超大型输运床煤气化装置原料煤的检测与选择

杜伟 高亚男 李晓宏 姬鹏军 高磊 康徐伟 王艳红 马雯静

(陕西延长石油(集团)碳氢高效利用技术研究中心,陕西 西安 710075)

超大型输运床煤气化装置原料煤的检测与选择

杜伟 高亚男 李晓宏 姬鹏军 高磊 康徐伟 王艳红 马雯静

(陕西延长石油(集团)碳氢高效利用技术研究中心,陕西 西安 710075)

超大型输运床煤气化装置是目前国内外探讨、研究的一套新型煤气化装置。其所使用的气化炉是一台全新的大型干粉进料气化炉，在对新型干粉气化炉的原料选择上，需要从不同性质的煤对气化过程的影响进行多次试验研究。本研究选用不同煤种，通过测定比较煤的工业分析、煤对CO2反应活性、煤的灰熔融性等指标，得到崔木煤更适合作为超大型输运床煤气化装置的原料用煤。关键词：超大型输运床；煤气化装置；煤；选择

煤炭作为一种重要的能源在我国国民经济中占有非常重要的地位。煤炭在为人类社会做出巨大贡献的同时，也为人类环境带来严重危害，大量的粉尘、二氧化碳、硫化物等污染着环境影响人类健康[1]。煤气化技术是煤炭能源转化的基础技术,也是煤化工发展中最重要、最关键的工艺过程之一[2]。超大型输运床煤气化装置中所使用的气化炉是一台全新的干粉进料气化炉，与传统的水煤浆气化炉不同，干粉煤气化具有效率高、物料消耗低、干法排灰、无黑水等显著优势，可以减轻环境的破坏和影响。气化炉装置的运行状况在很大程度上影响甚至决定了一个大型煤化工项目能否实现长周期、安全、环保、稳定、高效运行以及产品的成本等[3]。因此在新型气化炉的原料煤的选择方面，需要对煤种不同性质进行对比分析，选用适合的煤种进行试验，对新型煤气化装置中气化炉选煤提供了重要的指导意义。

1 实验仪器及材料

自动工业分析仪(ES-G406)；意大利欧维特元素分析仪(EA3000)；煤活性测定仪(SYD-T116)；灰熔融性测定仪(WSF600)；粘结指数测定仪(GT-2)；自动量热仪(WS-C600)；哈氏可磨性指数测定仪(WS-60)；崔木煤；亭南煤；下沟煤。

2 实验方法

根据超大型输运床煤气化技术的要求，必须做好原料煤的选择工作。本文选用下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样进行工业分析、元素分析、煤对CO2反应活性以及煤的灰熔融性等技术指标的测定。根据试验结果，选出最佳的煤样作为超大型输运床煤气化的原料用煤。

3 结果与讨论

作为超大型输运床煤气化的原料用煤，其煤质的好坏直接影响着气化性能、装置的稳定性和经济性能。因此根据试验结果，确定最佳的煤样作为超大型输运床煤气化的原料用煤。

3.1 煤的工业分析

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/T 30732-2014 煤的工业分析方法(仪器法)进行测定，结果见表1。

表1 煤的工业分析

根据超大型输运床煤气化技术的要求，原料用煤的水分不宜过大，否则会对磨煤过程造成影响。由表1可以看出，亭南煤样的水含量为三个煤样中最小的一个。

灰分是煤炭质量检测的基本指标之一。灰分高，氧耗、煤耗都会增加，热效率也会下降，堵灰和结渣的几率也会随之增加，从而影响装置的生产能力，而且原料煤的灰分高，气化炉内挂渣，会影响气化炉的使用寿命。根据超大型输运床煤气化技术的要求，原料用煤的灰分在12%～25%为宜。由表1可以看出，下沟煤样的灰分含量为三种煤样中最小的一个，对装置生产能力的影响也较小。

挥发分是指煤的挥发份产率，也是煤种分析的重要指标之一。煤的挥发分愈高，对气化反应愈有利。由表1中的数据可以看出崔木煤样的挥发份测定值为三种煤样中最大的一个。在实际生产过程中对气化反应越有利。

煤中固定碳，也是表征煤的变质程度的一个指标。随变质程度的增高而增高。固定碳是指挥发物逸出后所剩余的可烯碳质。由表1可以看出，崔木煤样的固定碳测定值为三个煤样中最小的一个。

3.2 煤的元素分析

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/ T 31391-2015 煤的元素分析进行测定，结果见表2。

