原料煤质量对造气炉制气的影响

0　前言

原料煤质量是影响造气炉炉况和发气量的重要因素。原料煤质量好，能为造气炉炉况稳定提供有利条件，从而能提高其发气量；原料煤质量差，容易导致造气炉出现吹翻、风洞、结疤等炉况恶化现象，造成发气量下降，使原料煤耗升高，生产成本增加。本文结合山西兰花科技创业股份有限公司田悦分公司（以下简称田悦分公司）造气炉入炉原料煤的实际情况，从以下几个方面简要阐述了原料煤质量对造气炉制气的影响。

1　水分

煤的水分（全水分）包括外在水和内在水。煤的内在水在煤中以结晶水的形式存在，与煤化程度无关，即使将煤加热至1000℃，其内在水也不会析出。水分是煤中的不可燃成分，其存在不仅降低了燃料的可燃物质含量，且含水量大的煤发热量也相应低，不易着火、燃烧；同时在燃烧时还要消耗热量使其蒸发和加热所生成的蒸汽，造成水分汽化带走大量热量，从而导致炉内的热量损失，致使炉温降低。为了维持炉内的热量平衡，不得不增加吹风时间，则相应减少了制气时间，导致造气炉的蒸汽分解率和产气量下降，也影响煤气的质量，严重时使炉况恶化。田悦分公司造气炉采用块煤或小籽煤制气时，入炉原料煤中水分（质量分数，下同）控制＜5%为宜；采用型煤制气时，要求入炉原料煤中水分＜10%。

2　机械强度

原料煤的机械强度是指煤破碎的难易程度，因气化方法不同，对煤机械强度的要求也不同。在固定层造气炉中，要求煤机械强度愈高愈好。如果煤机械强度差，其热稳定性也差，一方面在运输及上料过程中易破碎成煤粉，另一方面入炉后受热极易破碎成煤屑，造成床层阻力增大和布风不均，使炉况恶化，且上行煤气及吹风气中夹带的固体颗粒增多，导致造气炉制气量下降。田悦分公司一般要求入炉块煤或小籽煤的抗破碎强度≥65%（质量分数，下同）和型煤的抗破碎强度≥80%。

3　煤粉

田悦分公司原设计的原料煤入炉流程为煤棚内的块煤首先由铲车铲至传送带上，再经皮带输送机输送到破碎机的料仓内，破碎后的块煤经振动筛筛出煤粉后，再由皮带输送机送至造气系统的炭仓内（四楼）；振动筛筛出的煤粉由皮带输送机输送至热电系统锅炉的煤仓内，供锅炉燃烧使用。原料煤从入厂到入炉需要经历5次5m以上的落差，块煤在下降过程中会发生相互碰撞现象而产生煤粉。从田悦分公司实际情况看，100t原料煤从入厂到入炉过程中会产生25t煤粉。经过仔细查找原因，发现入炉前原料煤中已存在大量煤粉。为此，决定对上炭工艺流程进行改造，一方面减小原料煤在输送过程中的落差，另一方面缩短其输送距离，从而降低入炉原料煤的煤粉量。经过现场测量计算，对原料煤入炉流程进行改进，在原煤棚的旁边再搭建一个干煤棚，其内安装1台自制的振动筛，上炭时先用铲车将原煤棚内的块煤铲至传送带上，再经皮带输送机输送至新建的干煤棚下面的振动筛上部的料仓内，筛出的大块煤（粒径≥120mm）由原机械破碎改为人工破碎，中块炭（粒径＜120mm）直接由皮带输送机输送至造气系统炭仓内（四楼），振动筛筛出的煤粉仍由皮带输送机输送到热电锅炉的煤仓内。上炭流程改进后，中间仅经过1次5m的落差，比原输送距离缩短约1．5m，同时入炉原料煤中煤粉质量分数约由25%降至10%。

