水煤漿氣化灰渣綜合利用和效益分析

文 _ 高繼光 馬銀亮 劉銳杰 河南心連心化肥有限公司

水煤漿氣化灰渣綜合利用和效益分析

文 _ 高繼光 馬銀亮 劉銳杰 河南心連心化肥有限公司

德士古水煤漿氣化技術(shù)在國內(nèi)化工企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，氣化后得到大量氣化灰渣。氣化灰渣是由氣化爐爐底灰渣和爐頂飛灰兩部分組成，氣化渣的設(shè)計(jì)含碳量≤20%，但是實(shí)際運(yùn)行過程中一般高于20%，而氣化灰含碳量一般高于氣化渣20%～40%。煤氣化過程中排出的大量灰渣，不僅要占用大量的土地，并且其滲濾液會對土壤和水體造成污染。傳統(tǒng)的鍋爐灰渣大宗利用途徑是生產(chǎn)建筑材料和回填。符合農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰含有硅鈣鉀等組分，對經(jīng)濟(jì)作物有增產(chǎn)作用，還可用于制作肥料。但是與傳統(tǒng)鍋爐灰渣不同，氣化灰渣含碳量比較高，國標(biāo)GB/T 1596-2005中將粉煤灰品質(zhì)指標(biāo)分為3個(gè)等級，其中，拌制混凝土和砂漿的粉煤灰最低等級3級，灰燒失量≤15%，而我們得到的氣化灰渣均不合格，大量煤系固體廢物處理十分必要。合理處理和利用這些氣化灰渣，既能回收部分能量，也是環(huán)境保護(hù)的需要。

1 氣化細(xì)渣特性和處理方法

1.1 氣化灰渣特性

氣化爐反應(yīng)中生成的熔渣進(jìn)入激冷室水浴后分離，進(jìn)入渣池經(jīng)撈渣機(jī)撈出，撈出時(shí)水分為60%左右，在渣場存放后水分可降至30%左右。粒度一般在4mm以內(nèi)。經(jīng)過熔融后的渣孔隙率較小，容易脫水。

爐頂飛灰：碳洗塔排出的黑水經(jīng)沉降、真空壓濾機(jī)脫水后，其水分在70%左右，此時(shí)外在水分可見。物理外觀形狀為固態(tài)的細(xì)顆粒狀，其吸水性很強(qiáng)。細(xì)煤粒氣化后形成多孔狀態(tài)，并以極快的速度被煙氣帶走。遇水后自身的持水性很強(qiáng)。對氣化細(xì)灰進(jìn)行分析結(jié)果如表1。

表1 氣化灰渣各組分含量%

1.2 氣化灰渣處理方法

結(jié)合水煤漿氣化灰渣含碳量高的特點(diǎn)和本公司實(shí)際情況，有3臺180t/h循環(huán)流化床鍋爐可供使用。循環(huán)流化床鍋爐在我國已成功運(yùn)行30多年，其突出特點(diǎn)是燃料適用性廣、低溫燃燒、燃料爐內(nèi)燃燒時(shí)間長和良好環(huán)保性能(脫硫率高)，灰渣可綜合利用在水泥、制磚行業(yè)。氣化灰渣大多以極細(xì)顆粒組成（一般小于0.2mm），質(zhì)輕、多孔、揮發(fā)分較少、含碳量高（20%以上），可以把灰渣以管道輸送的方式送往流化床鍋爐進(jìn)行二次燃燒。氣化細(xì)渣進(jìn)入鍋爐燃燒會對鍋爐的發(fā)熱量起到積極作用。而且，燃燒后的爐渣含碳量較低，可以作為建材、道路橋梁的摻混原料。用氣化渣替代中煤，按照鍋爐設(shè)計(jì)摻燒比例進(jìn)行摻燒，其發(fā)熱量、灰分等基本沒有變化，對鍋爐的正常穩(wěn)定運(yùn)行幾乎沒有影響。

1.2.1 工藝流程

含水率約60%的氣化煤灰進(jìn)入煤灰場，用皮帶機(jī)輸送到括料機(jī)上，然后到達(dá)勻料機(jī)。如果煤灰在勻料機(jī)中水分太低，可以適當(dāng)加水調(diào)節(jié)灰渣含水量。經(jīng)過破碎、碾壓制成合適的進(jìn)料狀態(tài)，經(jīng)過振動篩到達(dá)中儲倉。中儲倉內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)速很低的攪拌器做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，然后用膏體泵打入管道。膏體泵為雙缸活塞泵用電比例閥調(diào)速，實(shí)現(xiàn)煤泥流量的調(diào)控，最后通過管路打到鍋爐頂部進(jìn)口。見圖1。

系統(tǒng)采用1套系統(tǒng)1條管路為1臺鍋爐供應(yīng)氣化灰渣。這套系統(tǒng)充分利用了煤泥結(jié)團(tuán)燃燒的特性，可有效延長超細(xì)顆粒氣化渣在鍋爐料層的停留時(shí)間，有利于細(xì)顆粒的燃燒和燃燼，減少飛灰損失。氣化渣與煤泥混合后入爐，實(shí)現(xiàn)了密閉輸送和連續(xù)穩(wěn)定給料，對鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行和燃燒自控提供了保證。

圖1 煤渣輸送系統(tǒng)工藝流程

2 氣化細(xì)渣處理效益分析

氣化采用四噴嘴水煤漿技術(shù)，在制氣的同時(shí)氣化工段產(chǎn)生3.2t/h含碳量約20%左右的濾餅?，F(xiàn)通過表2數(shù)據(jù)對氣化灰渣進(jìn)入鍋爐燃燒進(jìn)行能量衡算。

表2 能量衡算基本數(shù)據(jù)

根據(jù)分析結(jié)果氣化干灰渣的發(fā)熱量為7.65MJ/kg，處理量為3.2t/h所以：

氣化用原料煤發(fā)熱量按23MJ/kg，換算成原料煤為937.6t，每噸煤800元，年增加收益為937.6 800=75萬元。

從計(jì)算的數(shù)據(jù)中可以看出，將氣化細(xì)灰和煤泥混合后通過煤泥管道向鍋爐輸送，入爐細(xì)灰燃燒后增加了發(fā)熱量，氣化細(xì)渣加入鍋爐燃燒會對鍋爐的發(fā)熱量起到積極的作用。如果加上耗電量、設(shè)備損耗、人工和維修等費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益一般，但是考慮到對固體廢棄物的處理，本項(xiàng)目更側(cè)重環(huán)保效益。

3 結(jié)論

通過對水煤漿氣化灰渣的特性、灰渣輸送的能量衡算和效益進(jìn)行分析，本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益不是很明顯。但是，考慮到環(huán)保效益，處理后的鍋爐灰渣可以做為水泥等建材、道路橋梁的摻混原料處理掉，用雙缸活塞泵把灰渣加入到循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行兩次燃燒處理氣化灰渣的方法是可行的。同時(shí)，氣化細(xì)渣加入鍋爐燃燒會對鍋爐的發(fā)熱量起到積極的作用，并且按照鍋爐設(shè)計(jì)摻燒比例進(jìn)行摻燒，其發(fā)熱量、灰分等基本沒有變化，對鍋爐的正常穩(wěn)定運(yùn)行幾乎沒有影響。