焦炭活性对煤气发生炉生产能力及原料消耗的影响

余仕良

(云南云天化股份有限公司云峰分公司 云南宣威 655413)

煤炭活性是指煤、焦炭与二氧化碳的化学反应性，也就是在一定的温度条件下煤炭对二氧化碳的还原能力，故煤炭的二氧化碳还原率又称为煤炭活性。活性高的煤炭还原能力强，而活性低的煤炭还原能力差，因此煤炭活性是表征煤炭化学稳定性及其表面积的指标之一。煤炭的化学活性对气化和燃烧有密切的关系，活性高的煤炭在气化和燃烧过程中反应速率快、效率高，特别对高效率的新型气化工艺(如沸腾气化等)更是如此。煤炭活性更直接影响到煤在气化炉中的反应情况、消耗量、所产生的煤气中有效成分等。在流化燃烧技术中，活性对煤炭在燃烧炉中的反应速率有密切关系，因此活性也是一种重要的煤炭气化和燃烧特性指标。随着技术的发展，煤炭活性指标在生产中的应用还将日益广泛。

对同一种煤炭而言，活性随着温度的升高而升高；对不同品种、不同产地的煤炭，在同一温度下的活性差别非常大。

1 不同品种焦炭的活性对比及其分析

云南云天化股份有限公司云峰分公司以焦炭为原料制取半水煤气生产合成氨，在焦炭气化过程中发现，当焦炭的固定碳含量、灰熔点等主要指标基本一致的情况下，煤气发生炉产气量及消耗却存在较大的差别。采用煤炭活性分析仪对所用焦炭的活性进行测定，发现焦炭的活性(尤其是低温活性)对煤气发生炉的原料消耗、产气量、炉况运行状态等影响较大。云南吉成焦和云南嘉麟焦的内在质量基本相同但活性不同，活性分析统计分别如表1和表2所示。

表1 云南吉成焦的活性分析统计 %

由表1和表2可知：①云南嘉麟焦的平均活性比云南吉成焦高，在1 100 ℃、1 150 ℃、1 200 ℃和1 250 ℃时分别比云南吉成焦高6.6%、5.7%、2.5%和0.4%；②尽管不同焦炭在同一温度下的活性差别较大，但在1 100～1 250 ℃范围内，活性随温度的升高而增大，且增大速率逐渐减小，而在1 250～1 350 ℃范围内活性变化基本不大，因此煤气发生炉气化温度控制在1 250 ℃左右比较适宜。

表2 云南嘉麟焦活性分析统计 %

2 不同焦炭的工业分析数据对比及其分析

云南嘉麟焦和云南吉成焦的工业分析数据如表3所示。

表3 云南嘉麟焦和云南吉成焦的工业分析数据

项目w(水分)/%w(固定碳)/%灰熔点/℃w(硫分)/%最高最低平均最高最低平均最高最低平均最高最低平均云南嘉麟焦8.86.57.680.1978.7279.461 3551 3501 3520.760.590.68云南嘉麟焦8.76.37.580.2178.8479.52云南吉成焦8.96.77.880.2178.7379.471 3601 3451 3520.800.740.77云南吉成焦9.56.78.180.1678.5379.34

由表3数据可知，云南嘉麟焦和云南吉成焦在固定碳含量、水分含量、灰熔点和硫分含量差异不大，可视为具有同等的质量。

3 固定层煤气发生炉使用不同活性焦炭的工艺参数对比

固定层煤气发生炉使用不同活性焦炭的工艺参数对比如表4所示。

由表4可看出，云南嘉麟焦低温活性较云南吉成焦高，吹风时间可缩短2 s。实际运行结果表明：与采用云南吉成焦相比，采用云南嘉麟焦制得的半水煤气中CO2体积分数降低了0.11%，上行温度上升了4 ℃，返焦量减少0.12 t/d；采用云南嘉麟焦制得的半水煤气中(CO+H2)体积分数为69.41%，采用云南吉成焦制得的半水煤气中(CO+H2)体积分数为69.19%。

表4 固定层煤气发生炉使用 不同活性焦炭的工艺参数对比

4 焦炭活性对原料消耗及产气量的影响

正常生产工况下，云南嘉麟焦和云南吉成焦的月消耗对比及日消耗对比分别如表5和表6所示。

表5 云南嘉麟焦和云南吉成焦的月消耗对比

日期焦炭用量/t云南嘉麟焦云南吉成焦当月吨氨焦炭消耗量/kg2016-0113 993.30.01 1612016-023 116.89 873.01 184

云南嘉麟焦和云南吉成焦在固定碳含量、灰熔点、大焦综合利用率等方面差异不大，但煤气发生炉工艺控制条件及原料消耗方面却差别较大，其主要原因就是两者的活性差异较大，尤其是焦炭的低温活性对煤气发生炉的工艺操作、产气量及原料消耗量影响较大。

由于云南吉成焦的低温活性明显低于云南嘉麟焦，因此采用云南吉成焦为原料时，煤气发生炉每个循环需延长吹风时间2 s，加上堆密度、水分含量等指标较高，在用气量或开炉数相同的条件下，每天多消耗焦炭12.63 t。

表6 云南嘉麟焦和云南吉成焦的日消耗对比(2016年)

时间段原焦用量/(t·d-1)最高最低平均焦炭耗量/(t·d-1)吨氨焦炭消耗量/kg焦炭品种02-15至03-04457.51444.73450.50500.701 188云南吉成焦03-05至03-14460.73436.60439.44487.071 161云南嘉麟焦

针对云南吉成焦低温活性差、消耗高的现状，在工艺操作方面可采取提高气化层温度的措施，但会导致焦炭消耗增大。

5 结语

原料的反应活性对气化过程的工艺参数有较大的影响，活性高则气化强度和热效率高，在一定气化强度下需要的反应温度低。对于活性和灰熔点均低的燃料，气化强度及热效率就更低。焦炭的活性对优化煤气发生炉工艺参数及操作具有重要的指导意义，对于充分发挥煤气发生炉的生产能力具有重大的作用。因此，煤炭(焦炭)的活性应作为一个重要的控制指标及采购指标进行管控，为优化气化工艺、降低原料消耗创造条件。