两段式煤气发生炉气化用煤的要求

我国是世界上煤炭资源较为丰富的国家之一，煤炭在我国能源构中占有举足轻重的地位，大力开发洁净煤应用技术符合我国能源安全战略，煤气化是煤炭洁净利用技术的一种，其中常压固定床发生炉气化技术，就其生产规模、投资成本、建设周期而言，符合多数冶金、化工、建材和机械等行业的用气要求，多年来得到了较为广泛的应用。 我国煤炭资源虽然丰富，但适于作为发生炉气化的煤所占比例非常有限，常压固定床煤气发生炉的气化用煤种，一般有烟煤、无烟煤、焦炭和褐煤，其所占气化用煤比例为56.4：35.5：7.1：1，气化无烟煤、焦炭和年轻褐煤的最佳炉型为一段炉，对于烟煤和成煤年代较为久远的褐煤，一般选择两段炉作为气化炉型。由于烟煤在所有气化用煤中所占比例较大，煤源较为丰富，所以两段炉的推广应用较为普遍。两段炉对气化用煤的煤质有一定的要求，气化煤种的选择至关重要，直接关系到其整体气化效果。两段式煤气发生炉适宜气化不粘煤、弱粘煤、长烟煤等烟煤，也可以气化质量较好的褐煤，相对一段炉而言两段炉选用煤种范围较宽，但是对气化用煤的具体指标要求较严格。 2两段式煤气发生炉气化用煤的要求 2.1 粒度 煤炭粒度任何一种类型的固定床气化装置，都要求入炉煤的粒度均一，满足炉内流体力学和传热传质的需要。两段炉之所以对煤的粒度要求严格，是因为在炉内干馏段和气化段中的料层总高度约为6-8米，如果煤的粒度悬殊，一方面会减少床层内的间隙度、增加炉内阻力，导致气化强度下降，煤气产量降低,灰渣含炭量也会随之增加；另一方面无法保证煤得到均匀、充分干馏，影响了两段式煤气发生炉的气化效果。 在两段炉运行操作过程当中，用户往往只看重炉体结构是否完善、设备运行状态是否正常，却对气化用煤粒度情况重视不够，恰恰是这一点会直接影响到两段式煤气站的气化效果。有的煤气站入炉煤粒度甚至大于100mm，导致其运行效果很差。有资料显示：当入炉块煤中粒度小于10mm的大于20%时，两段炉的气化效率将会下降25%。煤质要求两段炉对入炉煤的粘结性、灰熔点、挥发分、热稳定性和水分等都有相应的要求。煤的粘结性是决定该煤是否可以在两段炉内气化使用的非常重要的指标，原因在与在干馏段内煤料受热将出现膨胀与粘结的现象，如果其粘结性较强，则会在此粘连而聚成大团块或煤饼，破坏上升载热气体的均匀分布、影响干馏效果，而且还会阻碍、甚至堵塞料层均匀下移，导致整个炉内的气化过程恶化。 2.2 灰分 煤的灰分较高，会影响气态反应物、反应产物的扩散速度和热量传递速度，致使氧化层和还原层的温度降低，严重影响气化反应速度；同时，灰渣含碳量增加，造成煤炭资源浪费和煤气产率降低。 2.3 水分 煤的水分含量高，对气化操作是很不利的，不仅蒸发其中的水分需要消耗一定的热量，使煤气热值降低，而且在贮运上和操作上会带来很大不便，尤其在冬季。统计表明，两段炉上段煤气热值会随着气化煤中的水分增加而明显下降，十分敏感。 两段炉气化用煤的含水量的多少也会影响干馏段的高度设计。水分含量高，干馏段则高，反之则低。为了控制入炉煤的含水量，两段炉煤气站应设置煤棚，尤其是在多雨的南方地区更为重要，否则，湿煤进入振动筛之后，煤粉会堵塞筛网，降低筛分效果，很难保证入炉煤的粒度要求，进而影响气化效果。值得注意的是，某些水分是造成煤热稳定性不良的主导因素之一，特别是内在水分中的结合水容易突然析出产生汽化，从而导致煤块崩裂。在两段炉内，由于设置较高的干馏段，煤料的受热速度缓慢，煤中的水分徐徐挥发析出，能够造成良好的干燥效果，即可使煤的热稳定性得以改善。因此，两段炉对煤中水分的要求可适当放宽一些，例如含水量偏高的褐煤也能用于两段炉气化。 美国的FW-Stoic两段炉，规定入炉煤中含水量为12~15%；英国的W•I两段炉要求入炉煤中的含水量＜15%，根据我国的实际情况，入炉煤中的含水量以控制在15-25%为宜。 2.4 挥发分 在干馏段内，煤中的挥发分转变为小分子烃类而析出，集中回收或提高煤气热值。所以我们希望煤中的挥发分含量相应较高，突出体现上述优越性。一般来说，煤中的干燥无灰基挥发分含量，以不低于25%为宜，而〈固定碳/挥发分〉应大于1。 2.5 灰熔点 煤的灰熔点是煤灰熔融特性指标，常用煤灰的软化温度ST来表示，灰熔点是判断煤在炉内气化过程中是否结渣的重要参数。单段炉通常要求ST＞1250℃；两段炉气化用煤的灰熔点应再高一些，这是从全炉的操作温度分布考虑的。为满足干馏段最适宜的反应温度450～600℃，从气化段上升的气流温度应在600～700℃之间，相应地、燃烧层温度将会比单段炉高一些。例如：所选用原料煤的ST＞1300℃，气化过程中即可以满足炉内各层次反应热量需求又不会有溶渣或挂渣现象。 2.6 热稳定性 热稳定性对固定床气化炉来说，煤的热稳定性是影响正常气化操作的重要因素。如果煤的热稳定性较差，煤炭入炉后就会因受热而产生崩裂、破碎，这样一来就会提高炉内阻力和增加带出物的数量。 在单段煤气炉中，煤入炉后骤然遇高温而迅速热分解，煤中的挥发分急速析出，会使煤块爆裂粉碎；两段炉结构干馏段高而且料层厚，入炉后的煤块是缓慢受热升温的，煤中水分和挥发分析出速度也相应较慢，不会对煤层造成太大的冲击，因此，两段炉对煤的热稳定性要求可适当放宽。例如热稳定性较差的褐煤，也可以用于两段炉进行气化。 2.7 机械强度 机械强度两段炉内的煤层较厚，一般都在6米以上，煤在炉内下移过程中，会产生挤压与磨擦。因此，要求两段炉用煤比单段炉用煤更应具有较高的抗碎、落下和耐磨强度。 2.8 粘结性 煤的粘结性，是决定该煤是否适于两段炉气化的重要指标，如果入炉煤的粘结性较强，煤料在干馏段内受热后膨胀、粘结，会使小块煤因粘联而聚成大团块或结成煤饼，破坏上升载热气流的均匀分布，从而影响干馏效果，而且还会阻碍料层的均匀下移，甚至出现堵塞现象，导致整个炉内气化过程的恶化。反映煤在受热状态下的粘结性指标依不同检测方法而不同，有自由膨胀序数（CSN）、胶质层厚度（Y）值、罗加指数、煤工业分析中的焦渣特征（1-8）等。 综上所述，可以看出入炉煤的煤质，对两段炉的正常气化有着至关重要的影响，两段煤气发生炉气化用煤的挥发份、灰分、灰熔点、热稳定性、抗碎强度及粘结性等技术指标。