煤质对加压鲁奇炉运行的影响及相应对策

张凤鸣

（河南煤业化工集团煤气化公司义马气化厂，河南 义马 472300）

煤气化技术是以煤为基础原料的能源及化工系统关键的制气技术之一，煤化工正在成为世界范围内高效、清洁、经济开发及利用煤炭的热点技术和重要的发展方向。从当前国内外煤气化技术发展趋势看，气化压力向高压发展，气化装置的能力向大型化发展，新型气化技术的研发采取与企业联合进行工业化开发，是气化技术发展的模式。固定床气化技术是 “历史最为悠久”的煤气化技术，也是目前全世界最为成熟的块煤气化技术，研究固定床气化技术对不同煤种和煤质适宜的操作条件，尤其是入炉煤的灰含量、灰熔点、水含量、煤粒度以及发热量对气化炉稳定运行的影响，探索最佳气化操作条件，对扩大该炉型的煤种适应性及节能降耗等具有重要的指导意义。

1 灰含量对气化过程的影响

煤中灰含量增加时，蒸汽分解率、气化强度等技术指标下降，不利于生产。灰含量增加，煤中固定碳和挥发分含量下降。为了防止炉内灰分结渣，需要适当地提高汽氧比，以降低炉内操作温度。此时气化反应速率降低，蒸汽分解率降低，污水产量增大，粗煤气产量下降，进而导致煤耗升高。同时，高温渣带走的热量增大，灰渣中残碳含量会略有增加，气化炉的热效率和气化效率降低。

另外，随着煤中灰分含量的增加，设备磨损加剧：一是炉箅刮刀、护板等部件；二是煤、灰锁上、下阀的运转周期缩短，设备检修频次增加，导致开停车过程原料消耗量增加，造成粗煤气的隐性生产成本升高。我厂2011年1～6月份入炉的煤质太差，灰分总含量平均值约为32.73%，气化炉炉箅磨损严重，其中1＃气化炉炉箅705盖板磨透后卡住灰锁上阀，导致气化炉停车。

鉴于以上情况，建议在选择入炉原料煤时，尽量选择灰分含量较低的块煤，如确因煤炭市场或运输等因素导致煤炭供应紧张，灰含量可以短时间内适当放宽，但以灰含量（空气干燥基）不超过35%为限［1～3］。

2 灰熔点对气化过程的影响

灰熔点是影响鲁奇炉运行的另一个重要参数。鲁奇炉的操作温度介于煤的变形温度和软化温度之间。入炉煤灰熔点高，则操作时可以适当降低汽氧比，相应提高炉温，这样，蒸汽分解率增加，气化反应剧烈，有利于制气。义马气化厂的鲁奇炉原始设计受炉箅及内件选材等因素制约，蒸汽不能无限制降低，否则可能会烧损炉箅及其内件，因此，灰熔点控制在1150～1250℃之间较为适宜。当煤的灰熔点降低，操作时就需要适当提高汽氧比，相应降低炉温，此时蒸汽分解率降低，污水产量增加，气化反应速度减缓，不利于制气，装置运行的经济性变差。因此，入炉煤灰熔点要尽可能控制在一定的范围内，不能有太大的波动［2］。

在实际生产过程中，由于入炉煤质存在多样性，入炉煤的灰熔点也就各不相同。鲁奇炉操作时，需要一个最佳汽氧比，即控制气化炉内的反应温度，既不能因汽氧比过高造成细灰过多，导致排灰困难，也不能因汽氧比偏低造成结渣而无法排灰的现象出现。若每批次的入炉煤灰熔点相差较大，再无配煤操作的情况下，在实际操作中就无法选择最佳的汽氧比。

过低的汽氧比容易造成灰熔点较低的灰颗粒结渣，影响气化剂在床层内的均匀分布，导致气化炉工况的恶化。另外，过低的汽氧比有可能达到灰的熔融温度，熔融部分的灰渣将灰熔点较高的煤灰包裹，从而阻碍气化剂与原料的充分接触，不利于气化反应，导致原料的流失，表现为炉渣残碳含量过高。相反，选择高的汽氧比，则高灰熔点的灰分表现为灰细，不利于排灰和制气，同时增加污水的产量。

2011年8月份，我厂入炉煤灰熔点差别较大，最低的为1080℃，最高的为1290℃。分析化验灰样，结果灰样中残碳含量升高，说明是因为灰熔点差别较大，配煤不合理，导致灰渣残碳含量过高，未反应完全的碳随灰渣流失，造成块煤单耗升高。

鉴于此，选择入炉煤时应将煤的灰熔点作为一项重要的控制指标，选购灰熔点相近的煤种。如灰熔点相差较大，应在煤场分类堆放，采取合理的配煤操作，配煤时需将灰熔点相近的煤质相互搭配。适当增加煤质灰熔点的分析频次，尽量避免频繁切换入炉煤质，同一灰熔点区间的煤要使用一段时间后再转为另一区间的煤，为气化炉选择最佳汽氧比操作创造条件。

