煤质灰分对气化生产的影响
灰分在煤气化过程中的影响及解决方案
248研究与探索Research and Exploration ·理论研究与实践中国设备工程 2020.05 (下)1 水煤浆气化装置简介中海石油华鹤煤化有限公司气化装置采用水煤浆加压气化技术，包括制浆、气化、渣水处理三个工序。
通过多年的生产研究，技术相对纯熟，不断完善工艺流程中的细节，节约成本，提高生产质量，煤气化产业未来的发展仍有很大空间。
2 灰分和灰熔点的概念2.1 灰分的来源及组成灰分是无机物，产生于煅烧的残留物或烘干的剩余物，煤气化生产过程中的灰分，是指煤样完全燃烧后剩下的残渣。
灰分主要来自煤中的矿物质。
煤中的无机矿物质经高温灼烧后，均变为金属和非金属的氧化物及盐类。
2.2 灰熔点煤灰熔融性是指煤灰在高温下达到熔融状态时的温度。
煤灰是一种多组分的混合物，没有一个固定的熔点，可以测量一个所有组分熔融的温度范围，这个温度范围就是灰熔点。
煤样在加热中，随着温度的升高，从局部熔融到全部熔融，会伴随产生一定的特征物理状态，分别为变形、软化、半球和流动。
通常用灰锥加热法测定这四个特征物理状态对应的温度来表征灰熔点。
3 灰分对气化运行的影响3.1 热量损失根据气化炉热量衡算结果（表1）可知：每吨煤，灰渣（包括残炭和灰分）带出热量为180.01MJ，是水煤气带出热量的1/20。
这部分热量损失虽不可避免，但是，可以通过减小灰分含量控制热量损失，以保证系统积累更多的热能，灰分在煤气化过程中的影响及解决方案张强（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）摘要：煤气化生产工艺过程中，由原料煤和生产过程中产生的灰分，对气化系统影响较大，如何通过煤种中含有的灰分成分和比例，进而测量灰熔点等数值，更加高效稳定的进行生产，对煤气化的发展和完善有着深远的意义。
通过对气化装置运行情况的检测和实验，进行总结。
本文通过对灰分在气化系统生产运行的影响进行分析，探讨了相应的解决办法和应对措施。
关键词：煤气化；灰分；灰熔点中图分类号：TQ541 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）05（下）-0248-02有效改善气化系统长期以来外送粗煤气温度低的问题，从而提高水汽比和变换反应效率。
煤的工业分析及其对气化的影响如何？
煤的工业分析及其对气化的影响如何？各种煤，除了其外表特征不同外，更主要的是它们的工艺性能也有很大的差别。
为了合理的利用煤炭资源，对煤作出正确的评价，在工业上，我们通常采用工业分析的方法。
煤的工业分析通常包括煤的水分、灰分、挥发份和固定碳四种，它们对煤的气化影响很大，现分述于下。
（1）水份：煤的水份通常以三种状态存在。
即游离水，一般由外界条件造成，如雨、雪等，二结晶水，是组成煤的分子与水化合而成为结晶状态的水；三是吸附水，是煤本身的空隙形成毛细吸附现象所吸附的水。
一般所指煤的水份是指实验水份，即在空气干燥状态下的试料，在105℃温度下，加热一小时所放出的水份，这主要是吸收水。
这种水份的含水量与煤形成时间的长短有关系，通常泥煤和褐煤含10℃—30%的水份，而烟煤和无烟煤的水份在5%以下。
煤中水份不但对煤的运输、破碎、筛分都不利，而且煤的水份直接影响煤的发热值，还在气化中及收大量的热量，降低煤气的温度，甚至降低还原层的温度，使煤气质量变坏，CO 2含量增加。
同时在干燥层温度较低时，气化烟煤时干馏层逸出的焦油将会发生重新凝聚，而影响发生炉的透气性。
所以，一般要求煤中的水份不超过8%。
另外，由外界条件造成的游离水，特别是雨天，将严重影响煤的筛分，使大量煤末混入发生炉，使料层透气性变坏，煤气质量下降。
故要求大多数南方工厂的煤气站设置干煤棚或采取其它降低外界水份的措施。
（2）灰份：煤的灰份是指除去水份、挥发份外，一切可燃物质在一定温度（800℃上下）完全燃烧后的残留物。
煤的灰份，主要由二氧化硅（SiO 2）二氧化铝（Al 2O 3）、三氧化二铁（Fe 2O 3）、氧化钙（CaO ）、和氧化镁（MgO ）等组成。
这些矿物质由于是由燃烧得来，故与原来煤中矿特质的真实情况是不同的。
在燃烧时，它们经历了分解、脱水等过程。
煤的灰份是其原生植物的含有物及其在形成过程中外部渗透沉积而混入的。
