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、長煙煤等煙煤，也可以氣化質(zhì)量較好的褐煤，相對一段爐而言兩段爐選用煤種范圍較寬，但是對氣化用煤的具體指標要求較嚴格。

　　A、煤炭粒度

　　任何一種類型的固定床氣化裝置，都要求入爐煤的粒度均一，滿足爐內(nèi)流體力學和傳熱傳質(zhì)的需要。兩段爐之所以對煤的粒度要求嚴格，是因為在爐內(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，一方面會減少床層內(nèi)的間隙度、增加爐內(nèi)阻力，導致氣化強度下降，煤氣產(chǎn)量降低,灰渣含炭量也會隨之增加;另一方面無法保證煤得到均勻、充分干餾，影響了兩段式煤氣發(fā)生爐的氣化效果。

　　在兩段爐運行操作過程當中，用戶往往只看重爐體結(jié)構(gòu)是否完善、設(shè)備運行狀態(tài)是否正常，卻對氣化用煤粒度情況重視不夠，恰恰是這一點會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，導致其運行效果很差。有資料顯示：當入爐塊煤中粒度小于1Cm的大于20%時，兩段爐的氣化效率將會下降25%。

　　分析國內(nèi)外的成功經(jīng)驗，結(jié)合我國的實際情況，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

　　兩段爐對入爐煤的粘結(jié)性、灰熔點、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，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，則會在此粘連而聚成大團塊或煤餅，破壞上升載熱氣體的均勻分布、影響干餾效果，而且還會阻礙、甚至堵塞料層均勻下移，導致整個爐內(nèi)的氣化過程惡化。

　　(b)反應(yīng)煤在受熱狀態(tài)下的粘結(jié)性與膨脹性檢測項目有：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)驗表明，入爐煤的粘結(jié)性，最好按表1中推薦的指標選用。

　　表1 兩段爐對煤的粘結(jié)性要求

　　煤的灰熔點是煤灰熔融特性指標，常用煤灰的軟化溫度ST來表示，灰熔點是判斷煤在爐內(nèi)氣化過程中是否結(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應(yīng)再高一些，這是從全爐的操作溫度分布考慮的。為滿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、燃燒層溫度將會比單段爐高一些。例如：所選用原料煤的ST>1300℃，氣化過程中即可以滿足爐內(nèi)各層次反應(yīng)熱量需求又不會有溶渣或掛渣現(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。一般來說，煤中的干燥無灰基揮發(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

　　對固定床氣化爐來說，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，煤炭入爐后就會因受熱而產(chǎn)生崩裂、破碎，這樣一來就會提高爐內(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，不會對煤層造成太大的沖擊，因此，兩段爐對煤的熱穩(wěn)定性要求可適當放寬。例如：熱穩(wěn)定性較差的褐煤，也可以用于兩段爐進行氣化。

　　(e)水分

　　煤的水分含量高，對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，而且在貯運上和操作上會帶來很大不便，尤其在冬季。統(tǒng)計表明，兩段爐上段煤氣熱值會隨著氣化煤中的水分增加而明顯下降，十分敏感。

　　國外資料報道，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行干燥處理方可使用。美國的FW-Stoic兩段爐，規(guī)定入爐煤中含水量為12～15%;英國的W·I兩段爐要求入爐煤中的含水量<15%;也有報道入爐煤中的含水量<6%為最適宜。根據(jù)我國的實際情況，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影響干餾段的高度設(shè)計。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，濕煤進入振動篩之后，煤粉會堵塞篩網(wǎng)，降低篩分效果，很難保證入爐煤的粒度要求，進而影響氣化效果。

　　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，兩段爐對煤中水分的要求可適當放寬一些，例如含水量偏高的褐煤也能用于兩段爐氣化。

　　(f)機械強度

　　兩段爐內(nèi)的煤層較厚，一般都在6米以上，煤在爐內(nèi)下移過程中，會產(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、落下和耐磨強度。

　　綜上所述，入爐煤的煤質(zhì)對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)量標準(GB9143-88)，見表2;兩段煤氣發(fā)生爐氣化煤種的技術(shù)指標(GB50195-94)，見表3。以供讀者參考。

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