3 粒度对气化过程的影响

鲁奇气化技术对原料煤的粒度要求较高，粒度范围为8～50mm，要求8mm以下的物料不超过5%，50mm以上的物料也不超过5%。粒度大小和分布范围的不同，会造成气化炉同一床层截面煤的比表面积不同。在同一床层截面上，气化剂的分布是均匀的，比表面积大的煤需要的氧气多，若粒度大小和分布范围不同，就会造成炉内同一床层的反应速度不同，炉箅排灰拉动床层下移却是均匀的，比表面积小的大粒度煤，因单位时间内反应不完全和灰渣一起排出，灰中残碳量就会升高，残碳在灰锁中继续反应使灰锁温度升高。碳的流失使产气率下降，块煤单耗升高。不同粒度的煤在炉内气化时，床层阻力也不同，气化剂的均布受到影响，进而影响气化炉的运行工况和生产负荷的提高。

目前，我厂入炉煤的粒度分布情况是，大于50mm的煤偏多，气化不完全；5～13mm和大于50mm的煤偏多，容易产生小粒度填充大粒度间隙的现象，同时还会出现大粒度遍布气化炉床层四周，而小粒度集中于中央，引起床层堆密度不均，局部阻力增大，气化剂通过床层时会出现阻力小的部位通过的气化剂量大，阻力大的部位通过的气化剂量小，造成气化炉运行工况不好，影响粗煤气的产量。

因此，入炉煤在其他性质不变的条件下，根据实践经验，要求粒度的控制范围如下：8mm以下的物料不超过5%，50mm以上的物料不超过5%，8～50mm的在90%以上。

4 发热量对气化过程的影响

气化炉内大约30%的入炉煤燃烧所放出的热量作为气化过程所需的反应热。影响煤发热量的主要因素是固定碳和挥发分含量。煤的发热量高，灰含量低，煤的质量就越好。随着入炉煤发热量的升高，煤在炉内的燃烧量减少，可用于气化的原料煤相对增加，气化过程产生的粗煤气量增加，有效气成分增加，有利于制气。此时，氧化层反应更完全，灰渣残碳含量减少，参与有效气化反应的原料煤量相对增加，炉内还原层、干馏层、干燥层高度拉长，煤的停留时间相对增长，灰层、氧化层高度相对缩短。气化炉的运行工况主要表现为，出口温度稳定在420～450℃；灰锁温度在330～350℃，挥发分被气化的比例增加，粗煤气产量升高，煤耗下降，从而更有利于推动气化反应，有效地利用原料煤［1～3］。

图1 2011年1～8月份同一煤种原料煤固定碳及挥发分含量与块煤单耗统计图

从图1可以看出，煤的固定碳和挥发分含量升高（即发热量升高），块煤单耗下降，也就是说同一煤种的发热量越高，煤质越好，越有利于气化［3］。

表1是对2011年来单台气化炉氧负荷、入炉煤发热量、块煤单耗的统计，对比分析，基本可以说明气化炉生产能力与煤发热量及煤耗之间的关系。

表1 2011年入炉煤分析统计对比表

上述统计数据表明，入炉煤发热量越高，煤的利用率越高，煤耗越低。

5 水分对气化过程的影响

煤的内在水分属煤的固有特性，不作特别说明。煤的外在水分却对气化炉的经济运行影响较大。水分过大时，会导致筛分效果变差，堵塞筛板，且块煤表面粘附末煤，入炉后影响气化炉的运行，还容易造成煤锁膨料，加煤不畅，运行负荷下降［4］。因此，要严格控制入厂煤水分，干煤入厂后要加盖遮雨棚或存于干煤棚中，避免入厂干煤在煤场变成湿煤。

6 小 结

（1）入炉煤灰含量越低越好。如果由于市场方面等原因，可以适当放宽，但以灰含量（空气干燥基）不超过35%为宜。

（2）入炉煤灰熔点差别不宜高于200℃。若灰熔点相差较大，配煤时将灰熔点相近的煤搭配，操作温度不能过高。

（3）入炉煤最佳粒度分布：8mm以下的物料不超过5%；50mm以上的物料不超过5%；8～50mm的在90%以上。

（4）入炉煤的发热量越高，灰分含量越低，煤的质量就越好，越有利于气化炉的经济运行。

［1］郭树才.煤化工工艺学 ［M］.北京：化学工业出版社，1991.

［2］贺永德.现代煤化工技术手册 ［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［3］梅安华.小合成氨厂工艺技术与设计手册 ［M］.北京：化学工业出版社，1995.

［4］许世森.张东亮，任永强.大规模煤气化技术 ［M］.北京：化学工业出版社，2005.