王 磊，伏盛世

(河南煤業(yè)化工集團煤氣化公司，河南鄭州 450001)

SES氣化技術來源于美國氣化技術研究院，是在傳統(tǒng)U-GAS氣化技術基礎上革新改進的新型流化床技術。美國綜合能源系統(tǒng)投資有限公司(SES)公司與山東海化合資組建埃新斯(棗莊)新氣體有限公司，建設粉煤流化床氣化工藝示范裝置。該裝置始建于2006年，2008年5月建成試生產，項目用于向山東?；峁┖铣蓺?CO+H2)。2008年10～11月，河南義馬煤業(yè)集團股份有限公司1 000萬Nm3/d煤制氣項目籌備處決定在SES氣化裝置上對義馬躍進礦煤進行氣化試驗，其采集數(shù)據(jù)為煤制氣項目的設計工作提供依據(jù)。

1 義馬長焰煤特點及煤質分析

本次氣化實驗使用的是義馬煤業(yè)集團股份有限公司所屬躍進礦煤，該礦煤種屬長焰煤，中—富灰、中硫—富硫、低磷、中等發(fā)熱量、無黏結性、低熔灰分、強結渣性、灰黏度偏高，煤中稀有元素含量甚微。

1.1 躍進礦煤煤質分析

工業(yè)分析(空氣干燥基)，詳見表1。

表1 義馬煤工業(yè)分析 %

元素分析詳見表2。

表2 義馬煤元素分析 %

焦渣特性(CRC):1。高位發(fā)熱量:1.75×104kJ/kg，灰熔點詳見表3。

表3 義馬煤的灰熔點 ℃

灰成分組成詳見表4。

表4 義馬煤灰成分 %

熱穩(wěn)定性:TS+6，36.5%;TS6-3，54.8%;TS-3，8.7%;黏結指數(shù):0。坩堝膨脹序數(shù):0;入爐煤粒度分析詳見表5。

表5 入爐煤粒度分析

2 躍進煤氣化試驗全過程

按預定計劃，試驗分兩個階段進行，即在50%負荷下穩(wěn)定運行72 h試驗階段;在100%負荷下穩(wěn)定運行72 h高負荷試驗階段。試驗從2008年10月30日10:00至2008年11月7日12:00結束，前后歷時9 d，共計194 h。

2.1 50%低負荷試驗階段

2008年10月30日10:00時，從備煤系統(tǒng)開始由棗莊煤切換成躍進煤，至10月31日14:00時確認有部分躍進煤進入氣化爐，將氣化爐操作溫度由原棗莊煤的1 020℃調整為965℃，至11月1日12:00時確認氣化爐內已全部是躍進煤，根據(jù)氣化爐工況將爐壓調整為190～200 kPa;溫度控制在965～970℃，進煤量5.7 t/h，床層高3～3.5 m，入爐蒸汽量5.6 t/h，入爐氧氣量2 200 Nm3/h，產凈煤氣量7 600 Nm3/h。在11月2日8:00時調整氣化爐操作溫度為975℃。

至11月2日14:00時，較為順利地完成了第一階段煤的置換、工況調整、50%負荷試驗任務。在此較低負荷下運行，發(fā)現(xiàn)床層不易建立，冷渣機需間斷運行，洗滌塔排水帶粉塵量較大，水色發(fā)黑。

2.2 100%滿負荷穩(wěn)定運行階段

該階段從2008年11月3日8:00時開始至11月7日8:00時結束，氣化爐負荷基本維持在產凈煤氣12 000～14 000 Nm3/h，加煤量15～16.5 t/h，入爐蒸汽量為6.7 t/h，入爐氧氣量為3 400 Nm3/h，氣化爐高點溫度為975℃，爐壓在190～230 kPa之間，床層壓差在28～32 kPa，出氣化爐煤氣溫度在920℃左右，出廢鍋溫度在280℃左右，排灰溫度在570℃左右，冷渣機連續(xù)正常運行。在此階段氣化爐本身運行正常，但在11月3日1:30至6:20，由于山東海化用氣量減少，本氣化裝置在未減負荷的情況下，將部分粗煤氣作放空處理。在11月5日10:10時因入爐氣化劑溫度TE4261超過300℃，導致氣化爐聯(lián)鎖停車1次，在11月6日21:10至7日5:20時因入爐原料煤細粉太多，煤鎖斗音叉料位計出現(xiàn)誤指示，導致幾個加煤系統(tǒng)空轉，造成氣化爐減負荷的情況發(fā)生。另外，由于躍進煤的特性，發(fā)現(xiàn)爐出口帶出物量非常大，幾乎與爐底排渣量一樣多，也由于二旋底部料腿未能疏通，大量的煤粉被帶往布袋除塵器，導致布袋前后壓差高達4～6 kPa(正常2～3 kPa)，布袋幾乎在不斷交替吹掃。還發(fā)現(xiàn)廢鍋出口溫度超過實際值，不得不采取向煤氣中噴水的臨時措施，以降低廢鍋出口煤氣溫度。

