粉煤组分对气化运行的影响

粉煤组分对气化运行的影响—马世荣

粉煤组分对气化的影响有很多，我简单从以下七个方面给大家分析一下：

一：水分

煤中水分高低对粉煤磨制及输送的影响非常大。煤中水分偏高，会显著增加磨煤单元能耗，导致粉煤在储存过程中形成架桥堵塞，给粉煤转储带来不便，粉煤输送单元通气设备的使用寿命也会大大缩短；粉煤在高水分情况下输送无法形成连续相，粉煤速度测量所需的静电也会明显减少，导致粉煤循环发生波动，给煤烧嘴的安全运行带来危害；煤中水分偏高还会导致粉煤气化的碳转化率有所降低，为保证粉煤与纯氧／蒸汽混合物之间拥有足够的接触表面积，要求粉煤的微晶结构呈细小颗粒状，而煤中水分高会导致粉煤微晶结构呈片状，会大大降低粉煤气化的碳转化率。

由此可见，Shell粉煤气化工艺要求煤中水分越低越好，原则上要求不超过10％为宜。

二：粒度大小

Shell粉煤气化工艺对粉煤的粒度大小有严格要求，一般要求小于5μm的要低于10％，大于90μm的也要低于10％。如果粒度偏粗的过多，在粉煤加压输送过程中，就会加剧对设备管道的冲刷磨蚀，从而缩短设备管道的使用寿命。如果粒度太粗，还会大大降低粉煤在气化炉内反应的接触表面积，导致碳转化率直线下降，相应的煤耗也会有所增加。

如果粒度偏细的过多，则粉煤较易被压实并形成架桥，给粉煤输送带来困难，同时还会导致粉煤循环不稳定，进而危及煤烧嘴的安全运行。

三：可磨性

煤的可磨性一般用哈氏可磨性指数HGI来表征，通常情况下，可磨性指数越大，表示煤越容易磨碎，反之亦然。如果气化煤种的HGI偏低，则原煤在磨煤机中停留的时间就会延长，磨煤机的出力就会下降，磨煤机的负荷也会相应增加，磨制单位质量粉煤的成本也会上涨。严重时，还会导致磨煤机磨制出来的粉煤粒度大小无法满足生产需要。Shell粉煤气化工艺要求选用可磨性指数较高的煤种作为气化煤种，一般要求煤的HGI大于65，才能保证Shell粉煤气化装置的运行经济性。

四：挥发分

挥发分的高低对Shell粉煤气化炉内反应的影响并不大，因为Shell粉煤气化炉内的温度高达1400℃以上，粉煤在气化炉内停留时间非常短，只有3～5s，挥发分主导的气相反应并不是气化反应的决定性步骤，决定Shell粉煤气化炉内反应速率系为气固之间的扩散反应。Shell粉煤气化工艺对煤中挥发分没有特别要求，但是煤中挥发分高低对磨煤单元影响非常大，煤中挥发分越高，用来维持磨煤系统惰性化的氮气量就越大，磨煤系统的运行成本就会显著升高。另外，煤中挥发分太高，对煤的安全储存也不利，挥发分高的煤容易发生自燃，从而危及装置设备的安全运行。Shell粉煤气化要求煤中挥发分不超过35％。

五：灰分

Shell粉煤气化工艺的重要原理之一就是“以渣抗渣”，所谓“以渣抗渣”是指利用熔融炉渣在气化炉膜式水冷壁上形成一层动态渣层，来保护气化炉內件及耐火材料，防止其承受高温热冲击及高速合成气流的冲刷磨蚀。动态渣层还能有效维持气化炉温度，减少热损，从而对降低气化炉氧耗、煤耗，提高气化炉冷煤气效率有很大帮助。实践证明，对于液态排渣型Shell粉煤气化炉，煤中灰分在12％～25％范围内最佳。

只有煤中灰分含量合适，才能在气化炉膜式水冷壁上形成良好渣层。如果煤中灰分太低，就无法在气化炉膜式水冷壁上形成保护渣层，或形成渣层太薄，达不到保护气化炉内件效果。如果煤中灰分太高，会增加Shell粉煤气化装置的能耗和物耗，相关设备仪表的寿命也会大大缩短。

六：灰熔点

Shell粉煤气化炉内温度可达1400～1700℃，通常情况下，Shell粉煤气化炉操作温度要比气化煤种灰熔点略高100～150℃。因此，最佳的气化煤种灰熔点一般在1250～1550℃。如果灰熔点太低，容易导致气化炉碳转化率偏低，同时气化炉膜式水冷壁上还无法实现正常挂渣，影响气化炉的安全平稳长周期运行。对于低灰熔点煤种，可以通过配煤或添加一些高岭土等来提高其灰熔点。如果灰熔点太高，超出Shell粉煤气化的最高允许温度，则需通过添加助熔剂将气化煤种灰熔点降至合适范围，否则就不能用Shell粉煤气化工艺进行气化。因为超温运行会缩短气化炉的使用寿命，还会增加气化系统的氧耗及煤耗，对下游系统的热冲击也会加大。助溶剂的具体添加量一般通过三元相图来予以确定。

七：粘温特性

粘温特性对Shell粉煤气化工艺的影响Shell粉煤气化工艺要求气化炉所产炉渣的黏度必须在25～40Pa·s，该黏度范围内的熔渣能确保气化炉膜式水冷壁上正常挂渣，保证气化炉顺利排渣。如果炉渣黏度太高，则会导致气化炉膜式水冷壁上的液态挂渣流动速度偏慢，大量炉渣容易在气化炉出渣口处累积并形成大渣块，从而给气化炉的顺利排渣带来麻烦。

如果炉渣黏度太低，则会导致气化炉膜式水冷壁上的液态挂渣流动速度偏快，液态挂渣的厚度就会减薄，气化炉热损就会随之增加，气化炉的氧耗、煤耗也会相应增大，气化炉挂渣厚度减薄后，高速合成气流对气化炉内件的冲刷磨蚀还会加剧，严重缩短气化炉膜式水冷壁的使用寿命。

煤质变化的表现形式多种多样，具体表现在煤质各个表征参数的变化，煤质参数中任何一个发生变化，都会对Shell粉煤气化工艺造成一定的影响。稳定的煤质对Shell粉煤气化工艺至关重要，它是装置能否长周期连续稳定运行的关键所在，也是能否实现装置运行经济性的重中之重。而在装置实际运行时，煤质的波动是不可避免的，因此就要采取适当措施来稳定气化炉入炉煤种的煤质。稳定煤质的措施很多，只有坚决落实这些措施，才能稳定Shell 粉煤气化炉入炉煤种的煤。