固定床氣化爐摻燒焦炭的生產(chǎn)實踐

李愛粉

（河南能源化工集團安化公司，河南 安陽 455133）

0 引 言

河南能源化工集團安化公司下屬化肥公司（簡稱化肥公司）有2套合成氨／尿素裝置及供乙二醇生產(chǎn)線使用的水煤氣制氣裝置。其中，水煤氣制氣裝置（供乙二醇生產(chǎn)線）有φ2650mm爐頂取氣固定床氣化爐8臺和φ2800mm固定床氣化爐16臺，共計24臺爐；半水煤氣制氣裝置（供2套合成氨／尿素裝置）有φ2800mm固定床氣化爐16臺和φ3600mm固定床氣化爐6臺，共計22臺爐?；使練饣癄t所用塊煤灰熔點大多在1100～1250℃之間。

眾所周知，原料煤成本占煤頭合成氨裝置生產(chǎn)成本的60%左右，控制原料煤成本對于降低合成氨裝置生產(chǎn)成本至關(guān)重要。2016年初，由于全國鋼鐵產(chǎn)能過剩，焦炭價格一路下滑，在這一原料價格利好消息的推動下，公司圍繞“保生存、戰(zhàn)危機、謀發(fā)展，降本增效”這一奮斗目標，嚴控進廠原料煤的粒度、化學活性、灰熔點、硫含量等質(zhì)量指標，并采購部分焦炭進行試燒。試燒過程中，針對固定床氣化爐試燒焦炭存在的問題開展技術(shù)攻關(guān)，最終通過摸索確定出了固定床氣化爐塊煤摻燒焦炭的最佳比例，并通過優(yōu)化調(diào)整氣化爐工藝指標，使塊煤摻燒焦炭先后在半水煤氣、水煤氣制氣裝置中獲得成功應(yīng)用，實現(xiàn)了降本增效的目標。

1 摻燒焦炭前生產(chǎn)系統(tǒng)的基本情況

化肥公司造氣系統(tǒng)采用間歇式UGI型煤氣發(fā)生爐（簡稱氣化爐），主要使用河南能源化工集團內(nèi)供焦作塊煤，無煙塊煤在氣化爐內(nèi)通過與氣化劑——蒸汽、空氣反應(yīng)制得合格的水煤氣和半水煤氣，分別供乙二醇系統(tǒng)及合成氨裝置使用。2016年初，焦炭市場行情一路下滑，呈現(xiàn)焦炭市場價低于塊煤的利好現(xiàn)象。而據(jù)統(tǒng)計，2015年12月化肥公司半水煤氣實際生產(chǎn)成本為308元／km3，合成氨生產(chǎn)成本為1715元／t，尿素生產(chǎn)成本為1290元／t，當期尿素銷售價格在1200元／t左右，略有虧損。為降低生產(chǎn)成本，化肥公司決定采購部分焦炭進行試燒。

2 焦炭與煤炭特性的對比

不同的氣化工藝對原料的要求不同，因此在選擇煤氣化工藝時，了解氣化用原料的特性及其影響極為重要。煤炭是古代植物埋藏在地下經(jīng)歷復(fù)雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦物，是一種固體可燃有機巖。而焦炭是煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到950～1050℃，經(jīng)干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段制得的，這一過程叫高溫煉焦（高溫干餾）；按照用途不同，焦炭分為冶金焦、鑄造用焦和化工用焦3大類?；使驹嚐慕固繛榛ぃ饣┯媒?，化工（氣化）用焦對焦炭強度要求不高，但要求焦炭的反應(yīng)性好，相應(yīng)的焦炭的灰熔點也較高。

原料煤（焦）的灰熔點是影響氣化操作的主要因素。灰熔點，又稱為煤灰熔融性，其與原料中灰分的組成有關(guān)，灰分中Al2O3、SiO2含量高，煤的灰熔點就高；Fe2O3、CaO、MgO含量高，灰熔點就低?；使具M廠焦炭主要產(chǎn)自河南利源焦化有限公司，其灰熔點分析數(shù)據(jù)見表1?？梢钥闯觯M廠焦炭灰熔點較所用塊煤灰熔點高約200℃，兩者灰熔點相差較大，實際生產(chǎn)中如何控制灰渣殘?zhí)柯曙@得尤為重要。