因此，它的种类、数量以至分布状态，由于煤层所在位置，种类以及形成的不同而异。
关于原煤灰份对气化工艺影响的探讨
关于原煤灰份对气化工艺影响的探讨水煤浆加压气化工艺是目前世界上比较先进的煤气化工艺，它具有单炉生产负荷大，可操作性强，碳转化率高等优点。
因此这套工艺倍受国内外生产厂家的青睐，也是目前国内应用最广的第三代气化工艺。
某公司从GE公司引进了这一气化技术及关键装置，经过生产实践发现，原煤灰份是影响GE气化工艺的重要因素。
基于此，本文就原煤灰份对气化工艺影响进行了探讨分析。
标签：原煤灰份；煤浆制备系统；气化系统；排渣；管道设备；渣水处理；影响原煤灰份对GE气化工艺的影响主要表现在煤浆的制备、气化的正常运行、排渣系统的正常运转、渣水系统的处理、合成气的气体组分等方面，以下就原煤灰份对GE气化工艺的影响进行具体分析一、原煤灰份对煤浆制备系统的主要影响气化工艺煤浆制备系统采用的是棒磨机开路系统。
煤浆制备系统的主要目的就是将原煤与水及添加剂一起经过碾碎混合制备出供气化使用的合格水煤浆。
原煤的灰份高低是影响煤浆品质的一个重要因素。
由于原煤中的矿物质的比重、硬度都高于煤的比重和硬度，因此，原煤中的灰份在煤浆中大部分是以较大颗粒的形式存在，且易于沉淀。
如果使用高灰份的原煤，势必使煤浆的颗粒变粗，且稳定性、流动性变差。
在使用高灰份原煤的情况下，为了保证煤浆中适合的粒度分布就必须增加磨机钢棒的填充率，调整磨机钢棒的配比。
这样既增加了磨机的电耗，同时也加剧了磨机系统设备的磨损。
另外，在使用高灰份原煤制备水煤浆时，由于比重原因，煤浆的稳定性比较差，易于产生沉淀，长期使用这种煤浆容易因为管道内沉积物过多而造成管道堵塞。
二、原煤灰份对气化系统的主要影响煤的灰份是煤中所有可燃物资完全燃烧以及煤中矿物质在高温下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣，它们是金属与非金属的氧化物及盐类。
灰份在气化炉反应中是无用而有害的物资，无用是讲它不参与气化反应，有害是因为灰份在气化炉中被熔融是要消耗热能，及多消耗氧气和煤中可燃物，多产生一些CO2，熔渣还要冲刷，侵蚀向火面砖。
煤中水分、灰分、挥发分和发热量对燃烧性能的影响
煤中水分、灰分、挥发分和发热量对燃烧性能的影响1.水分指单位重量的煤中水的含量。
煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。
一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。
煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。
水分对煤的加工利用是有害物质。
在煤的贮存过程中，它能加速风化、裂开，甚至自燃;在运输时，会增加运量，铺张运力，增加运费;炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率;燃烧时，降低有效发热量;在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装卸困难。
只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型。
2.灰分是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。
它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。
灰分对煤的加工利用极为不利。
灰分越高，热效率越低;燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难;炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严峻影响焦炭质量。
煤灰成分非常简单，成分不同直接影响到灰分的熔点。
灰熔点低的煤，燃烧和气化时，会给生产操作带来很多困难。
为此，在评价煤的工业用途时，必需分析灰成分，测定灰熔点。
3.挥发分指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。
