灰分对煤气化的影响

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 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。
• 4 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向 高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一 部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋 转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。
• 不同的气化工艺对原料 的性质要求不同，因此在 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。
• 主要包括煤的反应性、粘 结性、结渣性、热稳定性、 机械强度、粒度组成以及 水分、灰分和硫分含量等。
煤炭气化工艺
• 煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热 方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂 的接触方式区分，主要有：
钼、钛、锆、铌、铍、稀土及放射性元素铀、钍
等，燃烧后多富集于煤灰中，具有重要的经济价 值，提取这些元素是综合利用煤的一个重要方面。
灰分
•
煤灰分是煤在一
定温度下充分、完全
灼烧后，氧化物残渣
所占的质量分数（即
重量百分为提高煤的利
用效率，必须严格控
制煤产品的灰分。灰
分的组成一般认为是
灰分对德士古气化炉的影响
1灰分对气化效率影响
• 原料煤中的灰分含量直接影响煤的燃烧，进而影 响气化效率。保持进人气化炉水煤浆流量不变的 情况下，煤中灰分增加，粗合成气中有效气体含 量减少，系统生产能力下降。为了对煤气化过程 进行分析，利用 AspenPlus软件对德士古气化炉 进行模拟，模拟过程保持进人气化炉水煤浆流量、 水煤浆浓度、燃烧室温度不变。通过模拟，获得 灰分对粗合成气中有效气体含量的影响(见图l)。 从图中可以看到，随着原料煤中灰分含量的增加， 灰渣熔化吸收热量增加，为了维持气化炉中的温 度不变，更多的碳原子完全燃烧从而满足灰渣熔 化所需的热量。由于过多的碳完全燃烧，导致粗 合成气中有效气成分(CO+H2 )逐渐降低
一些金属元素及其盐
类。
• 衡量煤中的灰分一般用到：原煤灰分和浮煤灰分 两个概念。原煤、浮煤灰分用Ad%符号表示。我
国煤中的灰分普遍较高，且变化也很大。灰分小 于10%的特低灰煤全国仅约占探明储量的17%左 右。
•
我国是世界上规模最大的煤炭生产国，年产
量达10亿吨以上，煤炭是我国的主要能源和重要
化工原料。显然，提高煤炭的利用效率对发展我
• 以上均为地面气化，还有地下气化工艺。
• 化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、 H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气 化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产 量的
50％以上来自煤炭气化合成工艺。
煤中灰分对煤气化的影响
• 灰份含量对煤气化影响非常大,首先对气化炉挂渣 的影响,一般灰份在12%以上有利于气化炉的挂渣, 但灰份过高会增大灰水处理的负荷.其次,灰份的高 低对气化的有效气产率也会有很大的影响,对氧耗, 煤耗的影响也比较大,对德士古炉,煤灰份可以稍低 一下,在8%到12%,这样的灰份含量,应该是不错的, 但对壳牌炉,灰份含量12%到20%之间会更好些.
• 灰分含量过高对渣水处理负荷增加，管道阀门磨 损也将增加，氧耗、煤耗会增加。
• 灰分含量大，气化炉加煤频率高，排灰频率高， 煤灰锁阀门开关频率高，阀门磨损大煤灰锁循环 带出热量多，气化炉提不起负荷，产气量少，水 资源消耗量大，蒸汽和氧气消耗大，厚系统水处 理大
• 高灰分会对转化率有影响，同时灰渣量增加会导 致后续工段带灰增加，磨损管道阀门，经济性下 降。四喷嘴灰分最好不要高于11%
• 1 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部 加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂 逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下 降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为 固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以 很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动 床气化。
• 2 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒 煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直 上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应， 从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气 化效率。
• 外来矿物质是在采煤过程中由于煤层的顶板、底 板和煤层中的矸石等混入煤中而造成的。这种矿
物质用洗选的方法较易除去，其灰分称为外来灰 分（free ash）。矿物质的种类、含量和在煤中 分布状况，决定了煤的灰分高低和洗选的难易程
度，这是影响煤质的重要因素之一。此外，某些
煤还含多种稀有分散元素，如锗、镓、镍、钒、