煤气化装置原料煤试烧总结

马玉红，吴正宗，常 冲

(青海盐湖工业股份有限公司 青海格尔木 816099)

青海盐湖工业股份有限公司1 000 kt/a甲醇装置采用多喷嘴对置式加压气化炉专利技术生产原料气，该气化工艺以水煤浆和纯氧为原料，采用气流床反应器，在1 350 ℃、6.5 MPa非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗合成气。选用该专利技术的原因是该工艺对煤种的适应范围较宽，碳转化率可达98%；煤气中甲烷和惰性气含量较低，煤气质量好，有效气(CO+H2)在生产实际操作中体积分数高达82%左右。此外，该技术还具有以下优势：采用多喷嘴对置式气化炉，运用撞击流原理，可强化炉内传递过程；碳转化率高，耐火砖使用寿命长；采用由喷淋床与鼓泡床组成的复合床式洗涤冷却设备，具有良好的抑制合成气带水和带灰的功能；煤气初步净化单元由混合器、旋风分离器以及水洗塔组成，具有高效分离与节能的功效；渣水热回收单元采用蒸汽与返回的灰水直接接触，具有节能和不易堵渣的功能。

多喷嘴对置式加压气化工艺对原料煤关键分析项目的要求如表1所示。

由于地域条件与储量的因素，青海盐湖工业股份有限公司煤气化装置的气化原料煤主要来自新疆和内蒙古。如表2所示，内蒙古煤基本符合表1要求，而新疆煤的灰熔点等分析数据有较大波动或不符合指标，煤质不稳定。为了在降低成本的情况下确保煤气化装置长周期稳定运行，对这2个煤种进行了试运行，根据大量实测数据，从吨甲醇煤耗、低压煤浆质量分数与黏度、有效气(CO+H2)体积分数、灰水中氯离子质量浓度、添加剂耗量、生产成本等方面进行了对比分析。

表1 原料煤关键分析项目

表2 2种原料煤煤样实验室实测数据

1 试运行数据对比分析

2种原料煤在多喷嘴对置式气化炉稳定运行、相同工况(操作温度1 250 ℃，操作压力5.78 MPa)下的试运行数据对比分析如下。

1.1 吨甲醇煤耗

如表3所示，排除其他影响因素，吨甲醇耗新疆煤比内蒙古煤多0.50 t。

表3 吨甲醇煤耗对比 t

1.2 低压煤浆质量分数和黏度

由表4可以看出：采用新疆煤制取的煤浆稳定性差，黏度偏大，流动性差，煤浆质量分数不稳定且无法提升，势必增加系统能耗、降低系统产量，而且容易导致输送设备损坏；采用内蒙古煤制取的煤浆稳定性相对较好，黏度小，流动性好，便于输送及提浓，煤浆质量分数较新疆煤提高了2.6%，有助于降低系统能耗、提高产量。

表4 低压煤浆质量分数和黏度对比

1.3 有效气(CO+H2)体积分数

如表5所示，采用内蒙古煤为原料制取的原料气中有效气(CO+H2)体积分数比新疆煤高6%左右。

表5 有效气(CO+H2)体积分数对比

1.4 灰水中氯离子质量浓度

由表6可见：采用新疆煤为原料时，灰水中氯离子浓度严重超标，在大水量置换的情况下，只能保持系统氯离子浓度稳定而无法有效降低，这将会对设备造成严重的腐蚀，对系统长周期稳定运行造成很大的影响；而采用内蒙古煤为原料时，灰水中氯离子浓度相对较低，在系统煤种更换过程中，灰水中氯离子浓度就开始明显下降，实际运行数据达到指标要求，有利于装置长周期稳定运行。

表6 灰水中氯离子质量浓度对比

1.5 添加剂消耗量

加入添加剂的目的是为了降低煤浆黏度，以提高煤浆输送性能。在相同工况下，即使新疆煤的添加剂消耗量为内蒙古煤的2.33倍，所制取的煤浆黏度仍处于很高的水平，造成煤浆输送困难，4台低压煤浆泵连续出现叶轮及蜗壳损坏现象。而将煤种切换至内蒙古煤后，添加剂用量为设计用量，制取的煤浆黏度低，输送稳定正常。

1.6 生产成本

如表7所示，在多喷嘴对置式气化炉稳定运行的相同工况下，即使内蒙古煤价格比新疆煤高370元/t，但采用新疆煤的吨甲醇生产成本仍比内蒙古煤高111.50元。

表7 吨甲醇生产成本对比分析 元

2 结语

煤气化装置选用的气化煤种不合适，将会存在较多问题，不仅生产成本增加，而且会严重影响系统的正常运行。

在使用新疆煤时，由于灰渣黏温特性差，运行过程中气化炉渣口压差上升，排渣不畅，在下降管中形成挂渣，造成气体未经环隙而走短路，使工艺气流温度高而引发联锁跳车。由于渣口压差从25 kPa上升至最高65 kPa，造成炉内流场分布发生变化，炉壁温度最高上升至360 ℃，非常接近紧急停车温度(370 ℃)，而炉壁超温将对气化炉设备本体带来损害。在灰渣从炉内至渣口的排出过程中，随着温度的降低，渣的黏度增大，导致渣口堵塞，不得不通过提高氧碳比以提高炉温来达到熔渣的目的，导致工艺气中CO2含量升高，相应的有效气(CO+H2)含量降低；由于CO含量降低、热负荷增大、水气比升高，使变换反应温度难以维持，

给变换工段操作带来困难；炉温升高后，炉砖易烧坏，炉砖剥落加快；渣黏度增大会造成渣口或下降管堵塞或烧穿，停炉后需检修或人工清理灰渣，严重影响系统满负荷长周期运行。

系统在由新疆煤切换为内蒙古煤后，由于灰渣黏温特性较好，灰渣流动性好，渣口压差、炉内流场分布、炉膛和炉壁温度稳定，系统运行相对平稳，排除其他影响因素，基本可以实现多喷嘴对置式气化装置的长周期稳定运行。