煤種變化的應(yīng)對(duì)措施研究

楊 路

(寧波中金石化有限公司，浙江鎮(zhèn)海 315203)

煤的氣化是指在特定的容器內(nèi)所進(jìn)行的含碳物質(zhì)的部分氧化反應(yīng)，從而生成一氧化碳和氫氣為主要組分的過(guò)程。在氣化裝置上常用的原料為煙煤、石油焦、重油等，而原料的性質(zhì)嚴(yán)重影響氣化裝置的運(yùn)行，因此在生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)原料質(zhì)量的把控管理尤為重要。現(xiàn)以采用水煤漿進(jìn)料為例，結(jié)合氣化裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，分析煤種變化時(shí)的異?，F(xiàn)象，提出煤種變換時(shí)采取的應(yīng)對(duì)措施。

氣化裝置作為生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，若出現(xiàn)異常情況會(huì)對(duì)后系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。例如，當(dāng)氣化裝置出現(xiàn)渣口堵塞時(shí)，水煤氣中CO含量升高，容易造成變換爐超溫；水煤氣帶水嚴(yán)重時(shí)，容易造成變換催化劑跨溫，進(jìn)而影響裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。水煤漿加壓氣化裝置能否穩(wěn)定運(yùn)行主要取決于煤質(zhì)是否穩(wěn)定，是否能夠滿足工業(yè)運(yùn)行的需要。在煤種發(fā)生波動(dòng)時(shí)，操作人員能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)，能否在第一時(shí)間進(jìn)行處理，對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行也存在一定的影響。因此，生產(chǎn)活動(dòng)中不僅要保證煤質(zhì)穩(wěn)定，還要在煤種變化時(shí)能夠及時(shí)察覺(jué)，確保裝置在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。

1 煤種變化異常現(xiàn)象

1.1 煤漿濃度的變化

煤種在不發(fā)生變化的工況下運(yùn)行，煤漿濃度的變化一般為±0.2%。但是，當(dāng)煤種發(fā)生變化時(shí)，煤漿濃度的變化較為明顯，而對(duì)煤漿濃度影響較大的是原料煤中的內(nèi)水以及灰分的含量。

當(dāng)原料煤中的內(nèi)水含量升高時(shí)，煤漿的濃度會(huì)出現(xiàn)大幅下降，主要原因是當(dāng)煤中的內(nèi)水含量升高時(shí)，為保持煤漿相對(duì)穩(wěn)定以及呈較好的流動(dòng)狀態(tài)，添加的工藝水量會(huì)相對(duì)減少。工藝水量的減少，會(huì)使煤漿的流動(dòng)性變差，煤漿無(wú)法正常通過(guò)篩網(wǎng)，造成進(jìn)入儲(chǔ)罐的煤漿量減少，而進(jìn)入廢煤漿槽的煤漿量增大。因此，在日常生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)觀察去廢煤漿槽中的煤漿量可判斷原料煤中內(nèi)水的含量。

煤中灰分含量的變化對(duì)煤漿濃度也會(huì)產(chǎn)生較大影響。由于原料煤的灰分中含有SiO2、Al2O3等物質(zhì)，當(dāng)煤中灰分發(fā)生變化時(shí)其含量也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致煤漿濃度的變化。

1.2 渣樣的變化

當(dāng)煤種的灰熔點(diǎn)高于當(dāng)前氣化爐的操作溫度時(shí)，渣的流動(dòng)性變差，黏度增大，不易流動(dòng)；當(dāng)高溫熔渣流經(jīng)渣口時(shí)，會(huì)被吹成玻璃絲狀的渣。而當(dāng)提溫熔渣時(shí)，由于爐膛內(nèi)溫度的升高，渣的流動(dòng)性發(fā)生變化，會(huì)出現(xiàn)直徑較大的熔渣，經(jīng)破渣機(jī)破碎后會(huì)有鵝蛋大小的塊狀渣。

當(dāng)氣化爐的操作溫度低時(shí)，應(yīng)采取加氧熔渣的措施。渣口壓差在剛開(kāi)始會(huì)不斷地升高，當(dāng)操作溫度達(dá)到一定溫度后，呈形狀的渣會(huì)越來(lái)越少，玻璃絲狀的渣會(huì)越來(lái)越多，且玻璃絲很硬，顏色泛綠，渣中會(huì)出現(xiàn)發(fā)亮的顆粒。分析發(fā)現(xiàn)渣中鎘含量超標(biāo)，說(shuō)明渣口堵塞較為嚴(yán)重[1]。在此種情況下繼續(xù)運(yùn)行，熔融狀的渣在經(jīng)過(guò)渣口擴(kuò)大以后溫度下降過(guò)快，碰到下降管的管壁，在水膜薄的地方容易掛渣，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致下降管掛渣，甚至燒穿下降管，最后因合成氣出口溫度高而跳車。在此工況下運(yùn)行，撈渣機(jī)撈出來(lái)的塊狀渣中會(huì)出現(xiàn)背面較為光滑的巖棉狀渣樣。

1.3 運(yùn)行參數(shù)的變化

1.3.1 氣化爐爐膛內(nèi)部溫度下降

氣化爐內(nèi)熱量的產(chǎn)生主要來(lái)自煤的裂解以及煤漿與氧氣的燃燒反應(yīng)。由于入爐的煤漿量減少，一方面煤裂解產(chǎn)生的熱量減少，另一方面燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量減少，導(dǎo)致氣化爐單位體積的耐火磚吸收的熱量減少，氣化爐內(nèi)部熱偶指示溫度下降。

