伊犁地区煤炭在碎煤加压气化工艺中的工业应用探究

景玮 张建树

（1 石河子大学化学化工学院/新疆兵团化工绿色过程重点实验室，新疆 石河子 832003；2 伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊犁 835000）

1 伊犁地区煤炭的特点和性质

通过对伊犁地区多个煤矿样煤的取样分析统计归纳根据中国煤炭分类标准（GB∕T5751-2009）确定伊犁地区煤属于长焰煤煤种；根据煤炭灰分分级标准（GB∕T15224.1-2010）伊犁地区煤属于特低灰煤和低灰煤；根据煤中硫分分级标准（GB∕T15224.2-2010）伊犁地区煤属于中-低硫煤；根据煤的全水分分级标准（MT∕T 850-2000）伊犁地区煤属于中等全水水分；根据煤的固定碳分级标准（MT∕T561-2008）伊犁地区煤属于低固定碳煤；根据煤的挥发分产率分级标准（MT∕T849-2000）伊犁地区煤属于中高挥发分煤；根据烟煤的粘结指数分级标准（MT∕T596-2008）伊犁地区煤属于无黏结性煤。根据煤灰熔融性软化温度分级标准（MT∕T853.1-2000）伊犁地区煤属于较低软化温度灰，这也与伊犁煤较高的Si∕Al比和高钠特性有关。根据煤的热稳定性分级标准（MT∕T560-2008）伊犁地区煤属于中低热稳定性煤；根据煤的哈式可磨性指数分级（MT∕T852-2000）伊犁地区煤在72-80 属于中等可磨煤；根据煤中氯含量分级标准（GB∕T20475.2-2006）伊犁地区煤属于特低氯煤；根据煤中钠钾含量分级标准（MT∕T1074-2008）伊犁地区煤属于中-低碱煤，根据煤中氟含量分级（MT∕T966-2005）伊犁地区煤属于特低氟煤。根据煤中汞含量分级（GB∕T20475.4-2012）伊犁地区煤属于特低汞煤。总体从伊犁地区的煤质特点来属于低热值、高水分、高挥发分、机械强度低、热稳定性差有较强的反应活性的煤种，适合应用于碎煤加压气化技术。

2 伊犁地区煤质的特殊性和复杂性

通过表1、2可以看出伊犁地区的五个煤矿的煤质上存在很大的差异性，主要体现在热值，水分，灰分，挥发份上，CaO，SO3，SiO2的含量上。不仅如此，从伊北四矿两个不同开采面的煤样煤质分析报告来看甚至在同一煤矿的煤质的变化和差异性也是比较大。主要表现在灰分中的FeO，SO3，Al2O3上。煤种的灰成分分析表明，煤灰的熔融温度与煤灰的化学组成有一定的关系， 二氧化硅， 三氧化二铝含量越高，灰熔点就越高，而煤灰中Fe2O3， CaO 越高，灰熔点就越低.整体的煤灰分析中〔CaO+MgO+（Fe2O3+FeO）+K2O+Na2O〕碱性氧化物偏高，SiO2和Al2O3的含量平均低于50%，也决定了此地区的低灰熔点性。

同时从灰熔点的分析上可以看出，伊犁地区的煤炭的变形温度（DT），软化温度(ST)，流动温度（FT）之间的区间比较近，一般在0～50 摄氏度。甚至出现DT∕ST∕FT 重合为两个点或者一个点的情况，对于碎煤加压气化技术来说灰渣粘度特性较差，操作温度幅度较小。

3 伊犁地区煤炭在碎煤加压气化工业应用中的问题和对策

伊犁地区煤质具有长烟煤的普遍特质，伊犁地区煤质分析水分和挥发分的比重计较高，分别能到24%(外水)和30%左右，固定碳含量在45%左右，对于含水量高煤在空气中易风化破裂，入炉气化过程中在高温高水分气氛中易爆裂，粉化严重。[1]水分高会导致原料煤在气化过程中带出的气化潜热增大，出口温度增高，一定程度造成气化炉出口带出的粉煤量增大，所以针对于伊犁地区煤炭的这一性质，碎煤加压气化入炉原料煤的粒度由设计值5～50mm≥90%的粒度下限提升到8mm以上，同时增加了炉前筛分装置，减少入炉煤粉煤含量。

较高的挥发分在碎煤加压气化工艺中能提供10%左右的甲烷，对煤制天然气项目来说是一个很大的优势，但是较高的挥发分会导致煤的热稳定性下降，煤的热稳定性与煤的内水、灰分、挥发分有密切的关系，煤的热稳定性与煤的内水、灰分、挥发分单因素的关联度为Mad＞Vad＞Aad[2]，所以说伊犁地区煤质中的内水含量高和挥发分高也决定了本地区的煤质热稳定性差。高挥发分在碎煤加压气化工艺干馏层生成的焦油，酚，萘等有机物更多。长时间生产容易在波斯曼套筒和喉管处堆积，造成出气口堵塞，导致气化炉上部煤气换气通道变窄，煤气速率增大，带出大量的粉煤。造成气化炉出口温度失真，集水槽堵塞，后续工段换热器堵煤严重，副产品重芳烃含尘量大等大量问题，对整个系统的生产运行和负荷提升带来了很大的制约和安全风险。后续通过扩大波斯曼套筒与喉管之间的间距，起到了很好的效果。

表1 伊犁地区煤炭工业分析

表2 伊犁地区煤炭灰分分析

伊犁地区煤种的气化操作温度区间窄，增加了气化操作的难度。其主要表现为气化炉容易因为煤质的变化汽氧比调整不及时引起气化炉灰细或者炉温过高结渣的情况出现。气化操作温度控制低，气化炉灰细会造成气化炉床层阻力增加，夹套与气化炉压差增大，严重时气流托起灰床，出现气化炉排灰困难的情况。而操作温度控制较高时，即汽氧比控制太低，会造成气化炉灰分熔融粘结形成渣块，大面积的结渣现象会造成气化炉布气不均，严重时形成偏烧，气化炉有过氧爆炸的运行风险。同时，该地区煤炭在洗选以后矸石含量也比较高，最高时约占整个灰分的1∕3，煤中的矸石多且粒度小，大量的矸石在气化过程中带出了大量的气化显热造成气化炉气化效率降低。同时大量矸石的存在不利于气化炉床层的均匀布气，容易造成灰锁温度升高，气化炉出现风洞沟流工况恶化的几率增大。对设备特别是炉篦的磨损也会增大，降低炉篦的使用寿命。针对伊犁地区煤炭此特性可采取较高汽氧比，相对提高灰锁的正常操作温度，避免气化炉超温造成结渣。同时要加强煤质分析和粗煤气成分的化验分析，再结合灰样的情况，综合判断，及时调整汽氧比和炉篦转速，优化工况。

4 结语

伊犁地区煤炭煤质存在很大的不稳定性，对其在碎煤加压气化技术的工业应用增加了难度，但通过对其特性的进一步把握和分析，有利于操作人员及时的进行工艺调整，优化操作条件，对该地区煤炭在碎煤加压气化技术的工业应用上很具参考价值。