第2期(總第95期)煤化工No. 2(Total No 95)2001年5月Coal Chemical IndustryMay 2001水煤某漿加壓氣化原料用煤的選擇及更換范立明原俊杰陜西省渭河化肥廠71400趙新合陜西省石油化工學校710061摘要渭河化肥廠原采用的黃陵煤,由于煤質灰分含量及灰熔點偏高,影響了德士古氣化爐長周期穩(wěn)定運行。經廣泛調研分析之后,將原料煤更換為華亭煤,基本滿足了氣化爐長周期穩(wěn)定運行的要求。本文對原料煤更的原因進行了分析論證,對試燒及結果進行了總結,提出了今后原料煤選擇的一些方法。關鍵詞水煤漿原料煤加壓氣化文章編號:1005-9598(2001)02-0046-05中圖分類號:TQ534文獻標識碼:B眾所周知,我廠德士古水煤漿加壓氣化裝置原生產過程中,氣化爐操作溫度相對偏高(1380C始設計采用黃陵煤為原料,由于煤質變化,灰分含量1440C),耐火磚磨蝕嚴重,壽命短(第一爐磚的最及灰熔點偏高,致使1996年2月23日投料之后的長使用時間為4400h);灰渣粘溫特性不好,排渣困年多時間里,氣化爐難以實現(xiàn)穩(wěn)定長周期運行難,經常發(fā)生氣化爐渣囗堵塞,影響正常運行;另外,重制約了整個系統(tǒng)的生產運行。經廣泛地對煤源調由于原煤灰分高,導致黑水中固含量遠遠超過設計查和研究分析之后,更換的華亭煤除煤漿濃度較低值,表Ⅰ為鎖渣罐在一個運行周期不同時間段之外,基本滿足了我廠氣化爐穩(wěn)定長周期運行的要1304入口水中的固含量,會造成黑水系統(tǒng)管道、閥求,改變了生產被動的局面。本文擬就這一更換過程門、設備磨蝕嚴重,經常因關鍵設備部分磨蝕泄漏而予以總結。導致停車,僅1996年10月7日~10月11日的五天時間里,P1403泵處磨蝕泄漏就高達12臺次;這項目的產生些問題的存在均嚴重地影響氣化爐穩(wěn)定運行,氣化爐最長的運行時間單爐不足20天。Texaco水煤漿氣化工藝是用純氧與水煤漿在表1P1304泵入口循環(huán)黑水固含量高于煤的灰熔點100C以上的溫度下進行部分氧化時間/mn51015反應,生產以CO+H2為主的粗合成氣,氣化過程固含量/%2.403.985.44.537.24采用液態(tài)排渣,因而操作溫度較高(1350C440C)。按其原理分析,其工藝過程可以處理煙面對如此艱難的生產局面,我「廣大技術人員煤、褐煤、泥煤等各種煤種,且可以獲得較高的碳轉展開了一系列的調查,并進行了分析和硏究,提出了化率。適宜于水煤漿加壓氣化的原料煤質量指標,并嚴格我廠原設計及投料開車使用本省黃陵煤,該煤地制定和落實了原料煤更換的方案步驟,成功地實種內水含量較低,成漿性能良好,發(fā)熱量高,硫含量現(xiàn)中國煤化工的穩(wěn)定生產。適中,但其灰含量較高且不穩(wěn)定,灰渣熔融特性不CNMH好。自1996年2月23日投料至1997年7月的2德占原科用煤所進行的調查和研究收稿日期:2000-10-152.1水煤漿加壓氣化原料用煤選擇原則的確定作者簡介:范立明,男,1962年3月出生,1990年畢業(yè)于鄭州工學院化工系,碩士研究生,高級工程師,現(xiàn)在渭河化肥廠從由于 Texaco水煤漿氣化工藝原則上在高于煤事技術開發(fā)、生產管理、設計審查、新產品開發(fā)等工作的灰熔點100C以上的溫度下操作,以便于液態(tài)順2001年5月范立明等:水煤漿加壓氣化原料用煤的選擇及更換利排渣,因而他們認為其工藝過程適應的煤種廣,在表2上海、魯南、宇部、渭河氣化原料情況比較選擇原料用煤時其重點放在煤的成漿性能上,同時工業(yè)分析項目上海焦化廠魯南宇部渭化兼顧了一些煤的氣化性能,而對于高灰熔點、高灰粘內水/%度的煤,簡單地考慮煤的成漿性能就確定其能否適灰分/9.0412.722.56用于水煤漿加壓氣化工藝,是較為片面的揮發(fā)分/%31固定碳/%我們通過生產實踐并經過對國內外生產裝置的熱值/kJ·kg28.4930.42運行考核及認真分析討論,提出 Texaco水煤漿加220壓氣化工藝原料煤選擇的原則應以煤的“氣化性能灰熔點/CT12431210270及穩(wěn)定運行性能”為主,同時兼顧煤的成漿性能。