它是对煤进行分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。
煤的挥发分产率与煤化程度有亲密关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分渐渐降低。
4.固定碳测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。
焦渣减去灰分称为固定碳。
它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出。
焦渣的外观与煤中有机质的性质有亲密关系，因此，依据焦渣的外观特征，可以定性地推断煤的粘结性和工业用途。
灰分对煤气化的影响
•
不同的气化工艺对原料 的性质要求不同， 的性质要求不同，因此在 选择煤气化工艺时， 选择煤气化工艺时，考虑 气化用煤的特性及其影响 极为重要。 极为重要。 • 主要包括煤的反应性、粘 主要包括煤的反应性、 结性、结渣性、热稳定性、 结性、结渣性、热稳定性、 机械强度、 机械强度、粒度组成以及 水分、灰分和硫分含量等。 水分、灰分和硫分含量等。
• 3灰分对管道、设备影响 灰分对管道、 灰分对管道
• 原料煤中灰分含量升高，黑水中固含量增多、 原料煤中灰分含量升高，黑水中固含量增多、 SiO2增加，使黑水、灰水系统管道、阀门、设备 增加， 增加 使黑水、灰水系统管道、阀门、 的磨损率大大增加， 的磨损率大大增加，严重时会使关键设备部分磨 蚀泄露而导致气化炉停车。 蚀泄露而导致气化炉停车。灰分的增加也使锁斗 排渣量增多，增大了灰水、黑水系统处理负荷。 排渣量增多，增大了灰水、黑水系统处理负荷。 原料煤中灰分含量增大后， 原料煤中灰分含量增大后，为了利于气化炉排渣 会提高气化炉燃烧室的温度， 会提高气化炉燃烧室的温度，由于气化炉内操作 温度的提高， 温度的提高，高温熔渣和气体加剧了对气化炉燃 烧室内向火面耐火砖的冲刷和磨损， 烧室内向火面耐火砖的冲刷和磨损，从而大大降 低耐火砖的使用寿命。 低耐火砖的使用寿命。气化炉操作温度提高 100℃，耐火砖的磨蚀速率就会增加两倍 ℃ 耐火砖的磨蚀速率就会增加两倍.
矿物质对煤气化的影响
煤中的矿物质
• 混杂在煤中的无机矿物质（不包括游离水，但包 混杂在煤中的无机矿物质（不包括游离水， 括化合水）。成分复杂，通常多为粘土、硫化物、 ）。成分复杂 括化合水）。成分复杂，通常多为粘土、硫化物、 碳酸盐、氧化硅、硫酸盐等类矿物， 碳酸盐、氧化硅、硫酸盐等类矿物，含量变化也 较大。所含元素可达数十种，主要有硅、铝、铁、 较大。所含元素可达数十种，主要有硅、 磷等。 钙、镁、钠、钾、硫、磷等。煤中矿物质按来源 可分为内在矿物质和外来矿物质。 可分为内在矿物质和外来矿物质。内在矿物质是 在成煤过程中形成的矿物质， 在成煤过程中形成的矿物质，其灰分称为内在灰 ）。内在矿物质进一步分为原 分（inherentash）。内在矿物质进一步分为原 ）。 生和次生两类，前者主要来自成煤植物， 生和次生两类，前者主要来自成煤植物，较难从 煤中分离出来， 煤中分离出来，后者主要来自成煤过程和成煤后 地下水循环过程中带来的，在煤中呈层状、 地下水循环过程中带来的，在煤中呈层状、凸镜 状以及各种复杂形状。 状以及各种复杂形状。
灰分对煤气化的影响
煤中的矿物质
• 混杂在煤中的无机矿物质（不包括游离水，但包 括化合水）。成分复杂，通常多为粘土、硫化物、 碳酸盐、氧化硅、硫酸盐等类矿物，含量变化也 较大。所含元素可达数十种，主要有硅、铝、铁、 钙、镁、钠、钾、硫、磷等。煤中矿物质按来源 可分为内在矿物质和外来矿物质。内在矿物质是 在成煤过程中形成的矿物质，其灰分称为内在灰 分（inherentash）。内在矿物质进一步分为原 生和次生两类，前者主要来自成煤植物，较难从 煤中分离出来，后者主要来自成煤过程和成煤后 地下水循环过程中带来的，在煤中呈层状、凸镜 状以及各种复杂形状。
• 2灰分对氧耗、煤耗影响
• 灰分是原料煤中的惰性物质，灰分含量增 大灰渣熔化吸收的热量增大，为了保证气 化炉顺利排渣和维持气化炉的热量平衡， 需要增加氧量来燃烧更多的碳原子。因为 燃烧了更多的碳原子，所以气化系统的氧 耗、煤耗增加。资料表明，在同样的气化 反应条件下，灰分每增加1%，氧耗增加 0.7%一0.8%，煤耗增大1.3%一1.5%.
