原料煤質(zhì)量對(duì)造氣爐制氣的影響

0　前言

原料煤質(zhì)量是影響造氣爐爐況和發(fā)氣量的重要因素。原料煤質(zhì)量好，能為造氣爐爐況穩(wěn)定提供有利條件，從而能提高其發(fā)氣量；原料煤質(zhì)量差，容易導(dǎo)致造氣爐出現(xiàn)吹翻、風(fēng)洞、結(jié)疤等爐況惡化現(xiàn)象，造成發(fā)氣量下降，使原料煤耗升高，生產(chǎn)成本增加。本文結(jié)合山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅分公司（以下簡(jiǎn)稱田悅分公司）造氣爐入爐原料煤的實(shí)際情況，從以下幾個(gè)方面簡(jiǎn)要闡述了原料煤質(zhì)量對(duì)造氣爐制氣的影響。

1　水分

煤的水分（全水分）包括外在水和內(nèi)在水。煤的內(nèi)在水在煤中以結(jié)晶水的形式存在，與煤化程度無關(guān)，即使將煤加熱至1000℃，其內(nèi)在水也不會(huì)析出。水分是煤中的不可燃成分，其存在不僅降低了燃料的可燃物質(zhì)含量，且含水量大的煤發(fā)熱量也相應(yīng)低，不易著火、燃燒；同時(shí)在燃燒時(shí)還要消耗熱量使其蒸發(fā)和加熱所生成的蒸汽，造成水分汽化帶走大量熱量，從而導(dǎo)致爐內(nèi)的熱量損失，致使?fàn)t溫降低。為了維持爐內(nèi)的熱量平衡，不得不增加吹風(fēng)時(shí)間，則相應(yīng)減少了制氣時(shí)間，導(dǎo)致造氣爐的蒸汽分解率和產(chǎn)氣量下降，也影響煤氣的質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使?fàn)t況惡化。田悅分公司造氣爐采用塊煤或小籽煤制氣時(shí)，入爐原料煤中水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）控制＜5%為宜；采用型煤制氣時(shí)，要求入爐原料煤中水分＜10%。

2　機(jī)械強(qiáng)度

原料煤的機(jī)械強(qiáng)度是指煤破碎的難易程度，因氣化方法不同，對(duì)煤機(jī)械強(qiáng)度的要求也不同。在固定層造氣爐中，要求煤機(jī)械強(qiáng)度愈高愈好。如果煤機(jī)械強(qiáng)度差，其熱穩(wěn)定性也差，一方面在運(yùn)輸及上料過程中易破碎成煤粉，另一方面入爐后受熱極易破碎成煤屑，造成床層阻力增大和布風(fēng)不均，使?fàn)t況惡化，且上行煤氣及吹風(fēng)氣中夾帶的固體顆粒增多，導(dǎo)致造氣爐制氣量下降。田悅分公司一般要求入爐塊煤或小籽煤的抗破碎強(qiáng)度≥65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）和型煤的抗破碎強(qiáng)度≥80%。

3　煤粉

田悅分公司原設(shè)計(jì)的原料煤入爐流程為煤棚內(nèi)的塊煤首先由鏟車鏟至傳送帶上，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送到破碎機(jī)的料倉內(nèi)，破碎后的塊煤經(jīng)振動(dòng)篩篩出煤粉后，再由皮帶輸送機(jī)送至造氣系統(tǒng)的炭倉內(nèi)（四樓）；振動(dòng)篩篩出的煤粉由皮帶輸送機(jī)輸送至熱電系統(tǒng)鍋爐的煤倉內(nèi)，供鍋爐燃燒使用。原料煤從入廠到入爐需要經(jīng)歷5次5m以上的落差，塊煤在下降過程中會(huì)發(fā)生相互碰撞現(xiàn)象而產(chǎn)生煤粉。從田悅分公司實(shí)際情況看，100t原料煤從入廠到入爐過程中會(huì)產(chǎn)生25t煤粉。經(jīng)過仔細(xì)查找原因，發(fā)現(xiàn)入爐前原料煤中已存在大量煤粉。為此，決定對(duì)上炭工藝流程進(jìn)行改造，一方面減小原料煤在輸送過程中的落差，另一方面縮短其輸送距離，從而降低入爐原料煤的煤粉量。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量計(jì)算，對(duì)原料煤入爐流程進(jìn)行改進(jìn)，在原煤棚的旁邊再搭建一個(gè)干煤棚，其內(nèi)安裝1臺(tái)自制的振動(dòng)篩，上炭時(shí)先用鏟車將原煤棚內(nèi)的塊煤鏟至傳送帶上，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送至新建的干煤棚下面的振動(dòng)篩上部的料倉內(nèi)，篩出的大塊煤（粒徑≥120mm）由原機(jī)械破碎改為人工破碎，中塊炭（粒徑＜120mm）直接由皮帶輸送機(jī)輸送至造氣系統(tǒng)炭倉內(nèi)（四樓），振動(dòng)篩篩出的煤粉仍由皮帶輸送機(jī)輸送到熱電鍋爐的煤倉內(nèi)。上炭流程改進(jìn)后，中間僅經(jīng)過1次5m的落差，比原輸送距離縮短約1．5m，同時(shí)入爐原料煤中煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)約由25%降至10%。