煤12511366的氣化性能包括其反應活性及在一定工藝條件下可以達到的各種技術指標,而穩(wěn)定運行性能主要表現(xiàn)大。嚴格來講,煤質對成漿性能的影響是多方面的,在其能否實現(xiàn)氣化爐的順利排渣,設備、閥門的故障而且各個影響因素之間又是密切相關的。對此,已有率及連續(xù)運行的時間。以上指導原則的確定,使我們多方面的研究成果,目前較為通用的是評價成漿難得以有的放矢地進行了原料煤的一系列研究分析。易程度的難度系數數學模型并且與 Texaco以往研究不同的是,我們著眼于對D=7.5+0.5Mad-0.05HGI煤中無用成分—灰分的各項研究,對 Texaco水其中Mad——煤的分析基最高內在水分煤漿加壓氣化工藝創(chuàng)新地進行了補充和提高。HGl—煤的哈氏可曆指數;2.2煤的各種質量指標的分析研究D—成漿難度系數2.2.1煤的灰分含量灰分是煤中的無用成份,無根據成漿難度指數,可以大概推算理論上可制論對于何種用戶,均希望其含量越低越好,在得的最高的煤漿濃度CTexaco氣化過程也不例外,但為了使其能順利地以C=77-1.2D液態(tài)排岀氣化爐,必須將溫度升至其灰熔點溫度以由以上研究結果可以看出,煤的內在水含量越上,而氣化反應過程本身并不需要在如此高的溫度高,制得的煤漿濃度越低。煤漿濃度降低,不僅使生之下操作,這樣就無謂地增加了氧耗,并使部分C產裝置達不到額定的負荷,而且使添加劑的消耗、煤燃燒成CO2,以保持足夠的反應溫度。有資料研究表耗、氧耗均有一定增加,綜合技術與經濟方面考慮,明,在同樣的氣化反應條件下,灰分每增加1%,氧我們認為 Texaco水煤漿加壓氣化原料用煤的最高耗增加0.7%~0.8%,煤耗增大1.3%~1.5%;內水以Mad≤8%為宜。其次灰分的增加不僅降低了煤漿的有效成分含量,2.2.3煤灰渣的熔融特性煤灰的熔融特性也就而且加劇了對耐火磚的磨損,使其壽命大為縮短,同是 Texaco在確定氣化爐操作溫度時所要測定的煤時也使灰、黑水中的固含量升高,系統(tǒng)管道、閥門、設的灰熔點煤的灰熔點越高,氣化爐的操作溫度就隨備的磨損率大大加劇,設備故障率提高,正如表1及之提高,這樣氣化爐耐火磚的壽命相應縮短(氣化爐前面所敘述的那樣由于灰水中細灰含量高過濾機操作溫度毎提高100C,耐火磚的磨蝕速率增加兩的開、停次數增加,工人的勞動強度提高倍);氧的消耗也增加。為了降低操作溫度就需加入另外,灰分含量高對成漿性能也有一定影響,除助熔劑以降低灰的熔點,但助熔劑的加入又增加了使煤漿的有效成分降低之外,成分的增加還使煤質煤中旳惰性物質含量,使耐火磚曆損加劇,固體灰渣的均勻性變差,削弱煤漿分散劑的分散性能,在相同處理量增加,還增加了整個制漿過程的成本,減少了煤種前提下,對提高煤漿濃度不利。煤漿的有效成分。綜上分析,煤的灰分應該越低越好,參考表2所中國煤化工的數據前提下煤灰的示國內外運行廠的煤質參數,我們認為煤的灰分含熔量應≤13%粗感描標問NMHG確定氣化爐操作溫度的同尖謳仃煤種的數據及我廠的生2.2.2煤的最高內水含量煤的內水對氣化過程產經驗,我們認為,煤的熔融特性以t3≤1300C為的影響主要表現(xiàn)在對成漿性能的影響,一般認為煤宜的內水含量越高,煤中OC比越高,含氧官能團和2.2.4灰的粘溫特性及灰成分對其的影響我們親水官能團越多,孔隙率越發(fā)達,煤的制漿難度越認識到通過測定煤灰的灰熔點來確定氣化爐的操作煤化工2001年第2期溫度有極大的局限性,而較為科學與可靠的指標是25ra·s確定操作溫度,黃陵煤145θ℃,華亭煤煤灰在一定溫度下的粘度(即灰的熔融性)。事實上1370C,兩者相差90C。根據煤的灰成分計算不煤灰的粘溫度曲線有一定的指導意義同溫度下的灰粘度已成為我們判斷煤種是否能夠穩(wěn)粘度是衡量流體流動性能的主要指標,要實現(xiàn)定適應于 Texaco氣化過程及確定氣化爐操作溫度氣化溫度下灰渣以液態(tài)順利排岀氣化爐,就應使其范圍的重要依據。