論煤種變化對(duì)五環(huán)爐煤氣化的影響

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(河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司，河南 孟津 471100)

河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司(以下簡(jiǎn)稱永龍公司)20萬(wàn)t/a乙二醇項(xiàng)目煤氣化裝置采用的是由中國(guó)五環(huán)工程有限公司與河南能源化工集團(tuán)共同合作開(kāi)發(fā)的五環(huán)爐(WHG)煤氣化工藝技術(shù)。五環(huán)爐煤氣化工藝采用粉煤加壓、氣流床反應(yīng)、液態(tài)排渣、水冷壁結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室、余熱部分回收的氣化技術(shù)。作為新型干粉煤氣化的一種，煤種的更改往往是引起氣化爐工況波動(dòng)甚至跳車的重要原因。因此，如何做好煤種切換期間的工況調(diào)整，也是保障氣化爐長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

本文對(duì)比了2組煤種切換期間氣化爐的各項(xiàng)參數(shù)，探討了煤種對(duì)氣化爐運(yùn)行的影響以及如何平穩(wěn)地完成煤種切換過(guò)程的方式。

1 煤質(zhì)對(duì)氣化爐運(yùn)行參數(shù)的影響

由于本地M01煤灰分較高，發(fā)熱量較低，只能作為配煤使用。選取了多種煤樣作為主煤種進(jìn)行配煤分析，考慮水分、灰分、灰熔點(diǎn)等煤質(zhì)指標(biāo)及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型，最后選定外地煤M02及外地煤M03作為主煤種進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.1 煤質(zhì)分析

實(shí)驗(yàn)采用煤種1(M02∶M01=3∶1)作為切換前煤種，煤種2(M03∶M01=2∶1)作為切換后煤種。煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)煤種煤質(zhì)分析指標(biāo)

1.2 理論分析

(1)M01、M02、M03流動(dòng)溫度差距在200℃以內(nèi)，滿足配煤條件。

(2)煤種1(M02∶M01=3∶1)與煤種2(M03∶M01=2∶1)相比，發(fā)熱量基本相同，但煤種1灰分偏高，灰熔點(diǎn)高34℃。

(3)結(jié)論：由于灰熔點(diǎn)降低，切換完煤種后，操作溫度存在偏高的現(xiàn)象，激冷段出口溫度升高，汽包蒸汽產(chǎn)量增大，渣中拉絲增多，氣化爐渣口壓差下降，存在垮渣的危險(xiǎn)；合成氣中CO2及CH4會(huì)有明顯的變化。

2 煤種切換運(yùn)行過(guò)程

2.1 煤種1(M02∶M01=3∶1)工況

2.1.1 氣化爐操作參數(shù)

氣化爐操作參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 煤種1工況操作參數(shù)

2.1.2 氣化爐運(yùn)行參數(shù)

氣化爐運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 煤種1工況運(yùn)行參數(shù)

2.1.3 氣化爐爐渣分析指標(biāo)及形態(tài)

通過(guò)分析氣化爐渣樣，可知?dú)執(zhí)亢?.16%，渣樣中大部分為激冷后破碎的小顆粒，少量未破碎的小渣塊和拉絲。

2.2 煤種切換過(guò)程

2.2.1 煤種切換過(guò)程

氣化爐3#、4#煤燒嘴優(yōu)先使用煤種2(M03∶M01=2∶1)；3h后1#、2#煤燒嘴也緩慢切換為煤種2。

2.2.2 氣化爐工況變化

切換過(guò)程中氣化爐操作參數(shù)未做調(diào)整。氣化爐運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了明顯變化，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表4。

表4 切換前后運(yùn)行參數(shù)的變化

煤種切換過(guò)程中，在煤線及氧線穩(wěn)定的情況下，氣化爐參數(shù)數(shù)據(jù)在煤種切換過(guò)程中呈現(xiàn)較大范圍的反復(fù)變化，出現(xiàn)了較為明顯的工況波動(dòng)。

2.2.3 切換后氣化爐爐渣分析指標(biāo)及形態(tài)

分析氣化爐渣樣，其中殘?zhí)亢?.03%，渣樣中大部分仍為激冷后破碎的小顆粒，但未破碎的小渣塊明顯減少，拉絲有較明顯的增多。

綜合以上數(shù)據(jù)的變化及渣形態(tài)判斷：煤種2進(jìn)入后，由于灰熔點(diǎn)降低，氣化爐溫度偏高，渣層變??；水汽系統(tǒng)蒸汽產(chǎn)量增加，密度下降；氣化爐渣口壓差下降，渣中殘?zhí)亢肯陆?，合成氣中CO2含量上升，CH4含量下降。

