26-小粒煤与型煤掺烧工艺探讨

小粒煤与型煤掺烧工艺探讨
赵彦军
河南省·安阳化学工业集团公司
近几年来，随着国内煤炭价格大幅上涨，煤头氮肥企业的生存和发展面临着比较严峻的考验。

各企业从自身实际情况出发，不断改变原料路线，采用先进技术，改造设备，强化生产管理，优化工艺指标，以提高煤气炉气化强度，降低煤耗，从而达到降低合成氨生产成本的目的。

我公司2006年新建了8台φ2650mm 固定床间歇式煤气炉，全烧8～25mm的小粒煤，于2007年2月17日正式投产。

此外，由于我公司使用块煤量大，块转粉也较多，而型煤技术作为投资少，见效快，符合中国国情的洁净煤主要技术之一，不仅可缓解块煤供需矛盾，提高原料利用率，同时可降低合成氨生产成本，提高企业经济效益。

故2007年公司又上了一套年产15万t的粘结煤球装置，2007年9月正式生产。

经过三个月的摸索试烧，实践证明，型煤可获得与块煤相当的产气量及气体组成，且操作稳定，技术可行，可代替块煤。

11月小粒煤掺烧型煤趋于稳定正常，取得了较好的经济效益。

本文对我公司φ2650mm煤气炉型煤、小粒煤按2:1掺烧制气运行情况进行了总结，以供同行参考指正。

1 对原料的加工和管理，要保证原料质量稳定
对小籽煤质量指标要求：原料进货渠道要正规，接收要严守制度，入炉煤粒度要均匀，入炉含粉量要控制在3%以下，矸石含量要控制在2%以下，水分要控制在2%以下，以达到入炉煤质稳定的目的。

对型煤质量指标要求：调整型煤生产工艺指标，严格按照最佳配料的配比方案进行，控制好烘干炉的温度，调节好烘干链的转速，保证煤球的完好率在90%以上，冷态机械强度在800N/个以上，热态机械强度（热稳定性）在75%以上，合格率在90%以上。

2 工艺条件的选择
2.1 循环时间的制定
循环时间长短制定的主要依据是根据煤气炉的炉型、风机性能及煤质来确定的。

目前就φ2400～φ2800mm煤气炉来说，业内人士普遍认为短循环对稳定气化层温度与产气量有益。

循环时间长气化层温度、半水煤气的产量和质量波动大，循环时间短气化层温度波动小，半水煤气的产量和质量稳定。

我公司8台φ2650mm煤气炉配置2台D500（风压29.4kPa）鼓风机，由于充分考虑到短循环吹风比例过大、相对制气时间较少的缺点及短循环工艺阀门起落所占用的时间较多，有效制气时间缩短，阀门的频繁起落而造成使用寿命缩短的缺憾，同时考虑到小粒煤掺烧型煤入炉含粉增多而引起床层阻力分布不均匀，易吹翻、出现风洞等问题，经过一段时间的研讨和实践，最终将循环时间确定为120～135s，循环时间分配详见表1。

目前我公司采用120s上加氮制气，既保持了循环制气时间长的优点，又启用了上加氮弥补其吹风提温时间短的弊端，有效延长了制气前期的高温时间。

经过一段时间的运行，既使气化层温度波动范围减小，气化层的上限温度得到了有效控制，下限温度得到了提升，蒸汽分解率也得到了提高，对炉况的稳定、气化层温度的提高都比较有利，特别是对劣质煤制气效果更佳。

同时对工艺阀门的使用寿命也不会有太大的影响。

表1 两种原料120s循环时间的分配 s
原料 吹风（回收） 上吹（加氮）下吹 二次上吹 吹净
小籽煤 28 27 55 7 3
2：1掺烧 25 28 57 7 3
2.2 风压、风量与吹风时间的选择
风压高低、风量大小、吹风时间长短是根据煤质的特性、风机的性能、煤气炉的炉型与工艺流程来确定的，也是根据气化层温度和制气负荷来决定的。

许多厂家对系统阻力、风机型号、炉箅匹配等工艺进行改造，以此达到高风速、大风量的吹风要求。

在提高风量的同时，炉箅各层的布风量及布风的合理性也是一个很重要的因素。

合理的增大炉箅的布风量，扩大风管及中心管直径、上行煤气管径，对提高风量、缩短吹风时间、提高吹风效率是很有效的。

但前提是增大气体流速、提高风量、增加吹风时间及工艺改造的同时要在保证炉况稳定的基础上进行调整，使煤气炉炉况稳定、不翻炉、不结疤、上行带出物小于2%。

过大增加气体流速、提高气体压力不仅使风机增耗功率，甚至使煤气炉吹翻。

小粒煤掺烧型煤，由于型煤通风性好，但固定碳含量与热稳定性差，灰熔点低；而小粒煤透气性差，但易燃烧、气化表面积大、气化效果好。

两者掺烧后，优缺点进行了互补，既保证了良好的通风性，又保证了良好的气化效果。

同时我们认为两者掺烧比例在2：1左右比较合适。

通过实践，我们找到了适合我公司工艺流程和配置的这种燃料气化的风压、风量与吹风时间的指标，见表2。

表2 两种原料的风压、风量与吹风时间选择
原料 风压 kPa 风量 m3/h 吹风时间 s
小籽煤 29 23000 28
2：1掺烧 27 26000 25
2.3 蒸汽用量的控制
蒸汽用量的大小取决于热量平衡。