表1 進廠焦炭灰熔點分析數(shù)據(jù) ℃

3 試燒焦炭前的準備工作

（1）焦炭具有吸水性強、不宜露天存放的特點，因此，結(jié)合煤場貨位存煤情況，提前安排好焦炭的存放貨位及考慮貨位上煤問題。

（2）選擇2臺氣化爐作為焦炭摻燒試驗爐，提前對這2臺試驗氣化爐的油路系統(tǒng)漏點、溜煤管厚度、上行煤氣管線、下行煤氣管線、旋風除塵器等部位保溫情況進行排查及處理。

（3）組織班組人員召開焦炭試燒工作安排會，對焦炭試燒可能存在的問題、注意事項、操作要點、人員安排等進行部署，統(tǒng)一操作思路，同時將焦炭試燒工作與激勵考核掛鉤，提高操作人員試燒焦炭的積極性。

（4）提前與公司質(zhì)量檢測管理中心聯(lián)系，在試燒焦炭期間每8h單爐取樣做氣質(zhì)分析，并與燒用塊煤時的分析數(shù)據(jù)進行對比，觀察氣質(zhì)的變化情況；同時，試燒期間建立工藝指標、工藝調(diào)整、氣質(zhì)分析等的專項記錄，收集試燒數(shù)據(jù)，便于后期摻燒焦炭時的數(shù)據(jù)對比分析。

（5）制定每周召開專題交流會的工作制度，以解決工藝調(diào)整過程中出現(xiàn)的問題，統(tǒng)一操作調(diào)整思路，對試燒效果定期進行總結(jié)與分析。

4 焦炭試燒的操作思路及摻燒比例摸索

4.1 焦炭試燒的操作思路

鑒于焦炭相較于塊煤具有固定碳含量高、灰熔點高、揮發(fā)分低、化學活性較差的特點，結(jié)合焦炭試燒情況，計劃逐步提高氣化層溫度、降低空層高度、控制上行煤氣溫度、減低爐條機轉(zhuǎn)速，以利于形成灰渣層，降低返焦率。在焦炭試燒過程中，參與試燒工作的操作人員、技術(shù)管理人員解放思想，通過逐步摸索優(yōu)化工藝指標，對存在的問題進行攻關(guān)。

4.2 焦炭試燒的摻燒比例摸索

焦炭試燒最重要的是摸索出固定床氣化爐塊煤摻燒焦炭的最佳比例。因此，試燒過程中，我們按照最佳經(jīng)濟運行模式，以保證氣化爐安全穩(wěn)定運行（控制上行煤氣溫度在350℃以下）和焦炭摻用量最大為前提，將焦炭與塊煤的摻燒比例逐步由1∶1增加至3∶1；并逐步提高氣化層溫度，降低空層高度，控制上行煤氣溫度，減低爐條機轉(zhuǎn)速，以利于形成灰渣層，降低返焦率。具體摸索過程如下。

4.2.1 第一階段摻燒情況

第一個摻燒階段，在2周時間內(nèi)，將焦炭與小塊煤的摻燒比例由1∶1逐漸增至2∶1，并對2種不同摻燒比例下氣化系統(tǒng)的工藝運行參數(shù)進行統(tǒng)計與對比，結(jié)果見圖1。

圖1 不同摻燒比例下氣化系統(tǒng)工藝運行參數(shù)的對比

由圖1可以看出：焦炭摻燒量較少時（焦炭與塊煤比例為1∶1），受焦炭灰熔點高的影響，部分焦炭未充分燃燒，灰渣殘?zhí)柯瘦^高；之后隨焦炭摻燒比例的逐漸提高，灰渣殘?zhí)柯食氏陆第厔?；但隨焦炭摻燒比例的逐漸提高，上行煤氣溫度逐漸升高，與灰渣殘?zhí)柯食史聪嚓P(guān)關(guān)系。為此，我們探索繼續(xù)增加焦炭使用量，以找到最佳操作平衡點。

4.2.2 第二階段摻燒情況

第二個摻燒階段，將焦炭與塊煤的摻燒比例增加至3∶1，并對焦炭摻燒3種不同小塊煤（焦炭∶塊煤=3∶1）的工藝運行參數(shù)進行統(tǒng)計與對比，結(jié)果見表2。