粘度在合適的范圍之內,既要保證在耐火磚表面形2.2.5灰渣的焦渣特征灰渣粘度是煤灰的高溫成有效的灰渣保護層,又要保持一定的流動性。這項特性,利用以上的軟件能夠估算,要真正測定其在不指標是煤的穩(wěn)定操作性能的重要體現(xiàn)。國內外對液同溫度下的粘度則代價昂貴且復雜,因而我們又引態(tài)排渣鍋爐的研究指岀,灰渣的粘度應在25Pa·s用煤灰渣旳冷態(tài)特性即焦渣特征來判斷煤灰的粘結4θPa·s之間方可保證液態(tài)鍋爐的順利排渣,我性。焦渣特征是指測定煤揮發(fā)分后所殘留下焦渣的們對液態(tài)排渣鍋爐與 Texaco氣化爐進行了橫向比特性,共分8類,序號越大粘結性越強。我們經過廣較并經過多項實驗分析,認為 Texaco氣化爐操作泛地實驗分析,認為適合于 Texaco水煤漿加壓氣溫度下的灰渣粘度應控制在20Pa·s~3σPa·s為化工藝的原料煤焦渣特征應為1~2。2.3水煤漿加壓氣化工藝原料用煤的質量指標體影響灰渣粘度的主要因素是煤灰的組成,即灰系成分。我們知道,灰中的主要礦物質成分是Al2O3總結以上的研究分析,結合我廠及國內外同類SiO2、CaO、Fe2O3、MgO等,通過調查研究表明:型廠的運行經驗,我們在新的指導思想即以煤的氣AlO3是灰渣熔點升高、粘度變差的主要成分,化性能及穩(wěn)定操作性能為主,兼顧成漿性能的原則而且Al2O3越高,其軟化溫度越高指導下,提出適合水煤漿加壓氣化工藝的原料煤質SiO2是煤灰成分中含量最高的組分,一般而言量指標如下它使煤的灰熔融特性變差,粘度升高,但由于它與其灰分含量≤13%它組分(CaO)可以形成低熔點的物質因而其含量在最高內水含量≤8%定的范圍之內可以依據添加CaO使其對灰粘度操作溫度下的灰渣粘度20Pa·s~30Pa·s(t3的影響削弱。因而通過計算SO2+A2O3/CaO比,<1350C可以粗略判斷煤灰熔點的高低灰渣的焦渣特征1~2CaO是降低灰熔點的成分,它可以與SiO,形成然后在以上指標的控制之下進行煤種的評價和低熔點的硅酸鹽,但其含量過高析岀CaO單體反而選擇,成功地進行了我廠原料煤種的更換,實現(xiàn)了氣使灰熔點升高,粘度增大。因而CaO是最常采用的化爐平穩(wěn)長周期運行。助熔劑組分,但其添加量應控制在一定的范圍之內,般應控制CaO量與灰分之比在20%左右。3原料煤種的更換Fe2O3也是降低灰熔點及灰渣粘度的組分。3.1原料煤源的調查及華亭煤的確定科技工作者通過大量的研究,分析了以上各組在進行一系列的理論分析和研究的同時,我們分對灰渣粘度的綜合影響,回歸出了許多有用的經組織物資采購及質檢分析人員對我國西北地區(qū)的煤驗公式,其中較為常用的是灰渣粘度25Pa·s所對源進行了廣泛地調查、取樣,可供使用的煤種分析結應的溫度t果列于表3。通過t2s的高低大概可以判斷灰渣流動情況的根據煤質初步分析結果及經濟因素,初步選下好壞,越低說明氣化爐在較低的溫度下即可實現(xiàn)甘肅華亭煤為替代原料,其全分析結果列于表4順利排渣3.中國煤化工另外, Watt-Fereday等人將對灰渣成分對灰渣CNMH(定了華亭煤為替代原粘度的影響進行了回歸料之后,除對該煤種進行了元素分析、工業(yè)分析及灰我們據此編寫了計算機應用軟件,并對給定煤成分分析之外,還在實驗室進行了該煤種的成漿性種進行了粘溫特性曲線的估算及繪制,計算結果為:能試驗及石灰石添加實驗,成漿性能試驗結果列于華亭煤在相同溫度下的灰渣粘度遠低于黃陵煤按表2001年5月范立明等:水煤漿加壓氣化原料用煤的選擇及更換表3渭河化肥廠煤質調查分析數據取樣地點煤礦名稱外水/內水/灰分/揮發(fā)分固定碳熱值灰熔點/C陜北大柳塔礦(精煤)|7.4012.2133.6445.8325.18105311271248陜北大柳塔礦(原煤)7.608.2012.2236.7542.8327.79118712701328上海焦化廠生產用煤山東魯南生產用煤9.0440