国的国民经济意义重大。
煤炭的气化
• 煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及 压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧 气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含 有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可 燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件， 即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。 气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧 反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三 相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种 反应类型，即非均相气－固反应和均相的 气相反 应
• 3 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将 粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将 煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤 料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反 应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。
不同粉质对煤气化处理的影响分析
不同粉质对煤气化处理的影响分析【摘要】本文主要研究不同粉质对煤气化处理的影响。
在引言部分介绍了煤气化处理的意义和不同粉质的定义。
接着在正文部分分析了粉煤灰、煤粉颗粒度、煤粉燃烧稳定性、煤粉硫含量和煤粉灰分对煤气化的影响。
由此可以看出，不同粉质在煤气化过程中起着不同作用，影响着处理效果。
最后在结论部分总结了不同粉质对煤气化处理的综合影响，提出了未来研究方向建议。
通过本文的研究，可以更好地了解不同粉质对煤气化处理的影响，为相关工作提供参考和指导。
【关键词】煤气化处理、不同粉质、粉煤灰、颗粒度、燃烧稳定性、硫含量、灰分、综合影响、未来研究方向、总结。
1. 引言1.1 煤气化处理的意义煤气化是一种重要的煤炭利用技术，通过在高温条件下将煤转化为燃气，可以用于发电、炼油和化工等领域。
煤气化处理可以提高煤炭的能源利用效率，减少污染物排放，促进能源清洁化和可持续发展。
煤气化处理还可以应对煤炭资源日益紧缺的问题，有效利用煤炭资源，推动煤炭产业升级和转型。
煤气化处理对于不同粉质的煤炭有着不同的影响，不同粉质的煤炭在煤气化过程中会表现出不同的特性和效果。
研究不同粉质对煤气化处理的影响，可以为优化煤气化工艺、提高煤气化效率提供重要参考，有助于推动煤气化技术的进步和应用。
对不同粉质对煤气化处理的影响进行深入分析和研究具有重要的理论和实际意义。
1.2 不同粉质的定义不同粉质是指在煤气化处理过程中使用的不同粒度和成分的煤粉。
煤粉是煤炭粉碎后的产品，可以通过煤粉喷射到煤气化炉内进行气化反应。
不同粉质的煤粉在气化过程中会对反应速率、气化效率、产气成分等方面产生影响。
具体而言，粉煤灰是煤炭燃烧和气化后的残渣，其含量和性质影响着气化过程中的矿物组成和灰渣排放。
煤粉的颗粒度则决定了气化反应的速率和效果，颗粒度过大或过小都会影响煤气化的稳定性和产气量。
煤粉燃烧稳定性是指煤粉在气化过程中的燃烧性能，关系着气化反应的可控性和稳定性。
煤粉的硫含量和灰分含量对气化产物的硫排放和灰渣排放也有影响，需要在气化处理中加以考虑和控制。
关于煤的灰分对气化系统影响的分析
关于煤的灰分对气化系统影响的分析煤的灰分，是指煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残留物。
包括有机质燃烧后的残渣和无机矿物质在煤燃烧过程中形成的反应产物。
确切地说，灰分应称为灰分产率。
煤中灰分来源于矿物质。
煤中矿物质燃烧后形成灰分。
如粘土、石膏、碳酸盐、黄铁矿等矿物质在煤的燃烧中发生分解和化合，有一部分变成气体逸出，留下的残渣就是灰分。
目前，我公司高压煤浆泵入口煤浆灰分偏高（设计值为7.503%），在不同方面对车间及公司造成了不同程度的影响，针对这一现象，车间收集了1月27日至2月13日的相关数据，从不同方面对其进行分析，具体内容如下：一、煤浆中灰分对粗甲醇产量的影响根据系统实际运行情况，车间收集了2011年1月27日至2月13日的相关数据（表1），具体分析了灰分对粗甲醇的影响：由表1可知，18天煤浆的平均消耗量为1984.603t/d；煤浆中的灰分平均含量为16.14%；煤浆中的可燃物平均含量为1664.288 t/d；甲醇（粗）平均产量为1449.728t/d，吨甲醇（粗）耗煤浆中可燃物平均值为1.148t/t。