由于田悅分公司造氣爐沒有設(shè)計(jì)爐前篩，在正常運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)原料煤帶粉經(jīng)布料器進(jìn)入造氣爐內(nèi)情況，一方面容易出現(xiàn)炭層被吹翻現(xiàn)象，另一方面煤粉被帶入系統(tǒng)后會(huì)腐蝕、磨損設(shè)備管道及增加系統(tǒng)阻力。為了進(jìn)一步降低入爐原料煤中的煤粉量，在每臺(tái)造氣爐料倉下邊的插板閥與圓盤閥之間增加了1臺(tái)爐前篩，對(duì)入爐原料煤進(jìn)行二次篩粉。運(yùn)行結(jié)果表明，造氣爐前篩投用后，每臺(tái)爐平均每班能篩出1t左右的煤粉，將入爐原料煤中的煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在3%左右，從而保證了爐況的穩(wěn)定，客觀上提高了造氣爐的發(fā)氣量。

4　煤矸石

煤矸石屬于石頭一類，并不產(chǎn)氣，但在爐內(nèi)會(huì)吸熱分解，不利于造氣爐制氣。另外，煤矸石多的原料煤發(fā)熱量低，會(huì)造成下行溫度偏高，導(dǎo)致爐內(nèi)結(jié)疤、蒸汽用量增大、燒壞爐箅、爐條機(jī)負(fù)荷加大等現(xiàn)象發(fā)生，致使造氣爐的制氣量下降。田悅分公司狠抓原料煤中的矸石含量，將入廠原料煤中的矸石質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在8%以下。

5　熱穩(wěn)定性

原料煤的熱穩(wěn)定性是指燃料在高溫作用下是否容易破碎的性質(zhì)。熱穩(wěn)定性差的煤入爐后，在氣化和燃料層移動(dòng)的過程中會(huì)出現(xiàn)破碎率高的現(xiàn)象，易形成小粒度煤或煤粉，這些小粒度煤或煤粉受氣流作用，有的隨氣流被帶出造氣爐，有的會(huì)積聚在一起，使?fàn)t內(nèi)炭層阻力分布不均，加上煤粉易燃燒，極易造成造氣爐內(nèi)出現(xiàn)風(fēng)洞、結(jié)疤現(xiàn)象，使?fàn)t況惡化，以致于無法維持正常生產(chǎn)。因此，盡量不用熱穩(wěn)定性差的原料煤。

6　揮發(fā)分

煤的揮發(fā)分是指在一定溫度下干餾時(shí)析出的氣體和焦油等可揮發(fā)的組分，煤中所含揮發(fā)分的多少與煤的硫化程度有關(guān)，用揮發(fā)分高的原料生產(chǎn)的半水煤氣中含有大量的甲烷等碳?xì)浠衔铮瑢?duì)甲醇生產(chǎn)來講是有害氣體。所以，揮發(fā)分含量高的原料不僅會(huì)增加消耗，而且還能降低造氣爐的發(fā)氣量。一般情況下，田悅分公司所使用的塊煤及小籽煤的揮發(fā)分＜6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、型煤中揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜15%。

7　灰熔點(diǎn)

煤中所含的灰分在造氣爐內(nèi)達(dá)到一定的溫度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)變形、軟化和熔融狀態(tài)，當(dāng)固體灰分變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)所達(dá)到的溫度即稱為灰熔點(diǎn)。煤的灰熔點(diǎn)是影響爐內(nèi)工況好壞和溫度高低的主要因素之一，如果灰熔點(diǎn)太低，氣化層溫度就不能太高，否則會(huì)造成爐內(nèi)結(jié)大塊，導(dǎo)致爐內(nèi)床層阻力不均，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成造氣爐不能正常運(yùn)行下去。因此，煤的灰熔點(diǎn)越高，越有利于提高氣化效率，越有利于高產(chǎn)低耗。但是，灰熔點(diǎn)過高，會(huì)導(dǎo)致含硫高，降低發(fā)熱量，從而影響造氣爐的制氣量。一般情況下，田悅分公司要求使用塊煤或小籽煤制氣時(shí)灰熔點(diǎn)的溫度約為1250℃，使用型煤制氣時(shí)灰熔點(diǎn)的溫度在650～800℃。

8　固定炭含量和發(fā)熱量

固體燃料中除去灰分、揮發(fā)分、硫分和水分以外的其余可燃物質(zhì)，稱為固定炭。固定炭含量高，則灰分含量少，發(fā)熱量就高，能夠降低吹風(fēng)時(shí)的空氣阻力和減少制氣時(shí)的蒸汽用量，使造氣爐的阻力降低，從而降低原料煤的消耗。另外，因灰分含量少，一方面能夠降低爐條機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，另一方面也減少了下灰次數(shù)，則相應(yīng)增加了造氣爐的制氣時(shí)間。反之，固定炭含量低，則灰分大，發(fā)熱量就低，導(dǎo)致蒸汽用量增加，致使氣化層溫度低，直接影響造氣爐的制氣量。固定炭含量越高，對(duì)氣化反應(yīng)越有利。因此，入爐原料煤中的固定炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)＞73%、發(fā)熱量應(yīng)＞28470kJ／kg，對(duì)制氣較為有利。

9　灰分

灰分是固體燃料完全燃燒后所剩余的殘留物，灰分含量高，則相應(yīng)降低了煤中的固定炭含量，使排灰量增大，會(huì)帶走部分未燃燒的炭和顯熱，一方面增加了原料煤消耗，另一方面灰分易燃燒，在氣化過程中會(huì)妨礙氣化劑與炭的接觸，不利于氣化反應(yīng)，從而降低了造氣爐的制氣能力?；曳趾扛?，也增加了排灰次數(shù)，導(dǎo)致排灰設(shè)備磨損