论煤种变化对五环炉煤气化的影响

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(河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司，河南 孟津 471100)

河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司(以下简称永龙公司)20万t/a乙二醇项目煤气化装置采用的是由中国五环工程有限公司与河南能源化工集团共同合作开发的五环炉(WHG)煤气化工艺技术。五环炉煤气化工艺采用粉煤加压、气流床反应、液态排渣、水冷壁结构的反应室、余热部分回收的气化技术。作为新型干粉煤气化的一种，煤种的更改往往是引起气化炉工况波动甚至跳车的重要原因。因此，如何做好煤种切换期间的工况调整，也是保障气化炉长周期、稳定运行的关键。

本文对比了2组煤种切换期间气化炉的各项参数，探讨了煤种对气化炉运行的影响以及如何平稳地完成煤种切换过程的方式。

1 煤质对气化炉运行参数的影响

由于本地M01煤灰分较高，发热量较低，只能作为配煤使用。选取了多种煤样作为主煤种进行配煤分析，考虑水分、灰分、灰熔点等煤质指标及运行的经济型，最后选定外地煤M02及外地煤M03作为主煤种进行实验。

1.1 煤质分析

实验采用煤种1(M02∶M01=3∶1)作为切换前煤种，煤种2(M03∶M01=2∶1)作为切换后煤种。煤质参数见表1。

表1 实验煤种煤质分析指标

1.2 理论分析

(1)M01、M02、M03流动温度差距在200℃以内，满足配煤条件。

(2)煤种1(M02∶M01=3∶1)与煤种2(M03∶M01=2∶1)相比，发热量基本相同，但煤种1灰分偏高，灰熔点高34℃。

(3)结论：由于灰熔点降低，切换完煤种后，操作温度存在偏高的现象，激冷段出口温度升高，汽包蒸汽产量增大，渣中拉丝增多，气化炉渣口压差下降，存在垮渣的危险；合成气中CO2及CH4会有明显的变化。

2 煤种切换运行过程

2.1 煤种1(M02∶M01=3∶1)工况

2.1.1 气化炉操作参数

气化炉操作参数见表2。

表2 煤种1工况操作参数

2.1.2 气化炉运行参数

气化炉运行参数见表3。

表3 煤种1工况运行参数

2.1.3 气化炉炉渣分析指标及形态

通过分析气化炉渣样，可知残炭含量0.16%，渣样中大部分为激冷后破碎的小颗粒，少量未破碎的小渣块和拉丝。

2.2 煤种切换过程

2.2.1 煤种切换过程

气化炉3#、4#煤烧嘴优先使用煤种2(M03∶M01=2∶1)；3h后1#、2#煤烧嘴也缓慢切换为煤种2。

2.2.2 气化炉工况变化

切换过程中气化炉操作参数未做调整。气化炉运行参数发生了明显变化，详细内容见表4。

表4 切换前后运行参数的变化

煤种切换过程中，在煤线及氧线稳定的情况下，气化炉参数数据在煤种切换过程中呈现较大范围的反复变化，出现了较为明显的工况波动。

2.2.3 切换后气化炉炉渣分析指标及形态

分析气化炉渣样，其中残炭含量0.03%，渣样中大部分仍为激冷后破碎的小颗粒，但未破碎的小渣块明显减少，拉丝有较明显的增多。

综合以上数据的变化及渣形态判断：煤种2进入后，由于灰熔点降低，气化炉温度偏高，渣层变薄；水汽系统蒸汽产量增加，密度下降；气化炉渣口压差下降，渣中残炭含量下降，合成气中CO2含量上升，CH4含量下降。

2.2.4 煤种变化对五环炉合成气含灰量的影响

煤种1切换为煤种2后，合成气含灰量从3.8mg/L升到4.0mg/L。

2.2.5 煤种的变化对五环炉滤饼含碳量的影响

将煤种1切换为煤种2后，黑水系统产生的滤饼含碳量从18%下降到10%以下，基本在8%。

2.2.6 煤种变化对灰水系统的影响

将煤种1切换为煤种2后，灰水系统的浊度开始上涨，使用煤种1，灰水系统浊度在100NTU以下，更换为煤种2后，浊度在200NTU左右。同时在加药方面做出调整，絮凝剂添加量增加，从50kg/d增加到75kg/d。分散剂做同步调整，从0.8t/d增加到1.4t/d。调整加药量后，灰水系统指标基本正常。

2.2.7 煤种变化对CH4含量的影响

煤种1切换为煤种2后，合成气中的CH4从132mg/m3降低到117mg/m3，系统稳定以后，CH4含量都在80～100mg/m3之间。

2.2.8 气化炉操作参数调整

针对以上情况可能导致的气化炉销钉损坏及垮渣的危险，在稳定负荷不变的情况下，操作员对氧煤比进行了微调，由0.928降至0.926。经过长达12h的煤种切换过程，最终将气化炉的4个烧嘴全部切换为煤种2。期间，氧煤比又从0.926降至0.925。

3 气化炉调整后运行情况

3.1 调整后气化炉工况

气化炉操作参数见表5，调整后气化炉运行参数见表6。

表5 调整后工况操作参数

表6 调整前后工况运行参数

3.2 调整后气化炉炉渣分析指标及形态

分析气化炉渣样，其中残炭含量0.08%，渣样中大部分仍为激冷后破碎的小颗粒及少量未破碎的小渣块和拉丝。

4 结论

通过以上总结分析，确定了将五环炉气化技术产生的合成气用于生产乙二醇的煤种的适应性的具体要求。

(1)五环炉设计煤种指标要求见表7。

表7 五环炉设计煤种指标要求

注：一级为最重要。

(2)对煤质的要求。新旧两种煤种的各项参数最好不要差别太大，尤其是灰熔点。灰熔点差别太大时，在煤种切换的过程中极易造成气化炉工况剧烈波动，导致出现垮渣或者堵渣口等情况。

(3)煤种切换过程中对工业分析的要求。煤的工业分析指标每天1次，煤的组分分析每周1次。

(4)切换煤种前的工艺准备。按照气化炉运行负荷及耗煤速率计算新煤种进入气化炉的时间，提前将工况调整稳定；根据黏温曲线确定操作区间。

(5)切换煤种过程中的操作要求。气化炉操作温度要在操作区间内，若操作温度过低，容易造成渣口堵渣或烧嘴罩结渣；尽量保证煤线及气化炉稳定运行，不要大幅调整气化炉负荷及氧煤比；主操通过渣样、汽包Ⅰ段蒸汽产量、CO2/CH4组分变化、水汽系统的密度等参数判断气化炉温度变化。气化主操密切关注气化炉渣口等压差的变化情况。除渣单元顺控每次下渣，中控主操联系现场取渣的同时查看渣量，通过渣口压差及破渣机油压、渣量渣样，判断渣口是否堵渣；通过气化炉压差判断上部积灰情况。

5 结语

经过以上工艺操作及调整，永龙公司五环炉顺利实现了煤种切换过程的平稳过渡。截至目前，气化炉累计运行100d，各项参数在设计范围之内，煤种的正常切换为五环炉长周期、安全、稳定运行奠定了原料保障。