如何有效提高恩德炉气化中碳的转化率

2011-02-07张连明

化学工程师 2011年4期

张连明

（黑化集团公司工程技术部，黑龙江齐齐哈尔 161041）

目前，全国各地都在加快煤化工行业的步伐，选择以煤炭气化为龙头的产业链在各地悄悄兴起，恩德炉气化成为行业的关注。因为恩德炉自身的优势是：投资小，上马快，操作简单，煤源广阔。全国已有十余家选用，二十余台炉投入运行，并且运行良好。但是，恩德炉存在的弊端也不容忽视，那就是恩德炉的灰分含碳量居高，碳的转化率偏低，造成煤炭资源的浪费，环境的污染，同时，给生产的安全，稳定，长周期运行构成威胁。各地恩德炉运行厂家经多年的努力调整和改进，取得了显著提高。具体体现在以下几方面。

1 煤种选择

从恩德炉设计角度上来讲，恩德炉气化采用的是流化床粉煤气化技术，适应的煤种为褐煤，长焰煤、不粘煤和弱粘煤。对煤的适应性宽，煤源广阔。但是，要使恩德炉运行良好，提高原料煤转化率，就要对煤的性质方面有严格要求。

1.1 选择反应性好的原料煤

煤的反应性即煤的活性，原料煤对气化介质应有足够的化学反应性，以保证较高的气化效率。对于气化温度较低的恩德气化炉，反应性的影响更大，以我厂恩德炉为例：至开车以来，分别试烧过免渡河、十八站、海满等地的褐煤，这3种褐煤在操作温度为980℃下的反应性差别较大，3种褐煤转化率也明显不同，见表1。

表1 3种褐煤转化率Tab.1 Conversion rate of 3 kinds of lignite

表1数据表明：原料煤的反应性越好，气化反应进行的越彻底，煤的转化率越高。

1.2 选择灰熔点高的原料煤

灰熔点低对于流化床属于不利因素，因为流化床的煤气化操作在灰熔点以下进行，以避免灰分结渣，破坏床内物料的正常流化状态。但是，为了使炉内的物料在极短的时间得到充分反应，反应进行的更彻底，选择灰熔点高的原料煤，更能提高操作温度，从而，恩德炉在高温下运行，有利提高原料煤的转化率。

2 降低入炉原料煤中的水分

流化床气化是原料煤与气化剂（水蒸汽）和富氧空气）在发生炉内复杂的物理化学反应，原料煤中的水份只是间接参与气化反应，在气化过程中虽然物料只有0～10mm大小，物料进入炉每一个小颗粒都作为一个反应实体，都要发生干燥、干馏、氧化还原反应过程，只是在流化床气化过程中每一个环节较为迅速没有明显的界面，但原料煤水分的蒸发都要发生在每个煤颗粒本身，并且在每个颗粒表面形成一种蒸气保护膜，这样大大地降低了热传递过程，气化剂与颗粒作用时，反应温度较低，气化速度受到影响，降低了反应效果，以我厂恩德炉为例，选用水分不同海满褐煤作为原料，操作温度在980℃左右，单炉产气量在37000m3·h-1左右，各项指标有所不同，详见表2。

表2 不同海满褐煤产气情况Tab.2 Gas production rate of different lignite

表2数据表明，原料煤水分越高，气化所耗煤、耗氧、排出物含碳量、带出物含碳量都要偏高，所以说流化床气化要严格控制原料煤水分。

3 对旋风分离器进行改造，加大带出物料的回流量，增加二次气化反应

恩德炉气化是流化床气化，炉内的物料呈沸腾状态，物料与气化剂在炉内底部密相区反应，气和大量的带出物由炉顶引入到旋风分离器内，大量的粉尘在离心力的作用下被捕集到锥体底部，并由回流管回流到炉内参加二次气化反应，这样大大地降低了灰分的含碳量，有效地提高了碳的转化率。对于一台恩德炉气化系统来说回流量的大小直接影响粉尘的带出量和碳的转化率。以我厂恩德炉系统的旋风分离器进行改造为例。我厂恩德炉是2003年上马，在原设计中分离器没有中心管，回流管的内径也只有200mm。而在2010年6月对旋风分离器进行改造，增加中心管和加大了回流管内径为300mm，效果非常明显，以单炉产气为40000m3·h-1进行数据对比见表3。