景明華，雷玉龍，岳 軍

(1.山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司， 山西運城 043200；2.北京清創(chuàng)晉華科技有限公司， 北京 100084)

1 概述

晉華爐水煤漿氣化技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制氫等多個領(lǐng)域。自2011年晉華爐水煤漿水冷壁爐型成功開車以來，經(jīng)過生產(chǎn)運行總結(jié)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)果表明晉華爐具有廣泛的煤種適應(yīng)性。另外前后幾十家企業(yè)考察調(diào)研晉華爐生產(chǎn)裝置，認(rèn)為晉華爐在煤種適應(yīng)性、節(jié)能降耗、經(jīng)濟運行等方面具有較強的競爭優(yōu)勢[1]。

2 晉華爐煤種適應(yīng)性分析

2.1 晉華爐使用的煤種

目前,已有20多套晉華爐裝置投入生產(chǎn)運行，使用過包括神木煤、榆林煤、焦炭、半焦、朔州煤、大同煤、寬溝煤、黑山煤、新疆露天煤、內(nèi)蒙褐煤在內(nèi)的數(shù)十種煤種，其中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～30%、揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～36%、灰熔點為1 150～1 550 ℃、煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～65%。部分運行廠家運行的煤質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 晉華爐部分運行廠家煤質(zhì)數(shù)據(jù)

2.2 煤種分類及其氣化性能

2.2.1 煙煤

以神木煤和榆林煤為代表的煙煤是目前中國煤氣化裝置應(yīng)用最廣的原料之一。神木煤灰熔點為1 100～1 350 ℃,灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～15%，揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58%～64%。如河南金大地化工有限責(zé)任公司、山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司和陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司(簡稱豐喜臨猗分公司)目前均已此類煤種作為主要原料煤。

此類煤種煤質(zhì)穩(wěn)定、波動小、成漿性好，在晉華爐裝置上應(yīng)用時操作爐溫適中，合成氣成分高。典型煤種和合成氣組分見表2和表3。

表2 神木煤煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表3 神木煤運行數(shù)據(jù)

2.2.2 高灰熔點煤

2012年，國內(nèi)首套水冷壁型晉華爐裝置在豐喜臨猗分公司考核驗收。按照石化聯(lián)合會的要求，采用陽泉白煤和神木煤的混煤，陽泉白煤最高摻混比例為60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，考核驗收用的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表4[2]。

表4 考核驗收原料煤數(shù)據(jù)

根據(jù)工業(yè)裝置標(biāo)定期間運行數(shù)據(jù)的記錄及采樣分析結(jié)果，裝置連續(xù)穩(wěn)定運行時長為72 h，平均負(fù)荷率為103.1%，各項指標(biāo)平穩(wěn)(見表5)。

表5 考核驗收性能數(shù)據(jù)

2019年，同煤集團(tuán)為了滿足配套甲醇項目的環(huán)評工作進(jìn)度，進(jìn)一步鎖定氣化原料煤的質(zhì)量要求，論證大同地區(qū)煤炭的水煤漿成漿性、氣化性能。在豐喜臨猗分公司水冷壁型晉華爐裝置上對該煤種進(jìn)行試燒經(jīng)濟性評價，完成原料煤試燒、氣化工藝參數(shù)確定等技術(shù)評價工作。試燒選用神木煤和塔山煤作為原料煤，分析數(shù)據(jù)見表6。

表6 工業(yè)試燒用原料煤數(shù)據(jù)

經(jīng)過塔山煤40%、60%、80%、100%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))摻燒比例工業(yè)試燒，得出試燒期間運行數(shù)據(jù)的記錄及采樣分析結(jié)果，其性能參數(shù)見表7。

表7 塔山煤運行性能數(shù)據(jù)

2.2.3 半焦和焦炭

北京低碳清潔能源研究所自2013年起承擔(dān)國家“863”計劃項目之低階煤熱解半焦制漿及氣流床半焦氣化技術(shù)研發(fā)。在實驗室研究的基礎(chǔ)上，依托豐喜臨猗分公司現(xiàn)有水冷壁晉華爐氣化裝置，以神木長焰煤熱解半焦摻燒石窯店/張家峁混煤為原料,進(jìn)行配煤、磨粉、制漿、氣化等過程試驗。得到熱解用煤和試驗原料的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)和性能參數(shù)(見表8和表9)。

表8 熱解用煤和試驗原料的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表9 氣化工藝指標(biāo)和性能參數(shù)

工業(yè)試驗實現(xiàn)了96 h連續(xù)穩(wěn)定運行，日均投煤量達(dá)到了559.7 t。試燒數(shù)據(jù)顯示：試驗期間氣化爐的壓力和溫度波動較小，氣化裝置運行穩(wěn)定；熱解半焦的摻燒比例提高，水煤漿濃度有所增加，CO含量略有增高，H2含量略有下降，但整體有效氣含量增加。工業(yè)試驗的結(jié)果驗證了熱解半焦作為水煤漿氣流床氣化原料的可行性[3]。

新疆天智辰業(yè)化工有限公司天辰化工電石爐氣綜合利用制20萬t/a乙二醇及配套工程項目中，氣化工段采用水冷壁型晉華爐裝置，車間將電石剩余的焦炭直接制漿后與煤混合進(jìn)行氣化，晉華爐運行穩(wěn)定。

2.2.4 褐煤

大唐呼倫貝爾化肥有限公司30萬t/a尿素項目采用耐火磚型晉華爐裝置，自2012年6月開車以來，試用了多種呼倫貝爾褐煤[4]，所用煤種的煤質(zhì)分析見表10。

表10 褐煤煤質(zhì)分析

不同褐煤下的合成氣分析數(shù)據(jù)見表11。

表11 合成氣分析數(shù)據(jù)

系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，裝置進(jìn)行了72 h全系統(tǒng)性能考核運行，得出的氧耗和煤耗數(shù)據(jù)見表12。

表12 褐煤煤耗、氧耗等消耗數(shù)據(jù)

該晉華爐氣化裝置成功突破了褐煤不可制漿氣化的禁區(qū)，經(jīng)過近9 a的穩(wěn)定運行，證實褐煤可以與煙煤一樣用于水煤漿氣化。

3 結(jié)語

煤氣化技術(shù)是現(xiàn)代煤化工實現(xiàn)煤清潔高效利用的關(guān)鍵技術(shù)，煤種的適應(yīng)性是選擇煤氣化技術(shù)的重要因素之一。實踐證明晉華爐氣化裝置對煙煤、無煙煤、褐煤、焦炭等均能實現(xiàn)安全穩(wěn)定氣化，具有廣泛的煤種適應(yīng)性。