| 详细介绍： 近年来, 煤炭生产企业在市场经济体制下的重新整合, 使80%以上以无烟块煤为原料的煤化工企业失去了稳定的优质无烟块煤原料基地, 导致市场价位居高不下, 如何充分利用碎煤、粉煤, 扩大气化用煤种类, 降低型煤压球机生产的原料成本是十分重要的工作。
虽然, 目前已有成熟的德士古水煤浆气化技术和壳牌粉煤气化技术来消纳粉煤, 制造合成氨和联醇的合成气, 但对国内中小型合成氨厂来说, 如果改用德士古水煤浆气化技术或壳牌粉煤气化技术, 其改造初期的巨额投资是无法承受的, 因此, 充分利用现有煤气发生炉设备, 通过技术改造利用粉煤, 成为中小型合成氨厂的首选。据估计, 全国煤头合成氨和联醇生产企业中, 目前约60%的造气原料采用型煤, 且取得了良好的经济效益, 但也有部分企业效益不明显, 主要原因就是没有完全把握好型煤气化的特性, 型煤气化的工艺未达到优化。
一、型煤气化的优点：
型煤是用一种或数种煤与一定比例的粘合剂、固硫剂、助燃剂经加工成一定形状和有一定的理化性能(冷强度、热强度、热稳定性、防水性等) 的块状燃料或原料。
型煤成型过程中, 通过加入不同的添加剂,改变原料煤的某些特性, 增加反应活性、易燃性、热稳定性, 提高灰熔点, 同时具有部分固硫功能。型煤使不能用于气化炉的粘结性煤, 变成适用的造气型煤, 从而扩大了气化用煤炭的范围。型煤气化在合成氨和联醇生产中有以下优点:
( 1)型煤气化能够适应采煤机械化后煤炭资源粉化。充分利用资源, 达到环境友好的目的。
( 2)型煤气化可以显著降低煤气中硫化物含量。实践表明, 石灰碳化型煤可吸收煤中30%50%硫化物, 从而降低脱硫系统负荷。
( 3)由于型煤结构和尺寸具有良好的均匀性, 采用型煤能提高燃烧效率, 气化型煤与块煤相比, 灰渣中残碳量可由15%~20%减少到8%以下, 从而可节煤7%~12%。
( 4)通过配煤来生产型煤, 可以改变单一煤种的性能缺陷。例如, 能够利用较多的弱粘结煤生产出性能优于焦炭的型焦, 利用非无烟煤生产出煤炭气化用型煤。
( 5)采用型煤制气, 可使每吨合成氨和联醇的生产成本下降300元以上, 每吨尿素成本可下降180元以上。
二、型煤气化的特性：
( 1)型煤和无烟块煤不同, 它的固定碳含量一般在60%左右, 低于块煤10%; 而灰分含量在30%, 高出块煤10%以上, 在型煤制气中,灰渣的排出量会增加。因此, 应该保证造气炉有充分的排灰能力。
( 2)对于配套的炉箅, 型煤在正常工况下气化, 一般不易结疤、结块, 气化后渣性好, 渣块呈轻质多孔状, 渣中含碳量低。故炉箅应具有较强的排灰能力和优良的布风功能, 因此在安装炉底时, 应确保炉底内的密封良好, 防止积灰进入炉底运转部分。
( 3)型煤与块煤相比, 具有粒度均匀、透气性好、孔隙率高、机械强度普遍较高和化学活性好等优点。型煤粒度基本一致, 可使炉膛各截面的温度和气流分布比较均匀, 避免在炉内造成局部过热或偏流而导致煤灰熔结。型煤具有较高的机械强度, 有利于提高气化强度。
型煤的化学活性除了取决于煤本身的性质以外, 还与其孔隙率和比表面积有关。一般块煤的孔隙率仅为2%~ 4%, 而型煤的孔隙率普遍达到14%~27%, 即型煤的孔隙率是块煤的5~ 6倍。型煤入炉后, 经干燥干馏后, 型煤中水分蒸发后形成多孔结构, 使其比表面积显著增大, 有利于与气化剂接触, 增加了气化反应的速率。实验表明, 石灰碳化型煤在炉内加热过程中, 由于部分碳酸钙分解, 逸出二氧化碳而增加了微孔,使孔隙率增至24%, 相应的型煤的比表面积达9m2/g, 而块煤的比表面积仅为1m2/g。这就是石灰碳化型煤的气化强度之所以能达到甚至超过同品种块煤的一个重要原因。
