楊 路
(寧波中金石化有限公司,浙江鎮(zhèn)海 315203)
煤的氣化是指在特定的容器內(nèi)所進行的含碳物質(zhì)的部分氧化反應(yīng),從而生成一氧化碳和氫氣為主要組分的過程。在氣化裝置上常用的原料為煙煤、石油焦、重油等,而原料的性質(zhì)嚴重影響氣化裝置的運行,因此在生產(chǎn)運行的過程中對原料質(zhì)量的把控管理尤為重要。現(xiàn)以采用水煤漿進料為例,結(jié)合氣化裝置的實際運行情況,分析煤種變化時的異?,F(xiàn)象,提出煤種變換時采取的應(yīng)對措施。
氣化裝置作為生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,若出現(xiàn)異常情況會對后系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響。例如,當氣化裝置出現(xiàn)渣口堵塞時,水煤氣中CO含量升高,容易造成變換爐超溫;水煤氣帶水嚴重時,容易造成變換催化劑跨溫,進而影響裝置的安全穩(wěn)定運行。水煤漿加壓氣化裝置能否穩(wěn)定運行主要取決于煤質(zhì)是否穩(wěn)定,是否能夠滿足工業(yè)運行的需要。在煤種發(fā)生波動時,操作人員能否及時發(fā)現(xiàn),能否在第一時間進行處理,對裝置的穩(wěn)定運行也存在一定的影響。因此,生產(chǎn)活動中不僅要保證煤質(zhì)穩(wěn)定,還要在煤種變化時能夠及時察覺,確保裝置在安全范圍內(nèi)運行。
煤種在不發(fā)生變化的工況下運行,煤漿濃度的變化一般為±0.2%。但是,當煤種發(fā)生變化時,煤漿濃度的變化較為明顯,而對煤漿濃度影響較大的是原料煤中的內(nèi)水以及灰分的含量。
當原料煤中的內(nèi)水含量升高時,煤漿的濃度會出現(xiàn)大幅下降,主要原因是當煤中的內(nèi)水含量升高時,為保持煤漿相對穩(wěn)定以及呈較好的流動狀態(tài),添加的工藝水量會相對減少。工藝水量的減少,會使煤漿的流動性變差,煤漿無法正常通過篩網(wǎng),造成進入儲罐的煤漿量減少,而進入廢煤漿槽的煤漿量增大。因此,在日常生產(chǎn)過程中,通過觀察去廢煤漿槽中的煤漿量可判斷原料煤中內(nèi)水的含量。
煤中灰分含量的變化對煤漿濃度也會產(chǎn)生較大影響。由于原料煤的灰分中含有SiO2、Al2O3等物質(zhì),當煤中灰分發(fā)生變化時其含量也會發(fā)生變化,從而導(dǎo)致煤漿濃度的變化。
當煤種的灰熔點高于當前氣化爐的操作溫度時,渣的流動性變差,黏度增大,不易流動;當高溫熔渣流經(jīng)渣口時,會被吹成玻璃絲狀的渣。而當提溫熔渣時,由于爐膛內(nèi)溫度的升高,渣的流動性發(fā)生變化,會出現(xiàn)直徑較大的熔渣,經(jīng)破渣機破碎后會有鵝蛋大小的塊狀渣。
當氣化爐的操作溫度低時,應(yīng)采取加氧熔渣的措施。渣口壓差在剛開始會不斷地升高,當操作溫度達到一定溫度后,呈形狀的渣會越來越少,玻璃絲狀的渣會越來越多,且玻璃絲很硬,顏色泛綠,渣中會出現(xiàn)發(fā)亮的顆粒。分析發(fā)現(xiàn)渣中鎘含量超標,說明渣口堵塞較為嚴重[1]。在此種情況下繼續(xù)運行,熔融狀的渣在經(jīng)過渣口擴大以后溫度下降過快,碰到下降管的管壁,在水膜薄的地方容易掛渣,長時間運行會導(dǎo)致下降管掛渣,甚至燒穿下降管,最后因合成氣出口溫度高而跳車。在此工況下運行,撈渣機撈出來的塊狀渣中會出現(xiàn)背面較為光滑的巖棉狀渣樣。
1.3.1 氣化爐爐膛內(nèi)部溫度下降
氣化爐內(nèi)熱量的產(chǎn)生主要來自煤的裂解以及煤漿與氧氣的燃燒反應(yīng)。由于入爐的煤漿量減少,一方面煤裂解產(chǎn)生的熱量減少,另一方面燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量減少,導(dǎo)致氣化爐單位體積的耐火磚吸收的熱量減少,氣化爐內(nèi)部熱偶指示溫度下降。
1.3.2 渣口壓差指示異常