表2 焦炭與3種不同小塊煤摻燒（焦炭∶塊煤=3∶1）時氣化爐工藝參數(shù)對比

由表2可以看出：焦炭與焦作小塊煤或山西小塊煤按照3∶1的比例摻燒時，氣化爐的各項工藝指標較為穩(wěn)定，上行煤氣溫度在350℃以下（高限運行），達到最佳操作平衡點；而焦炭與鑫龍小塊煤按照3∶1的比例摻燒時，工藝指標波動幅度較大，氣化爐內(nèi)炭層高度升高，且焦炭與鑫龍小塊煤按3∶1的比例摻燒時，從實際觀察到的氣化爐運行狀況來看，爐條機轉(zhuǎn)速加快，火層被破壞，出現(xiàn)結(jié)塊、流生炭（焦）現(xiàn)象；進一步進行分析發(fā)現(xiàn)，原因是鑫龍小塊煤含矸偏高。因此，化肥公司決定加大山西小塊煤和焦作小塊煤的采購量，搭配焦炭摻燒，以確保氣化爐的穩(wěn)定運行并實現(xiàn)效益最大化。

因焦炭透氣性好，摻燒造成上行煤氣溫度較使用塊煤時高110℃左右，達330～350℃，在指標上限運行（上行煤氣溫度指標為350℃以下），甚至偶爾會出現(xiàn)氣化爐工藝調(diào)節(jié)時上行煤氣溫度達370～380℃的情況。為此，我們主要通過采用小顆粒塊煤（粒度13～25mm）摻燒的方式來彌補焦炭透氣性好所帶來的問題。

5 試燒過程中出現(xiàn)的問題及處理

（1）上行煤氣溫度高，造成洗氣塔出口煤氣溫度高。應(yīng)對措施：據(jù)洗氣塔出口煤氣溫度，適時調(diào)度開停一循循環(huán)水風機，即通過降低循環(huán)水溫度的方式來降低洗氣塔出口煤氣溫度。

（2）氣化爐負荷與蒸汽使用量配比不當，造成氣化爐內(nèi)結(jié)塊或返炭（焦）率高。應(yīng)對措施：①氣化爐由使用塊煤到摻燒一定比例的焦炭要有72h的過渡時間；②摻燒焦炭后，加負荷要緩慢，要根據(jù)灰渣情況適時調(diào)整蒸汽用量及負荷配比。

（3）焦炭硫含量偏高，脫硫系統(tǒng)阻力上漲。應(yīng)對措施：①加強脫硫溶液組分的分析頻次，保證脫硫溶液組分正常；②加強對脫硫溶液溫度、組分的管理，以保證半脫溶液溫度在38～42℃，維持變脫溶液溫度在38℃左右；③加強煤氣溫度、氣質(zhì)及噴射器壓力的工藝管理，加強脫硫泵、再生泵、變脫泵等設(shè)備的管理。

（4）因上行煤氣溫度過高，上行煤氣管線保溫著火。應(yīng)對措施：①嚴控上行煤氣溫度在指標范圍內(nèi)；②加強現(xiàn)場巡檢，發(fā)現(xiàn)著火，立即停爐滅火；③加強設(shè)備檢修維護力度，避免油壓系統(tǒng)管線、油缸漏油；④檢修油壓系統(tǒng)時，采取措施避免液壓油灑落到煤氣管線及設(shè)備上。

6 結(jié)束語

化肥公司在產(chǎn)品市場價格不斷下降、生產(chǎn)經(jīng)營呈現(xiàn)虧損狀態(tài)的情況下，緊抓焦炭市場價低于塊煤的利好機會，大膽嘗試，在降低生產(chǎn)成本上狠下功夫，在沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可借鑒的情況下，對比塊煤與焦炭的化學成分，通過反復(fù)試驗，摸索出焦炭與塊煤摻燒的最佳比例，并通過設(shè)備消缺和工藝優(yōu)化調(diào)整，最終實現(xiàn)了氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；據(jù)統(tǒng)計，2016年化肥公司進廠焦炭與塊煤平均差價為93元／t，2016年全年化肥公司氣化系統(tǒng)共摻燒焦炭83.8kt，則全年原料成本降低779.34萬元，焦炭摻燒工作取得了顯著的經(jīng)濟效益。另外，長期以來塊煤氣化的操作經(jīng)驗在操作人員的思維中已根深蒂固，通過此次焦炭摻燒也放開了操作人員的思路，為今后各種原料煤的摻燒打下了良好的基礎(chǔ)。