒結(jié)果

4.1 試燒中主要運(yùn)行參數(shù)范圍

（1）試燒過(guò)程中，氣化爐粗煤氣出口溫度范圍550℃～620℃，灰鎖溫度范圍 340℃～380℃。同負(fù)荷下，與義馬煤相比粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度均較高。（2）試燒過(guò)程中，汽氧比調(diào)整范圍在4.5-4.7間為較宜。（3）試燒過(guò)程中，爐篦轉(zhuǎn)速維持在2.0～3.5間。屯留貧瘦煤灰份含量高，同負(fù)荷下相比義馬煤爐篦轉(zhuǎn)速稍高，整個(gè)試燒過(guò)程灰中殘?zhí)剂枯^高，約7%。（4）山西屯留貧瘦煤固定碳含量高，反應(yīng)活性低，平均每小時(shí)加煤僅兩鎖，在6000Nm3/h負(fù)荷下，爐篦僅維持最低轉(zhuǎn)速1.5r/min。7200Nm3/h負(fù)荷下維持3.0r/min，不利于開(kāi)車(chē)時(shí)的火層培養(yǎng)及低負(fù)荷生產(chǎn)。

4.2 高負(fù)荷運(yùn)行下運(yùn)行參數(shù)及粗煤氣成份對(duì)比

表2 2#氣化爐義馬煤與山西屯留貧瘦煤運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

表3 山西屯留貧瘦煤試燒2#氣化爐運(yùn)行數(shù)據(jù)（負(fù)荷7000 O2Nm3/h下）

表2、表3為2#氣化爐在7000 Nm3/h氧負(fù)荷下，義馬煤與山西屯留貧瘦煤的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比表和粗煤氣成份對(duì)比表，我們發(fā)現(xiàn)：

（1）山西屯留貧瘦煤變質(zhì)程度較深，反應(yīng)活性差，試燒在保證灰不熔渣的前提下適當(dāng)降低了汽氧比。同負(fù)荷7000Nm3/h下，義馬煤汽氧比5.6，屯留煤汽氧比4.6。（2）試燒發(fā)現(xiàn)爐頂法蘭溫度、粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度一直處于高位。7000Nm3/h氧負(fù)荷下，爐頂法蘭溫度185℃，粗煤氣出口溫度598℃，灰鎖溫度382℃。（3）試燒還發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷低時(shí)，粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度更不易控制，溫度波動(dòng)變大，氣化爐與夾套的壓差變大29KPa左右。我們認(rèn)為這些都是由于山西屯留貧瘦煤氣化變質(zhì)程度深，反應(yīng)活性差，導(dǎo)致煤在爐內(nèi)停留時(shí)間變長(zhǎng)，氣化段變寬所致。（4）粗煤氣成份。山西屯留貧瘦煤試燒中汽氧比低，氣化爐溫較高，CO2還原率增加使其含量降低，煤氣中CO含量增加；氣化中甲烷生成反應(yīng)為放熱反應(yīng)，爐溫高也使其CH4含量有一定程度降低。與義馬煤粗煤氣成份對(duì)比來(lái)看，CO2降低約5%，CO提高約7%，H2含量提高2%，CH4有少量降低，有效氣（CO+H2）總含量占到65.91%。

4.3 煤氣水及副產(chǎn)品對(duì)比

表4 煤氣水分離出口分析數(shù)據(jù)對(duì)比

表5 山西屯留貧瘦煤與義馬煤試燒副產(chǎn)品產(chǎn)率

表4、表5分別為山西屯留貧瘦煤和義馬煤在煤氣水分離處理后出水指標(biāo)對(duì)比、副產(chǎn)品產(chǎn)率對(duì)比?？梢钥吹?，山西屯留貧瘦煤試燒中汽氧比低，蒸汽分解率提高，煤氣水較義馬煤少，約586kg/t煤；煤氣水出口總酚較低，而總氨偏高，COD較義馬煤降低更明顯。其中總酚含量為1.37g/l，總氨12.83g/l，COD為5753mg/l。山西屯留貧瘦煤揮發(fā)份遠(yuǎn)低于義馬煤，通常認(rèn)為煤變質(zhì)程度越深（其揮發(fā)份對(duì)應(yīng)越少），其焦油等副產(chǎn)物量越低，這與我們的試燒結(jié)果相同，屯留貧瘦煤副產(chǎn)品中油產(chǎn)率2.46kg/t煤，焦油產(chǎn)率2.76kg/t。但有關(guān)專(zhuān)家也認(rèn)為較低焦中油產(chǎn)率，還與煤所含水分、反應(yīng)爐溫存在一定關(guān)系，大都認(rèn)為煤中水份太低，爐溫較高，都會(huì)使焦油產(chǎn)率下降。

結(jié)論

試燒結(jié)論認(rèn)為：山西屯留貧瘦煤作為魯奇加壓固定床氣化工藝用煤是完全可行的，氣化爐工況較穩(wěn)定。試燒過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，氣化爐粗煤氣出口溫度、灰鎖溫度一直較高，較不易操控，但高負(fù)荷（7000Nm3/h以上）試燒中，氣化爐運(yùn)行卻變得較為平穩(wěn)。

[1]梁學(xué)博、王磊等.Mark-Ⅳ型魯奇爐試燒東勝利褐煤的分析與評(píng)價(jià)[J].河南化工.2011，28(6).

[2]朱銀惠.煤化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008年2月第1版.