煤浆粒度分布对气化系统的影响

煤浆粒度分布对气化系统的影响

杨  路

（宁波中金石化有限公司，浙江 镇海315200）

［摘  要］煤浆粒度分布合适与否不仅影响到煤浆浓度，还会对雾化效果、熔渣的形成、系统的水质等产生影响。结合生产实际阐述煤浆粒度偏离工艺指标时系统的波动状况，进而分析煤浆粒度分布对气化装置的影响，以期为同类型装置的稳定运行提供一定的参考和帮助。

［关键词］ 水煤浆气化装置；石油焦；煤浆粒度分布；雾化效果；渣样形成；细灰含量；影响

    ［中图分类号］ TQ 546.8  ［文献标志码］ B  ［文章编号］ 1004-9932（2016）03-0056-03

谈及煤浆粒度分布，一般都是考虑煤浆粒度分布对水煤浆浓度的影响，而我公司气化装置采用对置式多喷嘴水煤浆加压气化工艺，以石油焦和原煤按一定比例配成水焦浆作为原料，煤浆粒度分布严重偏离设计指标，其主要表现为325目占比过高，指标要求在25%～35%，实际达到了78.3%，对气化装置产生了较大的影响，造成渣中残炭升高，由正常的2%升至10%，系统运行经济性下降；同时，黑水含固量升高，灰渣含水量特别大，无法外运，造成现场环境较差。表1给出了我公司与其他厂家实际煤浆粒度分布情况的对比。

表1  各厂家实际煤浆粒度分布情况对比        %

    注：“—”指该项目未做，但不影响总体的粒度分布；宁波中金8目、14目、40目、200目、325目煤浆粒度分布指标值分别为100%、100%、90%～95%、60%～70%、25%～35%。

1  煤浆粒度分布对气化反应的影响

对于烧嘴雾化效果而言，只有合适的煤浆粒度分布才能获得理想的雾化效果，雾化效果好在系统上会体现为能耗低、渣样分布均匀、发气量大。如果粗颗粒煤浆占比高，则氧气与煤浆的接触面积较小，导致粗渣中残炭过高；同时，粗颗粒煤浆在重力的作用下在气化炉内停留时间相对较短，烧嘴处氧煤比不合适，还易导致烧嘴处超温。如果煤浆中细粒子过多，氧气与煤浆接触面积较大，便于氧气和煤浆反应，可获得较高的气化效率，但细粒子过多又容易被水煤气夹带，导致其未反应就直接离开气化炉。虽然细粒子气化反应时间较短，但由于我公司气化装置压力较低，会将此现象放大，即单位时间内离开气化炉的细粒子增多。因此，适宜的煤浆粒度分布才有利于获得较高的气化效率。

气化炉内细灰的分布为烧嘴往下逐渐升高的趋势，细粒子越多，离开气化炉的细灰就越多。由于我公司气化装置是以石油焦和原煤按一定比例配成水焦浆，而石油焦的反应活性差，即石油焦很难着火，气化炉内存在一次反应区和二次反应区。一次反应区主要以生成CO2为主，此处为放热反应；而我公司气化装置使用的原料之一——石油焦反应活性低，不利于气化反应，使得一次反应区大大延长，即火焰变得更长，炭的反应主要集中在二次反应区，即生产（CO+H2）主要靠的是二次反应区，而由于二次反应区空间减少，导致渣中残炭升高。正常情况下，一次反应区和二次反应区是特定的，而烧嘴雾化效果差以及烧嘴物料不平衡均会改变反应区。我公司前期运行实践表明，同样的负荷，掺烧石油焦的比例增加，渣中残炭升高，渣量变大，这便是印证。正常情况下，气化炉靠近渣口处的测温点所测温度属于二次反应区的末端，而我公司气化装置温度显示波动大且低，表明该处二次反应剧烈。

因此，不管是烧嘴雾化效果，还是细粒子对反应区的影响，煤浆粒度分布中325目占比过高均对渣中残炭率升高起到了决定性的作用。

2  原料煤灰分及煤浆粒度分布对挂渣的影响

在掺烧石油焦的过程中应尽可能使用灰分相对高点的煤种（例如烟煤），一是因为灰分较高的煤种有利于在气化炉炉壁上形成挂渣，保护耐火砖；二是如果不掺烧灰分高的煤种，石油焦中的镍元素会加速耐火砖的侵蚀，直接对气化炉耐火砖产生剥离作用，导致耐火砖呈块状脱落。由于石油焦的性质很不稳定，特别是当前石油焦掺烧的比例波动大，对于水煤浆气化装置而言，这种状态是相当危险的。总结运行经验得出结论，在原料配比上，2种煤种（原料）的灰熔点差值应尽量小于100 ℃。另外，我公司气化装置在运行的过程中调节系统压力以及负荷太过频繁，气化炉耐火砖在这种高温差、高应力的情况下很容易形成块状脱落。

有资料表明，煤粒粒度对煤灰在耐火材料表面碰撞率的影响也很大。粒度大的易在耐火砖的表面上碰撞，形成渣膜，从而对耐火砖形成保护，而细粒子则不容易在耐火砖的壁面上沉积而形成渣膜，且细粒子更易形成飞灰夹带。我公司气化装置掺烧的石油焦的性质变化较大（石油焦的灰熔点变化较大），即当灰熔点升高时气化炉进行提温操作，易使气化炉内的砖缝形成气流短路造成耐火砖的砖缝窜气。气化炉炉内向火面耐火砖熔渣沉积的过程是一个相对缓慢的过程，首先是有反应/燃烧的灰渣在耐火砖表面上形成沉积附着，然后其厚度会逐渐增加，其热阻随之增大，渣层表面温度升高，大部分煤灰颗粒处于变形温度以上并粘附在渣层上，渣层厚度逐渐增加直至其表面温度达到使其液化时，渣层的厚度达到动态平衡，即业内所说的以渣抗渣。6.5 MPa水煤浆气化炉水煤气在气化炉内的表观流速为0.96 m/s，我公司气化装置为1.46 m/s，接近前值的1.5倍，表观流速过快致使燃烧反应过后的灰渣很难在耐火砖上形成挂渣。而我公司气化装置使用的原料为特低灰煤掺烧石油焦，这也在很大程度上制约了挂渣的形成。水煤气在气化炉内的表观流速对炉壁上挂渣产生的影响，通过颗粒沉降速度计算公式可得知，当气化炉的生产能力低、气化压力高时，水煤气的实际流速小，随着水煤气流速的减小，被带出气化炉的颗粒粒度小，颗粒总带出量减少。

2              煤浆粒度分布对渣样形成的影响

更多内容详见《中氮肥》2016年第3期