晋华炉煤种适应性分析

景明华，雷玉龙，岳 军

(1.山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司， 山西运城 043200；2.北京清创晋华科技有限公司， 北京 100084)

1 概述

晋华炉水煤浆气化技术广泛应用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制氢等多个领域。自2011年晋华炉水煤浆水冷壁炉型成功开车以来，经过生产运行总结和数据统计分析，结果表明晋华炉具有广泛的煤种适应性。另外前后几十家企业考察调研晋华炉生产装置，认为晋华炉在煤种适应性、节能降耗、经济运行等方面具有较强的竞争优势[1]。

2 晋华炉煤种适应性分析

2.1 晋华炉使用的煤种

目前,已有20多套晋华炉装置投入生产运行，使用过包括神木煤、榆林煤、焦炭、半焦、朔州煤、大同煤、宽沟煤、黑山煤、新疆露天煤、内蒙褐煤在内的数十种煤种，其中灰分质量分数为6%～30%、挥发分质量分数为4%～36%、灰熔点为1 150～1 550 ℃、煤浆质量分数为50%～65%。部分运行厂家运行的煤质数据见表1。

表1 晋华炉部分运行厂家煤质数据

2.2 煤种分类及其气化性能

2.2.1 烟煤

以神木煤和榆林煤为代表的烟煤是目前中国煤气化装置应用最广的原料之一。神木煤灰熔点为1 100～1 350 ℃,灰分质量分数为8%～15%，挥发分质量分数约为30%，煤浆质量分数为58%～64%。如河南金大地化工有限责任公司、山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司和阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司临猗分公司(简称丰喜临猗分公司)目前均已此类煤种作为主要原料煤。

此类煤种煤质稳定、波动小、成浆性好，在晋华炉装置上应用时操作炉温适中，合成气成分高。典型煤种和合成气组分见表2和表3。

表2 神木煤煤质分析数据

表3 神木煤运行数据

2.2.2 高灰熔点煤

2012年，国内首套水冷壁型晋华炉装置在丰喜临猗分公司考核验收。按照石化联合会的要求，采用阳泉白煤和神木煤的混煤，阳泉白煤最高掺混比例为60%(质量分数)，考核验收用的煤质分析数据见表4[2]。

表4 考核验收原料煤数据

根据工业装置标定期间运行数据的记录及采样分析结果，装置连续稳定运行时长为72 h，平均负荷率为103.1%，各项指标平稳(见表5)。

表5 考核验收性能数据

2019年，同煤集团为了满足配套甲醇项目的环评工作进度，进一步锁定气化原料煤的质量要求，论证大同地区煤炭的水煤浆成浆性、气化性能。在丰喜临猗分公司水冷壁型晋华炉装置上对该煤种进行试烧经济性评价，完成原料煤试烧、气化工艺参数确定等技术评价工作。试烧选用神木煤和塔山煤作为原料煤，分析数据见表6。

表6 工业试烧用原料煤数据

经过塔山煤40%、60%、80%、100%(质量分数)掺烧比例工业试烧，得出试烧期间运行数据的记录及采样分析结果，其性能参数见表7。

表7 塔山煤运行性能数据

2.2.3 半焦和焦炭

北京低碳清洁能源研究所自2013年起承担国家“863”计划项目之低阶煤热解半焦制浆及气流床半焦气化技术研发。在实验室研究的基础上，依托丰喜临猗分公司现有水冷壁晋华炉气化装置，以神木长焰煤热解半焦掺烧石窑店/张家峁混煤为原料,进行配煤、磨粉、制浆、气化等过程试验。得到热解用煤和试验原料的煤质分析数据和性能参数(见表8和表9)。

表8 热解用煤和试验原料的煤质分析数据

表9 气化工艺指标和性能参数

工业试验实现了96 h连续稳定运行，日均投煤量达到了559.7 t。试烧数据显示：试验期间气化炉的压力和温度波动较小，气化装置运行稳定；热解半焦的掺烧比例提高，水煤浆浓度有所增加，CO含量略有增高，H2含量略有下降，但整体有效气含量增加。工业试验的结果验证了热解半焦作为水煤浆气流床气化原料的可行性[3]。

新疆天智辰业化工有限公司天辰化工电石炉气综合利用制20万t/a乙二醇及配套工程项目中，气化工段采用水冷壁型晋华炉装置，车间将电石剩余的焦炭直接制浆后与煤混合进行气化，晋华炉运行稳定。

2.2.4 褐煤

大唐呼伦贝尔化肥有限公司30万t/a尿素项目采用耐火砖型晋华炉装置，自2012年6月开车以来，试用了多种呼伦贝尔褐煤[4]，所用煤种的煤质分析见表10。

表10 褐煤煤质分析

不同褐煤下的合成气分析数据见表11。

表11 合成气分析数据

系统运行稳定后，装置进行了72 h全系统性能考核运行，得出的氧耗和煤耗数据见表12。

表12 褐煤煤耗、氧耗等消耗数据

该晋华炉气化装置成功突破了褐煤不可制浆气化的禁区，经过近9 a的稳定运行，证实褐煤可以与烟煤一样用于水煤浆气化。

3 结语

煤气化技术是现代煤化工实现煤清洁高效利用的关键技术，煤种的适应性是选择煤气化技术的重要因素之一。实践证明晋华炉气化装置对烟煤、无烟煤、褐煤、焦炭等均能实现安全稳定气化，具有广泛的煤种适应性。