1.3.2 渣口壓差指示異常

在煤種變化初期，渣口壓差不會(huì)有明顯的變化；在爐膛熱偶開(kāi)始有下降趨勢(shì)后，氣化爐的渣口壓差開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)，并伴有上升的趨勢(shì)。此時(shí)，氣化爐執(zhí)行加氧升溫操作，升至一定溫度后，渣口壓差變化較劇烈。主要原因在于隨著溫度的升高，渣的流動(dòng)性變好，原本積聚在爐膛內(nèi)部的灰渣開(kāi)始加速向渣口流動(dòng)；由于短時(shí)間內(nèi)渣量的積聚增多、渣口尺寸變小，導(dǎo)致渣口壓差出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，而渣的流動(dòng)性還未處于正常范圍，因此渣口壓差呈現(xiàn)波動(dòng)。

1.3.3 托磚架溫度異常

拖磚架用來(lái)支撐錐底磚，當(dāng)熔渣流經(jīng)渣口時(shí)，由于渣的流動(dòng)性變差，在渣口處停留時(shí)間變長(zhǎng)，錐底耐火磚與渣的接觸時(shí)間變長(zhǎng)，拖磚架溫度升高。

1.3.4 氣體成分異常

水煤氣作為水煤漿氣化的產(chǎn)物，其中各組分的含量可反應(yīng)出氣化反應(yīng)的情況，氣化反應(yīng)正常時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)氣量大，組分正常。當(dāng)煤種發(fā)生變化后，氣體的組分會(huì)發(fā)生變化。如當(dāng)原料煤中的揮發(fā)分含量升高時(shí)煤的反應(yīng)活性變好，有可能出現(xiàn)二氧化碳和甲烷含量同時(shí)升高的現(xiàn)象。當(dāng)原料煤中粗灰分含量升高時(shí)氣體成分不會(huì)有較大變化，但當(dāng)渣口逐漸堵塞后，氣體成分開(kāi)始出現(xiàn)異常變化，二氧化碳含量下降而一氧化碳含量升高。

2 煤種變化的應(yīng)對(duì)措施

2.1 強(qiáng)化煤種的認(rèn)識(shí)

對(duì)煤質(zhì)的一般要求，其主要指標(biāo)：放熱量達(dá)25 MJ/kg，越高越好；煤灰流動(dòng)黏度<1 300 mPa·s為宜，過(guò)高或過(guò)低都不利于氣化；煤中灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)不得高于13%，越低越好。其次要指標(biāo)：考慮到煤漿的制備、泵輸送特性、煤的反應(yīng)活性及氣化效率，全水分含量越低越好，揮發(fā)分含量越高越好，固定碳含量適中為好，煤中有害元素硫、氯、砷等含量越低越好，可磨性指數(shù)越大越好。

配煤的理論依據(jù)：所選用煤種的放熱量應(yīng)在22 MJ/kg 以上，并且放熱量高的與放熱量低的搭配使用；成漿性、灰分等指標(biāo)達(dá)到水煤漿氣化技術(shù)的最低要求；采用不同煤種的混配以改變煤灰組成，降低灰熔融溫度，即將煤灰組分中MgO、Fe2O3、K2O、Na2O含量高的煤與灰熔融溫度較高的煤混配，以降低灰熔融溫度。因此，選用合適的煤種摻燒，既可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,也降低了生產(chǎn)成本[2-4]。

2.2 煤種變化后的操作

生產(chǎn)實(shí)際操作中由于分析的滯后，當(dāng)煤種發(fā)生變換時(shí)并不能提供操作依據(jù)，但是可以通過(guò)其他參數(shù)做出相應(yīng)判斷，例如觀察煤漿濃度的變化趨勢(shì)、觀察渣樣的形狀以及渣量的多少等，都可以較為直觀地判斷出煤種是否發(fā)生異常變化[5]。而當(dāng)某一指標(biāo)異常時(shí)，要結(jié)合其他參數(shù)的變化來(lái)綜合考慮是否是煤種發(fā)生了變化。當(dāng)確定是煤種發(fā)生變化后，應(yīng)進(jìn)行必要的工藝處理。若發(fā)現(xiàn)渣口壓差升高，應(yīng)采取提溫熔渣的方式進(jìn)行處理。提溫初期，由于氣化爐爐壁掛渣較少，溫升幅度可控制大一些。升溫過(guò)程中要時(shí)刻注意氣化爐爐壁溫度和氣體成分的變化。若渣口壓差出現(xiàn)大幅波動(dòng)，證明當(dāng)前爐溫適合，渣的流動(dòng)性出現(xiàn)改觀，即向好的方向發(fā)展。向渣口流動(dòng)的渣量有所增加，此時(shí)加氧速度應(yīng)放慢。

筒體溫度自上而下是一個(gè)遞減的過(guò)程，特別是取壓口向下至錐底直管段是管流區(qū)，此處掛渣量較多；而錐底處呈45°夾角，重力較直管段影響減弱，只能依靠角度向下流動(dòng)。因此，在爐溫升高以后，大量熔融狀渣堆積在此處，越積越多。當(dāng)渣口壓差開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，不應(yīng)再加氧或者放緩加氧速度，以免造成更嚴(yán)重的渣口堵塞。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)操作參數(shù)發(fā)生異常變化時(shí)，要通過(guò)煤漿濃度、氣體組分以及渣口壓差等數(shù)據(jù)的變化來(lái)綜合判斷，從而做出進(jìn)一步的處理。同時(shí)，還需要在源頭上控制好煤質(zhì)，特別是摻燒不同煤種時(shí)要注意2種煤的工業(yè)分析以及摻燒的比例，若煤種發(fā)生異常變化，應(yīng)及時(shí)做出相關(guān)的工藝處理，確保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。