.4347.96甘肅華亭楊家溝、馬蹄溝混煤7.8516.0826.6749.4023.57122012301290甘肅靖遠國營紅會一礦603.478.2026.9161.4229.021150170230甘肅靖遠集體共興礦202.8410.5229.7856.862888118012001290甘肅華亭管委會、陳家溝混煤5.8615.2235.9642.9624.36124912971348甘肅華亭陳家溝礦(粉煤)12.6434.5143.3423.10119412541347表4甘肅華亭煤質分析結果(1)磨機投煤負荷仍按黃陵煤設計煤量100%工業(yè)分析元素分析灰成分運行;外水/%6.60C/%59.9850/%4.62(2)控制石灰石添加量為投煤量的2.5%~內水/%51H/%4SO3/%53.0%,經灰成分分析使CaO含量保持在20%~灰分/%1O/%12.31揮發(fā)分/%34.51S/%0.42Mg0/%2.64固定碳/%43.34N/%0.96AO3%25.79(3)添加劑添加量控制在1.5‰~2.0‰,煤T11194Cl/×10-6230.63TiO2/%0.78漿粘度700mPa·s~1o00mPa·s,pH控制在7灰熔T21254As/×10P2O3/%0.86點/C(4)控制氣化爐進料OC=1.05,根據華亭煤T313570.77全分析,氧煤比大約455m3O2/m3煤漿;[哈Fe2O3/%8.90熱值/MJ·kg-23.08Na2O/%1.60(5)根據華亭煤粘溫特性曲線及灰熔點分析,氣化爐溫度1320C~1350C,溫度計失靈情況下表5華亭煤實驗室成漿性能按CH4量:500×10-6~800×106,CO2量:19%~20%控制煤漿質量分數/%添加劑用量/‰粘度/流動性(級評)(6)其它運行控制參數與黃陵煤生產運行參數270相同。63.46500B+63,673.06203.3試燒結果的分析B66.24940試燒工作于1997年7月18日開始,在大量技4.75940術準備工作的基礎之上,試燒工作進展順利,經過對大量試燒數據的計算,其運行結果列于表6、表7實驗室成漿性能試驗表明,在保證流動性能的表8。前提下,華亭煤可制成的煤漿濃度約62%,NDF-01華亭煤試燒的技術分析結果表明的添加量在1.5%~2.5%的范圍內(1)華亭煤作為水煤漿加壓氣化原料用煤在技3.2.2石灰石添加量試驗為了降低灰熔點,有效術上是可行的地控制灰渣粘度,我們在實驗室進行了一系列石灰(2)由于華亭煤活性高,灰熔點及灰粘度較黃石的添加試驗,并分別測算了煤及添加石灰石之后陵中國煤化工化爐操作溫度下降約的粘溫特性曲線。結果表明,石灰石添加量應控制在50CNMHG爐耐火襯里的使用時使灰分中的CaO含量在20%~25%,其添加量為間和=大有益處。一W國產磚的使用壽命達煤的2.5%~3.0%8800h~9300h3.2.3試燒技術方案的確定根據實驗室外成漿(3)使用華亭煤氣化爐排渣順利,排渣量因灰性能試驗及石灰石添加試驗結果,經過認真地技術分含量低而明顯減少,氣化爐工況平穩(wěn),運行周期加討論,制定了嚴格的試燒技術方案,其要點如下:長,氣化爐單爐最長時間達58天,1997年7月改換煤化工2001年第2期表6華亭煤試燒運行計算結果表7對華亭煤試燒運行各技術參數的計算結果項目結果項目結果入爐氧氣/m3·h15930.0產氣率/m3(CO+H2)·kg1干煤氧氣濃度/%碳轉化率/%冷煤氣效率/%73.0純氧流量/m3h(kg·h-)158660(22625.0)比煤耗/kg·(km3(CO+H2)入爐煤漿/m3·h比氧耗/m3O2·(km3(CO+H2))煤漿重度/t·m3氣化強度/m3·(m3·h)13826.8煤漿流量/kg·h40823.0氧耗/mO2·(t煤630.96O/C煤漿濃度/%CO+H2/%固體流量/kg·h25547.0石灰石添加量/kg·h-1煤量/kg:hi表8華亭煤與黃陵煤的技術數據對比25049.5干基工藝氣量/km3·h48.60華亭煤|黃陵煤