表2 煤的元素分析

由表2可以看出，下沟煤样的碳氢之和是三个煤样中最大的，在燃烧时能产生较高的热量。崔木煤样中氮和硫的测定值为三个煤样中最小的。在实际生产过程中对环境的影响也是最小的。

3.3 煤对CO2反应活性

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/ T 220-2001煤对CO2反应活性测定，结果见图1。

图1 煤对CO2反应活性

因超大型输运床煤气化装置原料煤粉用二氧化碳输送，气化炉的反应温度在900℃以上，故煤对二氧化碳反应活性是煤种适用本装置重要的指标之一。由图1可以看出，在900℃以上温度下，崔木煤样大于下沟煤样和亭南煤样的反应活性，更适合于超大型输运床煤气化装置的使用。

3.4 煤灰熔融性

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样进行依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/ T219-2008煤灰熔融性的测定方法测定，结果见表3。

表3 煤灰熔融性

煤的流动温度也是影响气化炉使用寿命的重要因素之一。煤的流动温度太低，粉煤气化炉内气化时碳转化率偏低，无法挂渣，流动温度太高则须添加助熔剂，否则会影响气化炉的使用寿命，因此粉煤气化技术一般要求煤的流动温度在1250℃～1550℃之间。由表3可以看出，下沟煤样与亭南煤样的流动温度偏低。崔木煤样的流动温度为1360℃，更适合于粉煤气化炉的使用。

3.5 可磨性指数

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/ T2565-2014煤可磨性指数的测定方法测定，结果见表4。

干粉煤气化工艺要求选用可磨性指数较高的煤种作为气化煤种，一般要求煤的哈氏可磨性指数(HGI)在50～60及以上。才能保证干粉煤气化装置的运行经济性。从表4数据中可以看出崔木煤样的可磨性指数测定值为三个煤样中最大的一个。在制样过程中更加有利，也能保证装置运行的经济性。

表4 煤的可磨性指数

3.6 发热量

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/ T213-2008煤的发热量测定方法测定，结果见表5。

表5 煤的发热量

煤的发热量越高，其燃烧经济价值就越大。从表5数据中可以看出下沟煤样与崔木煤样的发热量测定值较大，所以在使用过程中经济价值就大。

3.7 粘结指数

首先对下沟煤矿、崔木煤矿、亭南煤矿的煤样依据GB474-2008 煤样的制备方法进行样品预处理，然后依据GB/ T5447-2014 烟煤粘结指数测定方法测定，结果见表6。

表6 煤的粘结指数

对于不同煤种，煤的粘结指数是判别煤的粘结性、结焦性的一个关键指标，可以确定不同煤种的主要用途。从表6中可以看出，本次实验所用煤的粘结指数GR.I范围都＜5，属于不易粘结煤种，有利于气化装置的排灰处理。

4 结语

通过对三个煤样的分析测定结果对比可以看出，崔木煤样的挥发分大于下沟煤样与亭南煤样，对气化反应更有利；其灰熔点更适合于粉煤气化炉的使用；且可磨性指数较大，也说明运行的经济性更大。在900℃以上温度下，崔木煤样大于下沟煤样和亭南煤样的二氧化碳反应活性。崔木煤样的水含量较大，本实验装置在制粉系统后煤粉筒仓外部已经加装蒸汽伴热，可去除煤粉中的水分。三种煤样均属于低粘结性的煤种，都有利于气化装置的排灰处理。通过对以上不同类煤种的分析项目比较，得到崔木煤更适合作为超大型输运床煤气化装置的原料用煤。

[1]汪寿建.21世纪洁净煤气化技术发展综述[J].化肥设计,2004,42(5):3-5.

[2]李仲来.煤气化技术综述[J].小氮肥设计技术,2002,23(3):7-17.

[3]魏有福.大型煤化项目气化技术的应用状况及选用分析[J].中氮肥,2016,(5):24-28.

The choice of raw material coal of very large transport gasifier

The very large transport gasifier which is being investigated and researched in China and abroad is a new type gasification plant.The gasifier is a large late-model dry pulverized coal gasifier.It is necessary for this technology to carry out experiments to analyze the influence of coal properties on gasification in the selection of raw coal.Several indicators of different kinds coal,such as Hardgrovegrindability index,volatilematter content and characteristics of carbon dioxide,were analyzed.It was found that Cuimu coal was more suitable as raw coal for the coal gasification equipmentofvery large transport gasifier.

very large transport gasifier,coal gasification equipment,coal,selection

杜伟(1988-)，男，汉，陕西延安人，助理工程师，现从事能源分析检测方面的研究工作。