煤種對(duì)魯奇爐氣化的影響

黃棟（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

國內(nèi)的魯奇加壓氣化爐使用是從上世紀(jì)七十年代開始的，主要用于生產(chǎn)城市煤氣以及聯(lián)產(chǎn)甲醇、氨類和甲醚等化工產(chǎn)品，同時(shí)魯奇加壓汽化爐在化肥、農(nóng)藥、焦油等多種物質(zhì)生產(chǎn)、分離工藝中都有體現(xiàn)，是一種廣泛應(yīng)用的煤化工業(yè)設(shè)備。

近年來，隨著我國社會(huì)能源結(jié)構(gòu)多樣化的需求，加壓煤氣化生產(chǎn)工藝得到了很大的提高，響應(yīng)的，針對(duì)魯奇工藝的改進(jìn)也不斷發(fā)展。但是相對(duì)而言，魯奇爐設(shè)備在原煤應(yīng)用方面還存在弊端，大部分情況下，魯奇爐對(duì)煤質(zhì)的要求是很高的，這是因?yàn)閺淖钤绲募夹g(shù)研究方面，魯奇工藝以褐煤等一系列煤種為研究對(duì)象，這就人為的限定了煤質(zhì)和煤種的挑選環(huán)境。

一方面是技術(shù)瓶頸，一方面是社會(huì)對(duì)煤氣化產(chǎn)品需求程度的越來越高，如成功是煤氣供暖、照明和廚房使用等，每天的直接利用價(jià)值較低同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響較大，對(duì)煤氣化生產(chǎn)的煤氣要求更多。這就要求從業(yè)者不斷從技術(shù)方面調(diào)整，使魯奇爐適應(yīng)更多的煤種和煤質(zhì)，并在長期運(yùn)營性中保持穩(wěn)定。

1 煤種及煤質(zhì)對(duì)魯奇汽化爐影響的因素分析

所謂煤種是指不同種類的原煤，煤質(zhì)是指同一種煤炭資源的有效成分蘊(yùn)含程度，當(dāng)然，對(duì)于不同的生產(chǎn)目的和工藝，煤種和煤質(zhì)的要求也是不一樣的，因此去判斷什么是最好的煤種或煤質(zhì)也是沒有意義的。例如，魯奇加壓氣化爐的生產(chǎn)中對(duì)弱粘連性的煤炭資源更加容易加工，但這一類煤炭從自身的資源價(jià)值并不是最好的。

就煤種的劃分，目前適用于魯奇氣化爐的主要有：泥炭、褐煤、煙煤、長焰煤、肥煤、焦煤等；不同的煤種在氣化爐反應(yīng)中的表現(xiàn)也不同，為了更加相近的敘述，本文選擇了幾個(gè)煤種中重要的指標(biāo)。

1.1 灰熔點(diǎn)

灰熔點(diǎn)又稱之為“煤灰熔融性”，因?yàn)槊禾勘旧硎且环N礦物雜質(zhì)的混合物，和純凈物相比，沒有固定的熔點(diǎn)，只能從一個(gè)大概的范圍去判斷。煤炭達(dá)到灰熔點(diǎn)的表現(xiàn)是發(fā)生變形、融化，其中的無機(jī)物開始分解。

所以，魯奇爐內(nèi)部的作業(yè)溫度，也是依據(jù)煤的灰熔點(diǎn)而設(shè)置的，既要保持在煤灰變形溫度和煤灰變軟溫度的一個(gè)區(qū)間內(nèi)，灰熔點(diǎn)過高或過低，都會(huì)對(duì)魯奇氣化爐產(chǎn)生影響，甚至?xí)l(fā)生生產(chǎn)事故

原因就在于，當(dāng)煤種的灰熔點(diǎn)過高，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要求就必須提升爐內(nèi)溫度，一般采用的方法是降低爐內(nèi)的汽氧比例，溫度就會(huì)大幅度提升，但是魯奇氣化爐的設(shè)計(jì)對(duì)溫度承受能力是有限的，過高的溫度（超過1300攝氏度）就會(huì)損壞設(shè)備的內(nèi)部設(shè)備，如爐蓖；相反，如果煤種的灰熔點(diǎn)太低的話，操作就要提高爐內(nèi)的汽氧比，這樣降低溫度的速度就比較快，所產(chǎn)生的負(fù)面影響同樣很明顯，煤炭殘?jiān)鼤?huì)在爐體內(nèi)部凝結(jié)，粘連在內(nèi)部無法排除。

由此可見，灰熔點(diǎn)的掌控是正常運(yùn)營魯奇氣化爐的關(guān)鍵，同時(shí)也是適應(yīng)局限性的一種做法。在正常的生產(chǎn)過程中，煤炭加入之前都會(huì)經(jīng)過預(yù)處理，但即便是經(jīng)過預(yù)處理的煤炭在不同的部分中也存在不同的灰熔點(diǎn)，在操作氣化爐時(shí)就需要不斷地調(diào)整汽氧比，以控制爐內(nèi)的反映溫度。

1.2 揮發(fā)分

揮發(fā)分是指煤炭中所蘊(yùn)含的水分子、氣體等易揮發(fā)的成分經(jīng)過氣化爐之后減少的程度，但在實(shí)際的生產(chǎn)中，揮發(fā)分主要是煤炭中的烴類和有機(jī)物氣化產(chǎn)物，因此揮發(fā)分也是體現(xiàn)煤種的變質(zhì)程度的一個(gè)標(biāo)志。煤炭的變質(zhì)程度越高，揮發(fā)分就越低。

