煤氣化裝置原料煤試燒總結(jié)

馬玉紅，吳正宗，常 沖

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司 青海格爾木 816099)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司1 000 kt/a甲醇裝置采用多噴嘴對置式加壓氣化爐專利技術(shù)生產(chǎn)原料氣，該氣化工藝以水煤漿和純氧為原料，采用氣流床反應(yīng)器，在1 350 ℃、6.5 MPa非催化條件下進行部分氧化反應(yīng)，生成以一氧化碳和氫氣為有效成分的粗合成氣。選用該專利技術(shù)的原因是該工藝對煤種的適應(yīng)范圍較寬，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%；煤氣中甲烷和惰性氣含量較低，煤氣質(zhì)量好，有效氣(CO+H2)在生產(chǎn)實際操作中體積分?jǐn)?shù)高達(dá)82%左右。此外，該技術(shù)還具有以下優(yōu)勢：采用多噴嘴對置式氣化爐，運用撞擊流原理，可強化爐內(nèi)傳遞過程；碳轉(zhuǎn)化率高，耐火磚使用壽命長；采用由噴淋床與鼓泡床組成的復(fù)合床式洗滌冷卻設(shè)備，具有良好的抑制合成氣帶水和帶灰的功能；煤氣初步凈化單元由混合器、旋風(fēng)分離器以及水洗塔組成，具有高效分離與節(jié)能的功效；渣水熱回收單元采用蒸汽與返回的灰水直接接觸，具有節(jié)能和不易堵渣的功能。

多噴嘴對置式加壓氣化工藝對原料煤關(guān)鍵分析項目的要求如表1所示。

由于地域條件與儲量的因素，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司煤氣化裝置的氣化原料煤主要來自新疆和內(nèi)蒙古。如表2所示，內(nèi)蒙古煤基本符合表1要求，而新疆煤的灰熔點等分析數(shù)據(jù)有較大波動或不符合指標(biāo)，煤質(zhì)不穩(wěn)定。為了在降低成本的情況下確保煤氣化裝置長周期穩(wěn)定運行，對這2個煤種進行了試運行，根據(jù)大量實測數(shù)據(jù)，從噸甲醇煤耗、低壓煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與黏度、有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)、灰水中氯離子質(zhì)量濃度、添加劑耗量、生產(chǎn)成本等方面進行了對比分析。

表1 原料煤關(guān)鍵分析項目

表2 2種原料煤煤樣實驗室實測數(shù)據(jù)

1 試運行數(shù)據(jù)對比分析

2種原料煤在多噴嘴對置式氣化爐穩(wěn)定運行、相同工況(操作溫度1 250 ℃，操作壓力5.78 MPa)下的試運行數(shù)據(jù)對比分析如下。

1.1 噸甲醇煤耗

如表3所示，排除其他影響因素，噸甲醇耗新疆煤比內(nèi)蒙古煤多0.50 t。

表3 噸甲醇煤耗對比 t

1.2 低壓煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和黏度

由表4可以看出：采用新疆煤制取的煤漿穩(wěn)定性差，黏度偏大，流動性差，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)不穩(wěn)定且無法提升，勢必增加系統(tǒng)能耗、降低系統(tǒng)產(chǎn)量，而且容易導(dǎo)致輸送設(shè)備損壞；采用內(nèi)蒙古煤制取的煤漿穩(wěn)定性相對較好，黏度小，流動性好，便于輸送及提濃，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)較新疆煤提高了2.6%，有助于降低系統(tǒng)能耗、提高產(chǎn)量。

表4 低壓煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和黏度對比

1.3 有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)

如表5所示，采用內(nèi)蒙古煤為原料制取的原料氣中有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)比新疆煤高6%左右。

表5 有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)對比

1.4 灰水中氯離子質(zhì)量濃度

由表6可見：采用新疆煤為原料時，灰水中氯離子濃度嚴(yán)重超標(biāo)，在大水量置換的情況下，只能保持系統(tǒng)氯離子濃度穩(wěn)定而無法有效降低，這將會對設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕，對系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行造成很大的影響；而采用內(nèi)蒙古煤為原料時，灰水中氯離子濃度相對較低，在系統(tǒng)煤種更換過程中，灰水中氯離子濃度就開始明顯下降，實際運行數(shù)據(jù)達(dá)到指標(biāo)要求，有利于裝置長周期穩(wěn)定運行。

表6 灰水中氯離子質(zhì)量濃度對比

1.5 添加劑消耗量

加入添加劑的目的是為了降低煤漿黏度，以提高煤漿輸送性能。在相同工況下，即使新疆煤的添加劑消耗量為內(nèi)蒙古煤的2.33倍，所制取的煤漿黏度仍處于很高的水平，造成煤漿輸送困難，4臺低壓煤漿泵連續(xù)出現(xiàn)葉輪及蝸殼損壞現(xiàn)象。而將煤種切換至內(nèi)蒙古煤后，添加劑用量為設(shè)計用量，制取的煤漿黏度低，輸送穩(wěn)定正常。

1.6 生產(chǎn)成本

如表7所示，在多噴嘴對置式氣化爐穩(wěn)定運行的相同工況下，即使內(nèi)蒙古煤價格比新疆煤高370元/t，但采用新疆煤的噸甲醇生產(chǎn)成本仍比內(nèi)蒙古煤高111.50元。

表7 噸甲醇生產(chǎn)成本對比分析 元

2 結(jié)語

煤氣化裝置選用的氣化煤種不合適，將會存在較多問題，不僅生產(chǎn)成本增加，而且會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運行。

在使用新疆煤時，由于灰渣黏溫特性差，運行過程中氣化爐渣口壓差上升，排渣不暢，在下降管中形成掛渣，造成氣體未經(jīng)環(huán)隙而走短路，使工藝氣流溫度高而引發(fā)聯(lián)鎖跳車。由于渣口壓差從25 kPa上升至最高65 kPa，造成爐內(nèi)流場分布發(fā)生變化，爐壁溫度最高上升至360 ℃，非常接近緊急停車溫度(370 ℃)，而爐壁超溫將對氣化爐設(shè)備本體帶來損害。在灰渣從爐內(nèi)至渣口的排出過程中，隨著溫度的降低，渣的黏度增大，導(dǎo)致渣口堵塞，不得不通過提高氧碳比以提高爐溫來達(dá)到熔渣的目的，導(dǎo)致工藝氣中CO2含量升高，相應(yīng)的有效氣(CO+H2)含量降低；由于CO含量降低、熱負(fù)荷增大、水氣比升高，使變換反應(yīng)溫度難以維持，

給變換工段操作帶來困難；爐溫升高后，爐磚易燒壞，爐磚剝落加快；渣黏度增大會造成渣口或下降管堵塞或燒穿，停爐后需檢修或人工清理灰渣，嚴(yán)重影響系統(tǒng)滿負(fù)荷長周期運行。

系統(tǒng)在由新疆煤切換為內(nèi)蒙古煤后，由于灰渣黏溫特性較好，灰渣流動性好，渣口壓差、爐內(nèi)流場分布、爐膛和爐壁溫度穩(wěn)定，系統(tǒng)運行相對平穩(wěn)，排除其他影響因素，基本可以實現(xiàn)多噴嘴對置式氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。