氣化用煤要求分析

　　煤氣發(fā)生爐作為將煤炭由固態(tài)能源轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、潔凈能源的主要設(shè)備，氣化煤種的選擇至關(guān)重要，直接關(guān)系到其整體氣化效果。兩段式煤氣發(fā)生爐適宜氣化不粘煤、弱粘煤、長(zhǎng)煙煤等煙煤，也可以氣化質(zhì)量較好的褐煤，相對(duì)一段爐而言?xún)啥螤t選用煤種范圍較寬，但是對(duì)氣化用煤的具體指標(biāo)要求較嚴(yán)格。

　　A、煤炭粒度

　　任何一種類(lèi)型的固定床氣化裝置，都要求入爐煤的粒度均一，滿(mǎn)足爐內(nèi)流體力學(xué)和傳熱傳質(zhì)的需要。兩段爐之所以對(duì)煤的粒度要求嚴(yán)格，是因?yàn)樵跔t內(nèi)干餾段和氣化段中的料層總高度約為6-8米，如果煤的粒度懸殊，一方面會(huì)減少床層內(nèi)的間隙度、增加爐內(nèi)阻力，導(dǎo)致氣化強(qiáng)度下降，煤氣產(chǎn)量降低,灰渣含炭量也會(huì)隨之增加;另一方面無(wú)法保證煤得到均勻、充分干餾，影響了兩段式煤氣發(fā)生爐的氣化效果。

　　在兩段爐運(yùn)行操作過(guò)程當(dāng)中，用戶(hù)往往只看重爐體結(jié)構(gòu)是否完善、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常，卻對(duì)氣化用煤粒度情況重視不夠，恰恰是這一點(diǎn)會(huì)直接影響到兩段式煤氣站的氣化效果。有的煤氣站入爐煤粒度甚至大于10Cm，導(dǎo)致其運(yùn)行效果很差。有資料顯示：當(dāng)入爐塊煤中粒度小于1Cm的大于20%時(shí)，兩段爐的氣化效率將會(huì)下降25%。

　　分析國(guó)內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，兩段爐入爐塊煤的粒度要求最好控制在以下范圍：

　　粒級(jí)范圍：15～30mm;20～40mm;25～50mm;30～60mm

　　粒度組成：

　　>60mm 應(yīng)<5%

　　60～40mm 為10%

　　40～20mm 為70%

　　20～15mm 為10%

　　<15mm 應(yīng)<5%

　　B、煤質(zhì)要求

　　兩段爐對(duì)入爐煤的粘結(jié)性、灰熔點(diǎn)、揮發(fā)分、熱穩(wěn)定性和水分等都有相應(yīng)的要求。

　　(a)粘結(jié)性

　　煤的粘結(jié)性是決定該煤是否可以在兩段爐內(nèi)氣化使用的非常重要的指標(biāo)，原因在與：在干餾段內(nèi)煤料受熱將出現(xiàn)膨脹與粘結(jié)的現(xiàn)象，如果其粘結(jié)性較強(qiáng)，則會(huì)在此粘連而聚成大團(tuán)塊或煤餅，破壞上升載熱氣體的均勻分布、影響干餾效果，而且還會(huì)阻礙、甚至堵塞料層均勻下移，導(dǎo)致整個(gè)爐內(nèi)的氣化過(guò)程惡化。

　　(b)反應(yīng)煤在受熱狀態(tài)下的粘結(jié)性與膨脹性檢測(cè)項(xiàng)目有：自由膨脹序數(shù)(CSN)、膠質(zhì)層厚度(Y)值、羅加指數(shù)及煤工業(yè)分析中的焦渣特征(1-8)等。

　　經(jīng)驗(yàn)表明，入爐煤的粘結(jié)性，最好按表1中推薦的指標(biāo)選用。

　　表1 兩段爐對(duì)煤的粘結(jié)性要求

　　煤的灰熔點(diǎn)是煤灰熔融特性指標(biāo)，常用煤灰的軟化溫度ST來(lái)表示，灰熔點(diǎn)是判斷煤在爐內(nèi)氣化過(guò)程中是否結(jié)渣的重要參數(shù)。單段爐通常要求ST>1250℃;兩段爐氣化用煤的灰熔點(diǎn)應(yīng)再高一些，這是從全爐的操作溫度分布考慮的。為滿(mǎn)足干餾段最適宜的反應(yīng)溫度450～600℃，從氣化段上升的氣流溫度應(yīng)在600～700℃之間，相應(yīng)地、燃燒層溫度將會(huì)比單段爐高一些。例如：所選用原料煤的ST>1300℃，氣化過(guò)程中即可以滿(mǎn)足爐內(nèi)各層次反應(yīng)熱量需求又不會(huì)有溶渣或掛渣現(xiàn)象。