( 4)由于型煤含水量较高, 气化时内部水分蒸发而参与气化反应, 加上型煤的固定炭含量较低, 气化炉温也较低, 因此, 型煤制气时蒸汽用量较块煤可节省约2%~5%。
( 5)型煤气化过程中粉尘较多, 且气流中焦油含量较高, 因此固定层煤气炉型煤气化一般需要设置旋风除尘器。
三、工艺优化：
型煤制气的质量主要取决于型煤造气炉工艺条件的选择。型煤制气过程工艺条件除了采用通常的/三高一短0 (高炉温、高炭层、高风速、短循环) 措施之外, 还有如下特殊要求:
( 1)使入炉蒸汽做到/ 上吹短而强, 下吹弱而长0, 并采用蒸汽自动调节措施。制气各步骤中由于炉温的逐渐下降, 制气反应速度和蒸汽分解率都呈逐级下降的趋势, 如果蒸汽吹入的速度保持均匀一致, 将导致蒸汽分解率显著下降,炉况波动幅度增大。为降低蒸汽消耗, 可采取蒸汽自调措施, 使蒸汽用量随着制气过程逐渐递减。
( 2)型煤气化生产的原料气中CO2 体积分数较高(特别是石灰碳化型煤), 一般为9%~11%, 要把CO2 体积分数降低到9%, 就必须提高气化层中的还原层厚度, 达到提高有效氢(H2+ CO) 含量和产气量的目的。因此, 需要加高煤气炉炉膛, 加厚炭层。当然, 不同型号的煤气炉的高径比则应根据系统工程的要求进行设计。
( 3)采用适中的入炉风量, 风量和风压的选用应根据造气炉的设备条件而定, 一般来讲, 从52400mm到53300mm造气炉, 随着炉子的直径增大, 风量和风压可适当增大, 同时应考虑到炉子的高径比。风量和风压过大, 炉况难以控制,容易出现吹翻、风洞等现象; 风量和风压过低,则不能达到应有的生产能力。当采用加氮操作时,型煤制气的吹风阶段的百分比可降低至20%以下,吹风量一般控制在4000~4500m3/ ( h#m2)。
( 4)以型煤为原料, 吹风阶段的空气流量要比以块煤为原料大, 吹风时间也稍长。 在以块煤为原料时,<3000mm炉吹风量为30000m3/h, 工作循环中吹风时间占25%左右; 当以煤棒为原料时, 相同的煤气炉其吹风量达到35000m3/h左右, 工作循环中吹风比例增加到28%。因此, 以型煤为原料设计的煤气炉, 其吹风量应比块煤大, 主要原因是虽然型煤的透气性好, 但蓄热能力差, 必须采用高炭层、高风量工艺才能满足气化要求。在这种情况下, 必须相应选择较大功率的型煤吹风。
( 5)型煤造气炉的生产能力是衡量型煤造气炉的优劣标准之一。以53000mm造气炉为例, 单炉产气量可达到8000~9000m3/h, 大约为同类型的块煤造气炉产气量的70%; 吨氨煤棒的单耗在115~116,t 下灰可燃物的含量低于8%, 煤气的带出物低于015t/d; 型煤炉的运转周期在2年以上。
四、尚存的问题：
( 1) 鉴于型煤制气的单炉产能仅是同类型块煤造气炉的70%, 目前多数情况下采用在块煤中掺烧50%~60%型煤的方法。
( 2) 由于型煤造气炉的炉顶温度要高于块煤造气炉100e 以上, 因此有必要通过联合锅炉进行集中回收技术, 集中回收造气炉的上下吹煤气的热量。
( 3) 从气体成分上看, 半水煤气中的CO2含量要高出同等块煤造气炉2%以上, 使有效氢含量有所降低, 所以综合利用CO2 更有必要。
( 4) 由于炉温较低, 其蒸汽分解率低于同等块煤造气炉10%。
型煤技术是我国当前发展洁净煤技术产业化的七项技术之一, 它具有投资少、建厂周期短、见效快、节能和环保效益显著的特点。
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