多元料浆煤气化细渣含碳量高原因探讨

陈宽平

摘 要：分析了多元料浆煤气化细渣中残碳高的原因，通过对水煤浆气化运行分析，针对性提出了通过提高炉温、调整煤浆粒度及浓度和调整工艺烧嘴环隙尺寸增强煤浆雾化效果等降低细渣中残炭的措施，有效降低细渣中残碳量，达到降低单耗的目的。

关键词：多元料浆；水煤浆气化；细渣残炭含量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.083

1 多元料浆煤气化技术

多元料浆煤气化技术属湿法气流床加压气化技术，是指对固体或液体含碳物质（包括煤、石油焦、沥青、油、煤液化残渣）与流动相（水、废液、废水）通过添加添加剂（分散剂、稳定剂、PH值调节剂、湿润剂、乳化剂等）所制备的料浆，经高压料浆泵升压后送入多元料浆气化炉气化烧嘴，高压氧气和料浆经喷嘴混合、雾化后喷入气化炉反应段，生产以CO+H2为主要成分的粗煤气。高温煤气夹带着未完全反应的碳粒及细渣颗粒并流向下进入溢流式激冷器，与来自激冷室中的激冷水充分接触，煤气降温冷却并饱和。粗煤气夹带的细渣和未反应的碳粒进入激冷室下部的锁斗定期加压排出。冷却后的煤气经洗涤系统洗涤后进入下游工段；煤气激冷黑水和洗涤黑水经换热后去分离器进行灰水处理，灰水处理后返回气化系统循环使用。浓缩后的黑水进入真空带式过滤机，过滤出的细渣送细渣处理，滤液返回澄清槽循环使用。

2 气化炉渣内部含碳量高的因素探讨

2.1 气化炉操作温度的作用

气化炉内部的操作温度是由随气化用煤灰熔性的温度所决定的，随着后者变化而改变，这个时候就需要充分保证气化炉内壁的厚度必须相当的厚，渣层需要达到3-5mm作用，同时也要保证渣的流动性，这样可以保证顺利排渣，通常情况下气化炉内部的操作温度要超过灰熔点（FT）温度大约50℃。耐火砖需要延长使用寿命，气化装置的运行周期也要延长，而我单位采用了一种低灰熔性温度的洗精煤作为燃烧原料，由于其FT温度又比较低，这就让炉内操作温度从原来的1350℃降逐步降低到當前1300℃上下，气化反应速率也会必然跟着降低，因此最终导致了细渣中残碳量逐步增多。

2.2 煤浆粒度分布的影响

原设计煤浆粒度20目的过筛率应大约在98到100%这个范围，当前大概为97%；40目的过筛率在90-98%之间，现实际为88%左右，120目的过筛率应在5-70之间，现实际为48%左右，200目的过筛率应在40-50之间，现实际为39%左右。磨煤机负荷的增加也会让煤浆粒度增加大，在相同的温度、压力和停留时间下，反应物粒度也将增大，这必然会让气固相接触面积随之减少，反应速率也跟着降低，这样一来反应物转化率必然会出现显著地下降，最终使得细渣中残碳量跟着升高。

2.3 烧嘴雾化角的改变会让煤浆喷出偏流

在当前情况下，国产烧嘴通常都会运行到90d，不过需要值得注意的，烧嘴通常使用到后期以后，煤浆通道因被煤浆射流长期的磨蚀和侵蚀，流通面积逐渐变得宽大，因此截面也变成了不规则的图形，这让煤浆喷出很多偏流，煤浆的分配也肯定不均匀，这时煤浆流速也不断下降，这样一来气化剂与煤粉混合效果也必然会下降很多，雾化效果肯定会变得很差，气固相反应转化率也随之降低，细渣中含碳量也会跟着升高。随着烧嘴使用周期的不断延长，雾化效果更差，氧气与煤粉混合效果继续下降，反应能力进一步下降，细渣中残炭含量也进一步升高。又要考虑到烧嘴装配时紧固力存在一定的误差，又因此热应力的影响三通道的烧嘴出现了不同心的现象，使煤浆出烧嘴时就出现了偏流，雾化效果也是非常差的，最终导致了细渣中残碳量的急剧升高。

2.4 氧煤比失调的影响

受气化炉操作温度等的限制，气化煤浆量的增大造成氧煤比过小，正常情况下每立方煤浆需氧490m3，实际为476 m3。氧气相对不足造成煤浆投入后反应不完全，煤浆过剩较多，导致细渣中残碳量升高。同时也不允许过多的氧气存在，因为在洗涤塔中因过氧和发生爆炸或时变换、净化催化剂氧化，煤浆过剩量控制不好也会造成细渣中残碳量升高。

2.5 灰熔融性温度波动的影响

考虑到没有煤浆在线灰熔融方面的温度分析设备，多种煤混合燃烧时，灰熔融性温度变化时非常之大的，采取手动方式来分析会显得非常滞后，因此操作上通常采取依靠渣口压差、气体中CH4、CO2含量的一些变化数据来分析和判断操作炉温、煤浆的灰熔融性温度等数值，认为判断误差及操作炉温不当都易造成细渣中残炭含量升高。在生产不稳地时细渣中可燃物含量甚至高达60%。

3 降低细渣中残碳含量的措施

3.1 提高煤浆质量

提高煤浆质量可从控制磨机进口煤质量、均匀上料粒度、调整煤浆粒度级配、控制添加剂质量及配量和合理调节水煤比等方面入手。从提高煤浆浓度，细渣残碳量相对降低，有效期含量增加，同时提高煤浆浓度，还可以降低比氧耗，从而降低原料煤单耗与氧气消耗，达到节能降耗的目的。

3.2 提高气化炉操作温度

多元料浆加压气化是接近绝热状况的自热式反应，在整个反应器内存在一定的温度场分布，操作温度是指气化炉渣口温度，因其必须满足液态排渣的特定限制条件，所以还需考虑气化反应过程的技术指标。液态排渣条件与煤灰黏温特性及灰熔融性温度有关。正常操作时，细渣应处于熔融状态，且具有一定的流动性能，从而确保细渣顺利排出并保持渣口畅通。模试与中试时间证明：灰粘度小于30Pa·S（对应的气化温度为T30 ，可保证液态排渣的正常操作。因此，气化炉的操作问题（T0必须满足T0≥T30）。从反应动力学角度分析，反应温度越高，反应速率越快。提高气化炉操作温度，蒸汽的分解率及碳的转化率可提高。许多试验，包括小型热态模拟和工业化示范装置已总结出：在一定的操作负荷下，有效气产率是操作温度的函数，随着温度的增加，有效气产率先增加然后下降，呈现一个单峰函数的趋势，其最高温度点即为最佳操作温度。

3.3 优化烧嘴雾化效果及与炉型的匹配

通常参考煤浆质量来及时调整烧嘴中心氧量和环隙氧量之间的配合比，通过优化和调整操作方法，提高烧嘴的雾化效果，也进一步提升了煤在气化炉内的平均停留时间以及气化剂之间的混合均匀度，这样就可以显著地提高碳转化水平。

参考文献：

[1]贺永德.现代煤化工技术手册（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2010（623）.