王永刚，王鹏山，杨璋，陈国伟，郑海强
[盛虹炼化（连云港）有限公司，江苏连云港222042]
［摘 要］某炼化一体化项目配套气化装置采用航天迈未全废锅气化炉（四开无备），其延迟焦化装置副产石油焦约720 kt/a。为实现高硫石油焦高效、合理、环保利用，通过对高硫石油焦性质的研究，于2023年7月在1台气化炉上开展了原料煤中掺混5%石油焦的掺烧试验，并对石油焦掺烧前后磨煤系统煤粉粒度分布、煤粉水含量、热风炉燃料气耗量、惰性气中氮氧化物含量、磨煤机排矸量、气化炉原料消耗、渣锁斗系统排渣量、原料煤/粗合成气/闪蒸酸性气中硫含量、灰水pH及悬浮物含量等方面进行了对比分析。试验表明，气化炉掺烧石油焦（掺烧比例5%）后系统运行总体上较为稳定。今后将继续在工艺气脱硫等方面进行研究与探索，以实现高硫石油焦的常态化稳定掺烧，并进一步提高其掺烧比例。
［关键词］航天迈未全废锅气化炉；原料煤；高硫石油焦；掺烧目的；原料分析数据；工况变化；
掺烧总结
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）04-0016-03
0 引 言
某炼化一体化项目配套气化装置采用粉煤加压气化全废锅流程（副产10 MPa高压过热蒸汽），气化装置于2023年初投产，其航天迈未全废锅气化炉（简称迈未炉，其供应方与航天炉不是一个厂家，属于航天炉的一个分支流派）以煤为原料制备粗合成气，粗合成气经耐硫变换、林德低温甲醇洗得到甲烷化原料气及制氢原料气。本气化装置共4台气化炉（四开无备），规格Φ4 564 mm/Φ5 200 mm×50 000 mm，单炉投煤量3 000 t/d，设计工作压力4.0 MPa，单炉粗合成气折有效气（CO+H2）产量175 km3/h（标态），是目前国内单台产能最大的迈未炉。
该炼化一体化项目延迟焦化装置中重质油热裂解的过程中产生约720 kt/a的石油焦，副产石油焦主要用作热电锅炉原料，售价较低、效益较差，而与此同时气化装置需大量外购“高价”原料煤。鉴于业内有不少在气流床气化炉如水煤浆加压气化炉、干煤粉加压气化炉试烧或成功掺烧石油焦的案例，该企业通过对高硫石油焦性质的研究，于2023年7月在1台气化炉上开展了原料煤中掺混5%（质量分数）石油焦的掺烧试验，对比掺烧前后气化装置运行工况的变化，掌握掺烧石油焦对系统运行的影响并作出下一步的工作计划。以下对有关情况作一介绍。
1 掺烧目的
石油焦作为石油炼制过程中产生的一种可再利用的“废料”，其含碳量（质量分数）在85%左右，碳氢比高达18～24，密度为900～1 100 kg/m3，空气干燥基灰分0.1%～1.0%、挥发分3%～16%。近几年来国内石油焦产量增加，除部分石油焦作为工业原料和发电用燃料外，高硫石油焦（属于“危废”）面临着处置困难的问题，寻求一种合理、高效处置石油焦的途径迫在眉睫。该企业通过对石油焦性质进行分析，认为在气化原料煤中掺烧高硫石油焦，可降低原料煤灰分和灰熔点，拓宽气化原料煤使用范围（可使用高灰分、高灰熔点原料煤），降低气化反应耗氧量、耗煤量，同时可有效缓解企业石油焦的储存压力（焦仓存储原料煤，石油焦存储空间较小，如遇石油焦外销不畅，将加大现场存储难度），且单位质量石油焦外销价格远低于气化原料煤购进价格，掺烧可取得一定的经济效益。