　　(c)揮發(fā)分

　　兩段式爐體結(jié)構(gòu)可降低煤氣的攜塵量;在干餾段內(nèi)，煤中的揮發(fā)分轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿訜N類(lèi)而析出，集中回收或提高煤氣熱值。所以我們希望煤中的揮發(fā)分含量相應(yīng)較高，突出體現(xiàn)上述優(yōu)越性。一般來(lái)說(shuō)，煤中的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量，以不低于25%為宜，而〈固定碳/揮發(fā)分〉應(yīng)大于1。

　　(d)熱穩(wěn)定性

　　對(duì)固定床氣化爐來(lái)說(shuō)，煤的熱穩(wěn)定性是影響正常氣化操作的重要因素。如果煤的熱穩(wěn)定性較差，煤炭入爐后就會(huì)因受熱而產(chǎn)生崩裂、破碎，這樣一來(lái)就會(huì)提高爐內(nèi)阻力和增加帶出物的數(shù)量。在單段煤氣爐中，煤入爐后驟然遇高溫而迅速熱分解，煤中的揮發(fā)分急速析出，會(huì)使煤塊爆裂粉碎;兩段爐結(jié)構(gòu)干餾段高而且料層厚，入爐后的煤塊是緩慢受熱升溫的，煤中水分和揮發(fā)分析出速度也相應(yīng)較慢，不會(huì)對(duì)煤層造成太大的沖擊，因此，兩段爐對(duì)煤的熱穩(wěn)定性要求可適當(dāng)放寬。例如：熱穩(wěn)定性較差的褐煤，也可以用于兩段爐進(jìn)行氣化。

　　(e)水分

　　煤的水分含量高，對(duì)氣化操作是很不利的，不僅蒸發(fā)其中的水分需要消耗一定的熱量，使煤氣熱值降低，而且在貯運(yùn)上和操作上會(huì)帶來(lái)很大不便，尤其在冬季。統(tǒng)計(jì)表明，兩段爐上段煤氣熱值會(huì)隨著氣化煤中的水分增加而明顯下降，十分敏感。

　　國(guó)外資料報(bào)道，兩段爐入爐煤中水分最高應(yīng)控制在15～25%的范圍，高于此值的煤需先進(jìn)行干燥處理方可使用。美國(guó)的FW-Stoic兩段爐，規(guī)定入爐煤中含水量為12～15%;英國(guó)的W·I兩段爐要求入爐煤中的含水量<15%;也有報(bào)道入爐煤中的含水量<6%為最適宜。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，入爐煤中的含水量以控制在<15%為宜。

　　兩段爐氣化用煤的含水量的多少也會(huì)影響干餾段的高度設(shè)計(jì)。水分含量高，干餾段則高，反之則低。

　　為了控制入爐煤的含水量，兩段爐煤氣站應(yīng)設(shè)置煤棚，尤其是在多雨的南方地區(qū)更為重要，否則，濕煤進(jìn)入振動(dòng)篩之后，煤粉會(huì)堵塞篩網(wǎng)，降低篩分效果，很難保證入爐煤的粒度要求，進(jìn)而影響氣化效果。

　　值得注意的是，某些水分是造成煤熱穩(wěn)定性不良的主導(dǎo)因素之一，特別是內(nèi)在水分中的結(jié)合水容易突然析出產(chǎn)生汽化，從而導(dǎo)致煤塊崩裂。在兩段爐內(nèi)，由于設(shè)置較高的干餾段，煤料的受熱速度緩慢，煤中的水分徐徐揮發(fā)析出，能夠造成良好的干燥效果，即可使煤的熱穩(wěn)定性得以改善。因此，兩段爐對(duì)煤中水分的要求可適當(dāng)放寬一些，例如含水量偏高的褐煤也能用于兩段爐氣化。

　　(f)機(jī)械強(qiáng)度

　　兩段爐內(nèi)的煤層較厚，一般都在6米以上，煤在爐內(nèi)下移過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生擠壓與磨擦。因此，要求兩段爐用煤比單段爐用煤更應(yīng)具有較高的抗碎、落下和耐磨強(qiáng)度。

　　綜上所述，入爐煤的煤質(zhì)對(duì)兩段爐的正常氣化有著至關(guān)重要的影響。常壓固定床煤氣發(fā)生爐用煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB9143-88)，見(jiàn)表2;兩段煤氣發(fā)生爐氣化煤種的技術(shù)指標(biāo)(GB50195-94)，見(jiàn)表3。以供讀者參考。

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