景瑋 張建樹(shù)

（1 石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院/新疆兵團(tuán)化工綠色過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003；2 伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊犁 835000）

1 伊犁地區(qū)煤炭的特點(diǎn)和性質(zhì)

通過(guò)對(duì)伊犁地區(qū)多個(gè)煤礦樣煤的取樣分析統(tǒng)計(jì)歸納根據(jù)中國(guó)煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)（GB∕T5751-2009）確定伊犁地區(qū)煤屬于長(zhǎng)焰煤煤種；根據(jù)煤炭灰分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB∕T15224.1-2010）伊犁地區(qū)煤屬于特低灰煤和低灰煤；根據(jù)煤中硫分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB∕T15224.2-2010）伊犁地區(qū)煤屬于中-低硫煤；根據(jù)煤的全水分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T 850-2000）伊犁地區(qū)煤屬于中等全水水分；根據(jù)煤的固定碳分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T561-2008）伊犁地區(qū)煤屬于低固定碳煤；根據(jù)煤的揮發(fā)分產(chǎn)率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T849-2000）伊犁地區(qū)煤屬于中高揮發(fā)分煤；根據(jù)煙煤的粘結(jié)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T596-2008）伊犁地區(qū)煤屬于無(wú)黏結(jié)性煤。根據(jù)煤灰熔融性軟化溫度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T853.1-2000）伊犁地區(qū)煤屬于較低軟化溫度灰，這也與伊犁煤較高的Si∕Al比和高鈉特性有關(guān)。根據(jù)煤的熱穩(wěn)定性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T560-2008）伊犁地區(qū)煤屬于中低熱穩(wěn)定性煤；根據(jù)煤的哈式可磨性指數(shù)分級(jí)（MT∕T852-2000）伊犁地區(qū)煤在72-80 屬于中等可磨煤；根據(jù)煤中氯含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB∕T20475.2-2006）伊犁地區(qū)煤屬于特低氯煤；根據(jù)煤中鈉鉀含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（MT∕T1074-2008）伊犁地區(qū)煤屬于中-低堿煤，根據(jù)煤中氟含量分級(jí)（MT∕T966-2005）伊犁地區(qū)煤屬于特低氟煤。根據(jù)煤中汞含量分級(jí)（GB∕T20475.4-2012）伊犁地區(qū)煤屬于特低汞煤?？傮w從伊犁地區(qū)的煤質(zhì)特點(diǎn)來(lái)屬于低熱值、高水分、高揮發(fā)分、機(jī)械強(qiáng)度低、熱穩(wěn)定性差有較強(qiáng)的反應(yīng)活性的煤種，適合應(yīng)用于碎煤加壓氣化技術(shù)。

2 伊犁地區(qū)煤質(zhì)的特殊性和復(fù)雜性

通過(guò)表1、2可以看出伊犁地區(qū)的五個(gè)煤礦的煤質(zhì)上存在很大的差異性，主要體現(xiàn)在熱值，水分，灰分，揮發(fā)份上，CaO，SO3，SiO2的含量上。不僅如此，從伊北四礦兩個(gè)不同開(kāi)采面的煤樣煤質(zhì)分析報(bào)告來(lái)看甚至在同一煤礦的煤質(zhì)的變化和差異性也是比較大。主要表現(xiàn)在灰分中的FeO，SO3，Al2O3上。煤種的灰成分分析表明，煤灰的熔融溫度與煤灰的化學(xué)組成有一定的關(guān)系， 二氧化硅， 三氧化二鋁含量越高，灰熔點(diǎn)就越高，而煤灰中Fe2O3， CaO 越高，灰熔點(diǎn)就越低.整體的煤灰分析中〔CaO+MgO+（Fe2O3+FeO）+K2O+Na2O〕堿性氧化物偏高，SiO2和Al2O3的含量平均低于50%，也決定了此地區(qū)的低灰熔點(diǎn)性。

同時(shí)從灰熔點(diǎn)的分析上可以看出，伊犁地區(qū)的煤炭的變形溫度（DT），軟化溫度(ST)，流動(dòng)溫度（FT）之間的區(qū)間比較近，一般在0～50 攝氏度。甚至出現(xiàn)DT∕ST∕FT 重合為兩個(gè)點(diǎn)或者一個(gè)點(diǎn)的情況，對(duì)于碎煤加壓氣化技術(shù)來(lái)說(shuō)灰渣粘度特性較差，操作溫度幅度較小。