在煤種變化初期,渣口壓差不會有明顯的變化;在爐膛熱偶開始有下降趨勢后,氣化爐的渣口壓差開始出現(xiàn)波動,并伴有上升的趨勢。此時,氣化爐執(zhí)行加氧升溫操作,升至一定溫度后,渣口壓差變化較劇烈。主要原因在于隨著溫度的升高,渣的流動性變好,原本積聚在爐膛內(nèi)部的灰渣開始加速向渣口流動;由于短時間內(nèi)渣量的積聚增多、渣口尺寸變小,導(dǎo)致渣口壓差出現(xiàn)上升的趨勢,而渣的流動性還未處于正常范圍,因此渣口壓差呈現(xiàn)波動。
1.3.3 托磚架溫度異常
拖磚架用來支撐錐底磚,當熔渣流經(jīng)渣口時,由于渣的流動性變差,在渣口處停留時間變長,錐底耐火磚與渣的接觸時間變長,拖磚架溫度升高。
1.3.4 氣體成分異常
水煤氣作為水煤漿氣化的產(chǎn)物,其中各組分的含量可反應(yīng)出氣化反應(yīng)的情況,氣化反應(yīng)正常時系統(tǒng)產(chǎn)氣量大,組分正常。當煤種發(fā)生變化后,氣體的組分會發(fā)生變化。如當原料煤中的揮發(fā)分含量升高時煤的反應(yīng)活性變好,有可能出現(xiàn)二氧化碳和甲烷含量同時升高的現(xiàn)象。當原料煤中粗灰分含量升高時氣體成分不會有較大變化,但當渣口逐漸堵塞后,氣體成分開始出現(xiàn)異常變化,二氧化碳含量下降而一氧化碳含量升高。
對煤質(zhì)的一般要求,其主要指標:放熱量達25 MJ/kg,越高越好;煤灰流動黏度<1 300 mPa·s為宜,過高或過低都不利于氣化;煤中灰質(zhì)量分數(shù)不得高于13%,越低越好。其次要指標:考慮到煤漿的制備、泵輸送特性、煤的反應(yīng)活性及氣化效率,全水分含量越低越好,揮發(fā)分含量越高越好,固定碳含量適中為好,煤中有害元素硫、氯、砷等含量越低越好,可磨性指數(shù)越大越好。
配煤的理論依據(jù):所選用煤種的放熱量應(yīng)在22 MJ/kg 以上,并且放熱量高的與放熱量低的搭配使用;成漿性、灰分等指標達到水煤漿氣化技術(shù)的最低要求;采用不同煤種的混配以改變煤灰組成,降低灰熔融溫度,即將煤灰組分中MgO、Fe2O3、K2O、Na2O含量高的煤與灰熔融溫度較高的煤混配,以降低灰熔融溫度。因此,選用合適的煤種摻燒,既可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,也降低了生產(chǎn)成本[2-4]。
生產(chǎn)實際操作中由于分析的滯后,當煤種發(fā)生變換時并不能提供操作依據(jù),但是可以通過其他參數(shù)做出相應(yīng)判斷,例如觀察煤漿濃度的變化趨勢、觀察渣樣的形狀以及渣量的多少等,都可以較為直觀地判斷出煤種是否發(fā)生異常變化[5]。而當某一指標異常時,要結(jié)合其他參數(shù)的變化來綜合考慮是否是煤種發(fā)生了變化。當確定是煤種發(fā)生變化后,應(yīng)進行必要的工藝處理。若發(fā)現(xiàn)渣口壓差升高,應(yīng)采取提溫熔渣的方式進行處理。提溫初期,由于氣化爐爐壁掛渣較少,溫升幅度可控制大一些。升溫過程中要時刻注意氣化爐爐壁溫度和氣體成分的變化。若渣口壓差出現(xiàn)大幅波動,證明當前爐溫適合,渣的流動性出現(xiàn)改觀,即向好的方向發(fā)展。向渣口流動的渣量有所增加,此時加氧速度應(yīng)放慢。
筒體溫度自上而下是一個遞減的過程,特別是取壓口向下至錐底直管段是管流區(qū),此處掛渣量較多;而錐底處呈45°夾角,重力較直管段影響減弱,只能依靠角度向下流動。因此,在爐溫升高以后,大量熔融狀渣堆積在此處,越積越多。當渣口壓差開始出現(xiàn)波動時,不應(yīng)再加氧或者放緩加氧速度,以免造成更嚴重的渣口堵塞。
當操作參數(shù)發(fā)生異常變化時,要通過煤漿濃度、氣體組分以及渣口壓差等數(shù)據(jù)的變化來綜合判斷,從而做出進一步的處理。同時,還需要在源頭上控制好煤質(zhì),特別是摻燒不同煤種時要注意2種煤的工業(yè)分析以及摻燒的比例,若煤種發(fā)生異常變化,應(yīng)及時做出相關(guān)的工藝處理,確保裝置的穩(wěn)定運行。