2 掺烧原料分析数据
选用1台气化炉进行石油焦掺烧试验，按照原料煤∶石油焦=95∶5（质量比）进行混合后输送到气化煤仓，通过制粉系统、煤粉输送系统、气化系统产出粗煤气送下游系统，产生的黑水送至渣水系统进行二次处理。掺烧原料之全水分（Mt）、空气干燥基灰分（Aar）、空气干燥基挥发分（Var）、固定碳（FCar）、总硫（St,ar）、低位发热量（Qnet,ar）、灰熔点（FT）分析数据（平均值）见表1[注：掺烧试验原料煤与石油焦各取5次样，分别进行工业分析，并将5次样按比例混合（5%石油焦+95%原料煤）后同样进行混合样的工业分析，表中数据为5次样分析结果的平均值，与理论值存在一定的偏差]。可以看到，掺混后原料中硫含量增幅较大，总硫含量达0.52%，约为原料煤总硫含量的1.93倍，掺烧时需重点对工艺介质中的硫含量进行监控。
3 掺烧石油焦前后系统工况的变化
石油焦仓的石油焦与原料煤皮带的原料煤汇合后由总皮带输送至气化煤仓，为使本次掺混过程中达到原料煤∶石油焦=95∶5且充分混合，掺混前多次校准输煤皮带与石油焦皮带称重仪，并通过气化原料煤仓称重仪进行校对，确保称重系统运行正常。掺烧试验中，气化炉使用原料煤煤种不变，气化系统负荷与压力保持稳定，其他工艺参数均在指标范围内，收集掺烧前后各6 d的运行数据并进行对比分析。
3.1 磨煤系统煤粉粒度分布
掺混石油焦的混合原料刚开始进入中速磨煤机时，磨煤机产生煤矸石中夹带煤块较多。经分析，石油焦哈氏可磨性指数约78、原料煤哈氏可磨性指数约56，通过提高中速磨煤机磨辊加载力（由2.5 MPa缓慢提升至3.2 MPa），煤与石油焦在磨辊和磨盘之间受到更大的碾压力，煤粉粒度变小，排矸量正常，同时煤粉合格率提高：选取煤粉粒度≤90 μm作为石油焦掺烧前后对比指标，采用100%原料煤时，煤粉粒度平均值为75.9 μm；掺烧5%石油焦后，煤粉粒度平均值为81.6 μm，较全煤时煤粉粒度合格率提高约5.7%，利于煤粉气化过程中反应完全。
3.2 磨煤系统煤粉水含量
为保证煤粉输送系统稳定运行、防止煤粉中水分析出而造成煤粉板结影响输送系统运行，须严格控制煤粉水含量在3%以内，生产中一般通过控制磨煤机出口温度在105 ℃左右使煤粉中的大部分水蒸发到气相中而排出系统。石油焦掺烧前后，磨煤机进口风量、出口温度均维持不变，采用100%原料煤时煤粉水含量平均为1.92%，掺烧5%石油焦后煤粉水含量平均为2%，即掺烧石油焦前后煤粉水含量变化不大。
3.3 磨煤系统热风炉燃料气耗量
为将磨煤机出口温度维持在105 ℃左右，在磨煤系统循环分量不变的情况下，需根据磨煤机运行工况不断调整循环风进磨煤机温度（即热风炉出口温度），热风炉使用燃料气与空气燃烧放出的热量加热循环风，控制进磨煤机循环风温度在280～330 ℃之间。石油焦掺烧前后，选取吨煤耗燃料气量进行对比，掺烧5%石油焦时吨煤耗燃料气平均为16.5 m3/h，100%原料煤工况时吨煤耗燃料气平均为21.2 m3/h，掺烧5%石油焦时燃料气耗量比全煤工况少4.7 m3/h，主要原因是石油焦全水含量低、比表面积小，水分容易蒸发出去，掺烧石油焦时热风炉出口温度可控制相对较低，故燃料气耗量有所减少。
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