3 伊犁地區(qū)煤炭在碎煤加壓氣化工業(yè)應(yīng)用中的問(wèn)題和對(duì)策

伊犁地區(qū)煤質(zhì)具有長(zhǎng)煙煤的普遍特質(zhì)，伊犁地區(qū)煤質(zhì)分析水分和揮發(fā)分的比重計(jì)較高，分別能到24%(外水)和30%左右，固定碳含量在45%左右，對(duì)于含水量高煤在空氣中易風(fēng)化破裂，入爐氣化過(guò)程中在高溫高水分氣氛中易爆裂，粉化嚴(yán)重。[1]水分高會(huì)導(dǎo)致原料煤在氣化過(guò)程中帶出的氣化潛熱增大，出口溫度增高，一定程度造成氣化爐出口帶出的粉煤量增大，所以針對(duì)于伊犁地區(qū)煤炭的這一性質(zhì)，碎煤加壓氣化入爐原料煤的粒度由設(shè)計(jì)值5～50mm≥90%的粒度下限提升到8mm以上，同時(shí)增加了爐前篩分裝置，減少入爐煤粉煤含量。

較高的揮發(fā)分在碎煤加壓氣化工藝中能提供10%左右的甲烷，對(duì)煤制天然氣項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，但是較高的揮發(fā)分會(huì)導(dǎo)致煤的熱穩(wěn)定性下降，煤的熱穩(wěn)定性與煤的內(nèi)水、灰分、揮發(fā)分有密切的關(guān)系，煤的熱穩(wěn)定性與煤的內(nèi)水、灰分、揮發(fā)分單因素的關(guān)聯(lián)度為Mad＞Vad＞Aad[2]，所以說(shuō)伊犁地區(qū)煤質(zhì)中的內(nèi)水含量高和揮發(fā)分高也決定了本地區(qū)的煤質(zhì)熱穩(wěn)定性差。高揮發(fā)分在碎煤加壓氣化工藝干餾層生成的焦油，酚，萘等有機(jī)物更多。長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)容易在波斯曼套筒和喉管處堆積，造成出氣口堵塞，導(dǎo)致氣化爐上部煤氣換氣通道變窄，煤氣速率增大，帶出大量的粉煤。造成氣化爐出口溫度失真，集水槽堵塞，后續(xù)工段換熱器堵煤嚴(yán)重，副產(chǎn)品重芳烴含塵量大等大量問(wèn)題，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行和負(fù)荷提升帶來(lái)了很大的制約和安全風(fēng)險(xiǎn)。后續(xù)通過(guò)擴(kuò)大波斯曼套筒與喉管之間的間距，起到了很好的效果。

表1 伊犁地區(qū)煤炭工業(yè)分析

表2 伊犁地區(qū)煤炭灰分分析

伊犁地區(qū)煤種的氣化操作溫度區(qū)間窄，增加了氣化操作的難度。其主要表現(xiàn)為氣化爐容易因?yàn)槊嘿|(zhì)的變化汽氧比調(diào)整不及時(shí)引起氣化爐灰細(xì)或者爐溫過(guò)高結(jié)渣的情況出現(xiàn)。氣化操作溫度控制低，氣化爐灰細(xì)會(huì)造成氣化爐床層阻力增加，夾套與氣化爐壓差增大，嚴(yán)重時(shí)氣流托起灰床，出現(xiàn)氣化爐排灰困難的情況。而操作溫度控制較高時(shí)，即汽氧比控制太低，會(huì)造成氣化爐灰分熔融粘結(jié)形成渣塊，大面積的結(jié)渣現(xiàn)象會(huì)造成氣化爐布?xì)獠痪瑖?yán)重時(shí)形成偏燒，氣化爐有過(guò)氧爆炸的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，該地區(qū)煤炭在洗選以后矸石含量也比較高，最高時(shí)約占整個(gè)灰分的1∕3，煤中的矸石多且粒度小，大量的矸石在氣化過(guò)程中帶出了大量的氣化顯熱造成氣化爐氣化效率降低。同時(shí)大量矸石的存在不利于氣化爐床層的均勻布?xì)?，容易造成灰鎖溫度升高，氣化爐出現(xiàn)風(fēng)洞溝流工況惡化的幾率增大。對(duì)設(shè)備特別是爐篦的磨損也會(huì)增大，降低爐篦的使用壽命。針對(duì)伊犁地區(qū)煤炭此特性可采取較高汽氧比，相對(duì)提高灰鎖的正常操作溫度，避免氣化爐超溫造成結(jié)渣。同時(shí)要加強(qiáng)煤質(zhì)分析和粗煤氣成分的化驗(yàn)分析，再結(jié)合灰樣的情況，綜合判斷，及時(shí)調(diào)整汽氧比和爐篦轉(zhuǎn)速，優(yōu)化工況。

4 結(jié)語(yǔ)

伊犁地區(qū)煤炭煤質(zhì)存在很大的不穩(wěn)定性，對(duì)其在碎煤加壓氣化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用增加了難度，但通過(guò)對(duì)其特性的進(jìn)一步把握和分析，有利于操作人員及時(shí)的進(jìn)行工藝調(diào)整，優(yōu)化操作條件，對(duì)該地區(qū)煤炭在碎煤加壓氣化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用上很具參考價(jià)值。