不同的煤種揮發(fā)分有很大的差別，例如，魯奇工藝中最常用到的褐煤，揮發(fā)分的范圍就比較大，從40%到70%不等，而貧煤的揮發(fā)分就比較低，一般小于17%。掌握不同煤種的揮發(fā)分對(duì)于魯奇氣化爐的應(yīng)用有很大的幫助，生產(chǎn)過程中可以掌握煤種揮發(fā)分含量的多少，以及煤氣究竟適用于哪一種類型的用途。例如，當(dāng)煤氣作為廚房燃料時(shí)，要求主要的成分是甲烷和其他熱量值比較大的氣體，因此選擇煤種的時(shí)候就應(yīng)該進(jìn)行事先準(zhǔn)備；而一般的工業(yè)用煤氣中所要求的甲烷成分并不高，而需要低揮發(fā)性和低硫化物產(chǎn)生的無煙煤或焦炭。

掌握揮發(fā)分的不同，也就為選擇不同的煤種奠定了基礎(chǔ)，尤其是針對(duì)一些特殊設(shè)備的選取，更應(yīng)該注意。

1.3 灰分

狹義的說，灰分是指煤炭燃燒之后剩下殘?jiān)蜔o機(jī)物占據(jù)整體的比例，灰分的大小對(duì)氣化爐內(nèi)部的爐渣有直接的影響。一般而言，如果煤炭中矸石的含量增加（灰分也增加的前提下），煤炭燃燒過程中就會(huì)吸收很多的熱量，殘?jiān)臏囟群芨?，在排走的時(shí)候也就意味著損失大量的熱能。但是為了防止氣化爐內(nèi)部粘連廢渣，就要通過提高汽氧比，降低爐內(nèi)的溫度，同時(shí)添加一些氣化劑等物質(zhì)。這一系列的影響，本質(zhì)上說都是造成內(nèi)部反應(yīng)是否正常的因素，所以要對(duì)灰分進(jìn)行關(guān)注。

1.4 水分

水分是指煤灰成分進(jìn)入氣化爐之前，經(jīng)過預(yù)處理之后，所含的外部水、內(nèi)部水以及煤粒中的化合水的多少。對(duì)碎煤加壓氣化工藝而言，加壓氣化爐的爐溫要求通常比常壓下低一些，但是爐身卻比一般氣壓下的高，這樣一來就可以提供更高層次的干燥。

當(dāng)然，適當(dāng)?shù)乃执嬖趯?duì)煤炭加壓氣化是有輔助作用的，水分越高，在加壓氣化爐中的揮發(fā)性就越好，在干餾過程中形成的氣孔率就越大，氣化速度越快，煤氣產(chǎn)生的速度就越快，煤氣的質(zhì)量也就越好。

1.5 固定碳

煤炭中最有效的成分就是碳，而固定碳是指煤經(jīng)過氣化之后，剩下的焦渣成分。很顯然，同一煤種中固定碳的含量越高，那么在灰分和揮發(fā)分中所產(chǎn)生的物質(zhì)含量就越低，更有利于煤氣生產(chǎn)。

但是，選取固定碳含量過高的煤種，在反應(yīng)過程中就需要更多的氧氣，氧氣的參與不及時(shí)或者不充足，爐內(nèi)的煤停留時(shí)間就會(huì)增加，同時(shí)需要更高的溫度和壓力，這也對(duì)安全生產(chǎn)造成一定的威脅。

更重要的是，氣化過程越復(fù)雜的煤種，在后期治理廢水的中所消耗的就越多，甚至超出經(jīng)濟(jì)預(yù)算。

2 汽化爐穩(wěn)定運(yùn)行的煤種選擇建議

除了以上要關(guān)注的五點(diǎn)內(nèi)容之外，還有一個(gè)需要關(guān)注的因素，對(duì)任何煤種選擇都適合，那就是粒度。

魯奇爐氣化工藝中經(jīng)常提到的是碎煤、煤粉或煤粒等，粒度就是指的顆粒的大小，適用于魯奇爐的粒度往往是6-50毫米直徑的碎煤，這個(gè)范圍是相當(dāng)大的；在生產(chǎn)過程中，氣化爐在同一床層面上所有的顆粒是分布均勻的，面積越大所需要的助燃劑和氣化劑就越多，因此煤氣化反應(yīng)的速度、深度也是不同的；同樣，在反映完畢之后，不同粒度所形成的殘?jiān)谕葪l件下，也存在差別。

粒度對(duì)魯奇爐反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)很容易掌控，實(shí)踐證明，當(dāng)粒度大多在直徑50毫米以上的時(shí)候，氣化反應(yīng)往往不理想，突出表現(xiàn)煤料反映不完全；而當(dāng)粒度普遍小于13毫米的時(shí)候，就會(huì)造成反應(yīng)中煤料四周出現(xiàn)很大的空隙，引起分布不均、阻力過大等問題，在形成結(jié)渣的過程中容易形成大塊、粘連等情況，不利于生產(chǎn)。

選擇合適的煤種，是保證魯奇汽化爐平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，建議從以下三方面入手。

第一，對(duì)煤料進(jìn)行預(yù)處理和化驗(yàn)分類，按照灰熔點(diǎn)的不同進(jìn)行堆放。

第二，通過降低灰分的方法，減少生產(chǎn)成本。

第三，對(duì)所選用的煤料進(jìn)行處理確保合適的粒度。

總而言之，在現(xiàn)階段只能夠通過適應(yīng)魯奇爐需求來選擇煤種，相信隨著技術(shù)的改進(jìn)，這一現(xiàn)象將有所緩解。

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