統(tǒng)計值CO/產氣率/m3(CO+H2)·(kg干煤)-1.571.591.5835.62碳轉化率/%96.596.998.0CO+H2/%79,72冷煤氣效率/%73.072.472.0比煤耗/kg·(km3(CO+H2)-1648.9627.263.8煤耗/kg干煤·(m3(CO+H2))-1比氧耗/mO2·(km3(CO+H2)-1409.4404.344.0氧耗/kgO2·(m3(CO+H2)氣化強度/m3·(CO+H2產量/m3·(d·臺)930000氧耗/m°O2·(t煤)-1630.9644.7700.4煤種半年后的五個月(大修一個月)合成氨產量是前化過程的影響而提出的水煤漿氣化原料煤選用原則半年六個月的1.9倍,尿素產量是前半年的2.1倍即以煤的氣化性能及穩(wěn)定運行性能為主兼顧成(4)同黃陵煤相比,華亭煤各種技術參數基本漿性能的觀點是可靠和科學的,是對 Texaco水煤達到或低于設計值,基本可以滿足我廠生產裝置的漿加壓氣化工藝的補充和提高在技術上具有獨創(chuàng)要求性。同時經過生產實踐證明制定的煤質指標是準確(5)使用華亭煤經濟效益顯著,合成氨煤耗可可靠且可行的節(jié)約52元/t。目前,我們所選擇的煤種因成漿難而制約了生(6)由于其內水含量較高,難以制出高濃度的產負荷的提高,對此要進行綜合的研究分析,進行攻水煤漿,目前煤漿濃度大約60%制約了系統(tǒng)負荷關,從工藝、設備及煤漿分散劑等各方面尋求突破的提高,使得系統(tǒng)難以實現(xiàn)100%負荷生產口。工藝上應尋求煤漿粒度分布的最佳值,以調整磨機級配,使其滿足制漿對粒度分布的要求;設備上對4結論及進一步的工作磨機滾筒篩可進行適當的改造,使其在滿足制漿粘度的情況下不致于過多跑漿;煤漿添加劑應進行改通過我廠原料煤更換及使用華亭煤穩(wěn)定生產的性研究,以更好地適應高內水的煤制漿這樣通過多實踐,證明我們通過研究煤的無用成分對水煤漿氣種途徑來提高煤漿濃度,使系統(tǒng)盡快達到滿負荷生啟中國煤化工《煤化工》期刊從2001年開始,增設“作者簡介”內容CNMH簡介,內容包括姓公名年齡職稱、畢業(yè)時間、畢業(yè)于何院?，F(xiàn)主要從事的工作內容%%%Summarization of replacement and choice of CoaUsed in Coal-water Slurry PressurizationGasificationFan limiYuan JunjieShaanxi Weihe chemical Fertilizer Plant 714000)Zhao xinhe(Shaanxi Petro-chemical Industry School 710061)Abstract The feed coal firstly used in Weihe ChemicalFertilizer Plant was from Huangling. the gasifier could notrunning in a long period and stable because of the high ashcontent and higher ash fusion temperature point. Aftercarel, aing, we changed coal from中國煤化工meet the demand of stableCN MHGon of replacing the coalanalyzed, the test running and the results are summarized inhis paper. In the end, the methods to select the coal used ingasification process are put forwardKey words coal-water slurry, feed coal, pressurizedgasifIcation