2.2.4 煤種變化對(duì)五環(huán)爐合成氣含灰量的影響

煤種1切換為煤種2后，合成氣含灰量從3.8mg/L升到4.0mg/L。

2.2.5 煤種的變化對(duì)五環(huán)爐濾餅含碳量的影響

將煤種1切換為煤種2后，黑水系統(tǒng)產(chǎn)生的濾餅含碳量從18%下降到10%以下，基本在8%。

2.2.6 煤種變化對(duì)灰水系統(tǒng)的影響

將煤種1切換為煤種2后，灰水系統(tǒng)的濁度開(kāi)始上漲，使用煤種1，灰水系統(tǒng)濁度在100NTU以下，更換為煤種2后，濁度在200NTU左右。同時(shí)在加藥方面做出調(diào)整，絮凝劑添加量增加，從50kg/d增加到75kg/d。分散劑做同步調(diào)整，從0.8t/d增加到1.4t/d。調(diào)整加藥量后，灰水系統(tǒng)指標(biāo)基本正常。

2.2.7 煤種變化對(duì)CH4含量的影響

煤種1切換為煤種2后，合成氣中的CH4從132mg/m3降低到117mg/m3，系統(tǒng)穩(wěn)定以后，CH4含量都在80～100mg/m3之間。

2.2.8 氣化爐操作參數(shù)調(diào)整

針對(duì)以上情況可能導(dǎo)致的氣化爐銷釘損壞及垮渣的危險(xiǎn)，在穩(wěn)定負(fù)荷不變的情況下，操作員對(duì)氧煤比進(jìn)行了微調(diào)，由0.928降至0.926。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)12h的煤種切換過(guò)程，最終將氣化爐的4個(gè)燒嘴全部切換為煤種2。期間，氧煤比又從0.926降至0.925。

3 氣化爐調(diào)整后運(yùn)行情況

3.1 調(diào)整后氣化爐工況

氣化爐操作參數(shù)見(jiàn)表5，調(diào)整后氣化爐運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表6。

表5 調(diào)整后工況操作參數(shù)

表6 調(diào)整前后工況運(yùn)行參數(shù)

3.2 調(diào)整后氣化爐爐渣分析指標(biāo)及形態(tài)

分析氣化爐渣樣，其中殘?zhí)亢?.08%，渣樣中大部分仍為激冷后破碎的小顆粒及少量未破碎的小渣塊和拉絲。

4 結(jié)論

通過(guò)以上總結(jié)分析，確定了將五環(huán)爐氣化技術(shù)產(chǎn)生的合成氣用于生產(chǎn)乙二醇的煤種的適應(yīng)性的具體要求。

(1)五環(huán)爐設(shè)計(jì)煤種指標(biāo)要求見(jiàn)表7。

表7 五環(huán)爐設(shè)計(jì)煤種指標(biāo)要求

注：一級(jí)為最重要。

(2)對(duì)煤質(zhì)的要求。新舊兩種煤種的各項(xiàng)參數(shù)最好不要差別太大，尤其是灰熔點(diǎn)?；胰埸c(diǎn)差別太大時(shí)，在煤種切換的過(guò)程中極易造成氣化爐工況劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)垮渣或者堵渣口等情況。

(3)煤種切換過(guò)程中對(duì)工業(yè)分析的要求。煤的工業(yè)分析指標(biāo)每天1次，煤的組分分析每周1次。

(4)切換煤種前的工藝準(zhǔn)備。按照氣化爐運(yùn)行負(fù)荷及耗煤速率計(jì)算新煤種進(jìn)入氣化爐的時(shí)間，提前將工況調(diào)整穩(wěn)定；根據(jù)黏溫曲線確定操作區(qū)間。

(5)切換煤種過(guò)程中的操作要求。氣化爐操作溫度要在操作區(qū)間內(nèi)，若操作溫度過(guò)低，容易造成渣口堵渣或燒嘴罩結(jié)渣；盡量保證煤線及氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行，不要大幅調(diào)整氣化爐負(fù)荷及氧煤比；主操通過(guò)渣樣、汽包Ⅰ段蒸汽產(chǎn)量、CO2/CH4組分變化、水汽系統(tǒng)的密度等參數(shù)判斷氣化爐溫度變化。氣化主操密切關(guān)注氣化爐渣口等壓差的變化情況。除渣單元順控每次下渣，中控主操聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)取渣的同時(shí)查看渣量，通過(guò)渣口壓差及破渣機(jī)油壓、渣量渣樣，判斷渣口是否堵渣；通過(guò)氣化爐壓差判斷上部積灰情況。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上工藝操作及調(diào)整，永龍公司五環(huán)爐順利實(shí)現(xiàn)了煤種切換過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)渡。截至目前，氣化爐累計(jì)運(yùn)行100d，各項(xiàng)參數(shù)在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，煤種的正常切換為五環(huán)爐長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行奠定了原料保障。