假设我车间在每天耗煤量不变（1984.603t/d）、吨甲醇（粗）耗煤浆中可燃物含量不变（1.148t/t），煤浆中灰分含量每降低1%对粗甲醇产量的影响见表2：由表2可知，煤浆中灰分含量每降低1%，粗甲醇产量将增加17.287t/d。
通过对国泰、鲁化单位的调研发现，兄弟单位的煤浆中灰分含量在8—9%之间，如果我公司煤浆中灰分含量由目前的16.14%（平均值）下降到8.14%，粗甲醇产量将增加138.3t/d.根据经验值，粗甲醇对应精甲醇的比例为95%左右，所以相应的每天精甲醇产量将增加138.3*95%=131.985 t/d，既每小时精甲醇产量增加131.985/24=5.47t/h，按系统年累计运行时间8000h小时计算，每年将增加精甲醇产量为8000*5.47=43794.96t/a。
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煤质灰分对气化生产的影响
烯烃气化装置设计使用原料煤的灰分为6.28~11.49%，气化装置自试车以来，所用原料煤2011年的平均灰分为15.45%，2012年的平均灰分达到了17.49%（截至到3月18日）。
2012年截至到目前吨甲醇平均耗原料煤1.92吨。
煤的灰分对气化反应存在很大的影响，主要体现在以下几个方面：
一、GSP粉煤气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣。
如果灰分过低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保护，甚至形成不了挂渣，影响气化炉的使用寿命。
因为我们使用的煤粉灰分始终高于设计值，此问题在烯烃装置暂时不存在。
二、灰分是煤中不直接参加气化反应的惰性物质，但灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热。
灰分过高气化时由于少量碳的表面被灰分覆盖，气化剂与碳表面的接触面积减少，降低了气化效率；同时灰分的大量增加不可避免将增大炉渣的排出量，随炉渣排出的碳损失量也必然增加。
三、随着煤种灰分的增加，气化的各项消耗指标均增加，如氧耗、汽耗、煤耗指标均增加，而粗煤气的产率下降，气化后的有效气体成分就减少，整个气化过程中损失大量的热量。
四、在同样反应条件下，灰分增加1%，氧耗将增大0.7%～0.8%，煤耗增大1.3%～1.5%，灰分越高气化煤耗、氧耗越高，灰渣对炉内构件的冲刷磨蚀越快。
按照化工公司制定的2012年吨甲醇耗煤上半
年1.83，下半年1.73的考核指标，结合目前烯烃公司的单耗为1.92吨，原料煤的灰分应降低 3.13~6.59%，也就是说灰分应控制在
10.9~14.36%之间。
五、灰分越高则气化炉产生的渣量越大，对气化炉渣水处理系统的影响越大，气化炉及渣处理的系统除渣负荷越重，对管道和设备的磨蚀也随之加快，大大的影响了气化炉的长周期运行，严重时会影响气化炉的正常运行。
由于气化装置设计的不合理，文丘里系统没有达到本身的洗涤效果。
灰分增高，文丘里系统水循环的设备、管道、阀门磨损现象就更严重，同时粗煤气还会将大量的细灰带入变换系统，堵塞下游装置换热器，被迫停车。
（开车至今已清理11次）
六、灰分的波动对气化的影响
在粉煤气化的实际运行过程中，粉煤流量测量的准确性是一大难题，为氧量的自动调整设置了巨大的障碍。
在灰分变化频繁的煤质时，氧量调整相对困难，如果灰分高频率波动时，氧量的调整几乎无法对应和及时，如此将会导致氧煤比偏高或者偏低，直接导致冷煤气效率的降低，影响整个气化反应。
七、提高装置运行成本。
为了降低气化炉的灰分含量，烯烃气化装置的原料煤供应在前期使用精煤和沫煤掺混，2012年1月份原料煤掺混后每生产1吨甲醇原料煤的成本就达533元，如果只采用末煤生产1吨甲醇原料煤的成本仅为445元。
每生产一吨甲醇仅在原料煤的成本上将减少533-445=88元。
按照今年120万吨产量的话，这一块将节省出1.056亿元。
鉴于以上几点，为了烯烃气化装置的长周期稳定运行，同时保证煤化工下达考核指标的完成，又要兼顾我们的成本控制，提出以下几点建议：
1、使用降低灰分的原料煤，且原煤的供应要具有稳定性，每天供气化的原料煤的灰分不能较大幅度的波动；
2、气化供煤不能采用精煤和末煤进行掺混，只得采用末煤，控制成本。
3、前期和煤化工公司沟通供给气化的原料煤灰分暂定的16-21%的指标需要下调，应控制在12-16%比较合适。
否则无法完成化工公司对我们单耗的考核任务（上半年1.83，下半年1.73）。
4、优化各系统的操作，提高目前的产率，降低相同灰分下生产吨甲醇的原料煤消耗。
5、减少气化装置的开停车次数，减小无效气的排放。
6、按照目前煤平均灰分17.5%计算，设计灰分取中值9%，灰分增加8.5%，煤耗按照每增加一个百分点增加1.5%计算，上半年吨甲醇的消耗原料煤应定为1.83+1.83*8.5%*（1+0.015）=1.98，下半年视技改完成情况再行设定。