由于田悦分公司造气炉没有设计炉前筛，在正常运行中会出现原料煤带粉经布料器进入造气炉内情况，一方面容易出现炭层被吹翻现象，另一方面煤粉被带入系统后会腐蚀、磨损设备管道及增加系统阻力。为了进一步降低入炉原料煤中的煤粉量，在每台造气炉料仓下边的插板阀与圆盘阀之间增加了1台炉前筛，对入炉原料煤进行二次筛粉。运行结果表明，造气炉前筛投用后，每台炉平均每班能筛出1t左右的煤粉，将入炉原料煤中的煤粉质量分数控制在3%左右，从而保证了炉况的稳定，客观上提高了造气炉的发气量。

4　煤矸石

煤矸石属于石头一类，并不产气，但在炉内会吸热分解，不利于造气炉制气。另外，煤矸石多的原料煤发热量低，会造成下行温度偏高，导致炉内结疤、蒸汽用量增大、烧坏炉箅、炉条机负荷加大等现象发生，致使造气炉的制气量下降。田悦分公司狠抓原料煤中的矸石含量，将入厂原料煤中的矸石质量分数控制在8%以下。

5　热稳定性

原料煤的热稳定性是指燃料在高温作用下是否容易破碎的性质。热稳定性差的煤入炉后，在气化和燃料层移动的过程中会出现破碎率高的现象，易形成小粒度煤或煤粉，这些小粒度煤或煤粉受气流作用，有的随气流被带出造气炉，有的会积聚在一起，使炉内炭层阻力分布不均，加上煤粉易燃烧，极易造成造气炉内出现风洞、结疤现象，使炉况恶化，以致于无法维持正常生产。因此，尽量不用热稳定性差的原料煤。

6　挥发分

煤的挥发分是指在一定温度下干馏时析出的气体和焦油等可挥发的组分，煤中所含挥发分的多少与煤的硫化程度有关，用挥发分高的原料生产的半水煤气中含有大量的甲烷等碳氢化合物，对甲醇生产来讲是有害气体。所以，挥发分含量高的原料不仅会增加消耗，而且还能降低造气炉的发气量。一般情况下，田悦分公司所使用的块煤及小籽煤的挥发分＜6%（质量分数）、型煤中挥发分质量分数＜15%。

7　灰熔点

煤中所含的灰分在造气炉内达到一定的温度时就会出现变形、软化和熔融状态，当固体灰分变为液态时所达到的温度即称为灰熔点。煤的灰熔点是影响炉内工况好坏和温度高低的主要因素之一，如果灰熔点太低，气化层温度就不能太高，否则会造成炉内结大块，导致炉内床层阻力不均，严重时会造成造气炉不能正常运行下去。因此，煤的灰熔点越高，越有利于提高气化效率，越有利于高产低耗。但是，灰熔点过高，会导致含硫高，降低发热量，从而影响造气炉的制气量。一般情况下，田悦分公司要求使用块煤或小籽煤制气时灰熔点的温度约为1250℃，使用型煤制气时灰熔点的温度在650～800℃。

8　固定炭含量和发热量

固体燃料中除去灰分、挥发分、硫分和水分以外的其余可燃物质，称为固定炭。固定炭含量高，则灰分含量少，发热量就高，能够降低吹风时的空气阻力和减少制气时的蒸汽用量，使造气炉的阻力降低，从而降低原料煤的消耗。另外，因灰分含量少，一方面能够降低炉条机的负荷和转速，另一方面也减少了下灰次数，则相应增加了造气炉的制气时间。反之，固定炭含量低，则灰分大，发热量就低，导致蒸汽用量增加，致使气化层温度低，直接影响造气炉的制气量。固定炭含量越高，对气化反应越有利。因此，入炉原料煤中的固定炭质量分数应＞73%、发热量应＞28470kJ／kg，对制气较为有利。

9　灰分

灰分是固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物，灰分含量高，则相应降低了煤中的固定炭含量，使排灰量增大，会带走部分未燃烧的炭和显热，一方面增加了原料煤消耗，另一方面灰分易燃烧，在气化过程中会妨碍气化剂与炭的接触，不利于气化反应，从而降低了造气炉的制气能力。灰分含量高，也增加了排灰次数，导致排灰设备磨损