蒸汽用量过大使大量蒸汽在炉内未被分解而带走造成热量损失，气化层温度下降幅度大，气化效率差；蒸汽用量过低生产能力下降，同时在床层阻力不一致的情况下，局部过热，易结疤结块，气质下降。

要想使煤气炉的操作达到临界状态下的稳定，蒸汽用量的总和必须服从于所使用燃料的特性。

针对小籽煤、型煤2：1掺烧的情况，上、下吹入炉蒸汽的配比一定更要合理。

由于小粒煤1:1掺烧型煤床层阻力大，吹风时碳与氧的反应往往集中在煤气炉下部，火层易下移。

蒸汽调节时一般参考煤气中CO2含量来进行，一般控制在8%～9.5%比较合适。

且上吹蒸汽用量的控制应大于下吹蒸汽的用量，差值一般控制在0.7～1.0t/h较为合理。

另外，掺烧时炉内气体通过阻力增大，同时气化表面积增加，气化速度加快。

因此入炉蒸汽压力以保持足量的蒸汽通过气化层为目标，从而发挥小粒煤气化速度快的特点，在单位时间内制得更多的煤气。

为此，我们把入炉蒸汽压力由原0.05MPa提高到0.07MPa。

2.4 上、下行温度的控制
由于小粒煤掺烧型煤含粉大、粒度小、比表面积大，燃烧气化速度快，床层不太稳定，在制气时对工艺条件要求很苛刻。

炉上温度高则煤气带出的显热多，损失大，燃料消耗高，而炉上温度低说明气化层温度低，直接影响煤气炉的气质和气量；下行温度高说明气化层下移，易造成下部过热结大块，产气量低、消耗高，严重时烧坏炉箅等炉下设备，影响煤气炉的安全稳定运行，而下行温度低说明火层上移，同样影响产气量，还会造成燃料燃烧不完全，返焦高、煤耗升高。

所以掺烧时要严格控制好上、下行温度。

我公司上行温度控制在200±50℃，下行温度控制在300±50℃。

2.5 炭层高度的控制
煤气炉使用原料掺烧制气，炭层的高度要根据炉型、风机能力的大小和工艺流程来确定。

炭层控制的高，虽在吹风阶段增加燃料层蓄热容量，在制气阶段蒸汽与炭的接触时间得到增加，有利于蒸汽分解率的提高，有利于二氧化碳还原反应的进行，有利于提高煤气的产量和质量，同时炭层高能延长炭在炉内的停留时间可降低返焦率。

但炭层控制过高，在吹风阶段气化剂与炭的接触时间长，二氧化碳比较容易还原成一氧化碳，使吹风潜热损失增加。

另外，随着炭层的提高床层阻力的增加，吹风时炉上、炉下的压差增大，气化剂易形成偏差而造成局部过热，同时吹风气流易向外环区扩散，引起炉面温度高，挂壁、吹翻等不正常现象。

炭层过低，炉内有效炭层降低，煤气炉的蓄热量减少，单炉气化强度和气质受到限制且不能适应高风速及高风量的需求而造成炭层被吹翻，气质差，严重时氧含量高迫使停炉，直接影响炉况稳定。

我公司φ2650煤气炉采用D500风机，因炉体高度为5600mm，又是侧面出气，故有效炭层不能控制过高，空层一般控制在2000±100mm。

3 煤耗与经济效益分析
3.1 煤耗
2007年9月全烧小粒煤，吨氨煤耗为1.2797t。

2007年12月2：1掺烧型煤后，吨氨煤耗为1.2810t。

由以上数据可以看出，吨氨耗煤基本不变，煤气炉的气质、气量变化也不大。

也就是说，根据2：1掺烧的煤耗、气质及气量，从生产上来说完全可替代全烧小籽煤。

3.2 经济效益分析
按年产合成氨100740t，吨氨耗煤1.28t计算，年可节约小粒煤64474t。

小粒煤每吨按950元，型煤按600元计算，年效益为64474×（950－600）=2256.59万元。

从上述分析可知，2：1掺烧型煤不但对生产没有影响，且经济效益可观。

4 结语
小粒煤2：1掺烧型煤，不仅为企业降低了生产成本，增加了经济效益，同时也遵循了资源循环利用的宗旨。

为此，我们下一步计划对煤气炉进行炉体加高、顶部取气、风机等设备改造来提高煤气炉产气量，多掺烧型煤，为企业创造更大的经济效益。