3 義馬長焰煤試燒結果

躍進礦煤氣化試驗經濟技術指標如表6～10所示。整個試驗過程我們做了詳細的運行數(shù)據(jù)記錄，并對粗煤氣、凈煤氣及副產物的產率、氣化效果進行了分析計算。

表6 操作指標

表7 試燒各項單耗

表8 產品產量、產率及氣化效果

表9 躍進礦煤粗煤氣組成

表10 躍進煤凈煤氣組成

4 試驗結果評價

4.1 加煤裝置

SES的氣化爐設有煤鎖和煤鎖斗，但因設計體積太小，僅有0.63 m3和0.67 m3，氣化爐氧負荷為3 500 Nm3/h時加煤頻率為7次。其上下閥采用蝶閥，蝶閥密封性較差，在低壓狀態(tài)下可以使用，但當壓力提高后，蝶閥的可靠性有待商榷。加煤螺旋的密封性試驗期間正常，但當壓力提高后，密封形式應重新考慮。工程設計中應考慮適當加大煤鎖容積，上下閥形式以及加煤螺旋密封應重點考慮解決。

4.2 氣化爐工況

本試驗單爐最大氧負荷短時達3 800 Nm3/h，正常氧負荷為單爐3 500～3 700 Nm3/h，產凈煤氣為14 000 Nm3/h。氣化爐工況正常，床層較為穩(wěn)定，壓差在25～32 kPa之間變化，氣化爐操作溫度穩(wěn)定，波動范圍小，僅有±5℃的波動，氣化爐工況的調整較簡單。但沒有表現(xiàn)出理論上爐溫應該均勻的現(xiàn)象，由于試燒期間躍進煤活性好，小粒度的煤所占的比例較大，在低負荷時(50%)，由于帶出損失大，床層不易建立，導致冷渣機需間斷運行。

4.3 氣化爐排灰

本次試驗的躍進煤灰分平均為34%(空氣干燥基)，使用其中一個螺旋(8 t/h)就能滿足排灰需要(另一個6 t/h)，和煤鎖加煤螺旋一樣，設有冷渣機勻速轉動達到均勻排灰和調整工況的目的，但冷渣機要承受接近高達600℃的熱灰，又是一個轉動設備，雖然有水冷卻裝置，其可靠性相對較差。當壓力提高后，其密封形式、灰鎖斗上下閥結構形式和充卸壓方式也有待進一步商討。

4.4 煤氣組成

此次試驗所用躍進煤中硫含量較高，平均值為1.36%，粗煤氣組成中H2S含量高達6 816 mg/m3，凈煤氣中H2S含量小于6.6 mg/m3，COS僅有10×10-6，其它形態(tài)硫未檢出，當采用低溫甲醇洗工藝凈化時，可完全滿足脫硫的需要，粗煤氣中CO2含量為25.8%，較魯奇工藝降低4%，H2含量為35.7%，較魯奇工藝低5%左右，CH4含量為3.0%，較魯奇工藝的10%左右降低了7%，CO含量為30.2%比魯奇工藝的16%高14%，粗煤氣中CnHm平均含量為0.38%，基本與魯奇工藝相當。

4.5 廢水組成

由于氣化爐操作溫度高且較為均勻，煤氣中基本不含大分子物質，因而進入水中的大分子物質極少，廢水中除含有較高的煤粉(243 g/L)和NH3-N(934.8 mg/L)外，酚(0.03 mg/L)、油(1.42 mg/L)等難處理的大分子物質含量極少，COD平均為56.6 mg/L(加約1倍水稀釋后)，經簡單處理，可直接達標外排，廢水處理流程大為簡化。

4.6 灰渣、煤灰粉

灰渣外觀呈黑色，形似含碳量很高，實際分析殘?zhí)己艿停骄鶅H有2.06%，但煤灰粉殘?zhí)剂枯^高，達34.69%，煤灰粉是殘?zhí)紦p失的主要原因，也是冷煤氣效率低的重要原因(48.81%)。由于裝車未采用密閉裝車系統(tǒng)，造成棗莊現(xiàn)場環(huán)境污染嚴重。

5 結論

利用躍進礦煤在埃新斯(棗莊)新氣體有限公司直徑2.6 m改進后的U-gas氣化爐上，在0.22 MPa下進行完全工業(yè)化試驗，所有數(shù)據(jù)采集階段運行相對穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性較好，試驗證明，高灰分的躍進煤用于流化床干排渣加壓氣化爐的原料是可行的，解決好入爐煤的粒度分布是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵。這套中試裝置氣化爐本身運行較為穩(wěn)定，其配套設備需改進，壓力提高后，配套設備的選型(煤鎖、灰鎖、加煤螺旋、冷渣機)等在工程設計中要解決。采用流化床氣化工藝后，廢水中大分子物質含量極低，廢水處理流程大為簡化。廢熱鍋爐自產蒸汽可滿足氣化劑需要，在工程設計中應將廢熱回收量與后工序變換水碳比要求綜合考慮。