混煤粒度影响HT-L炉燃烧动力的原因及工况纠正
何天天
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475002）
［摘 要］ 针对HT-L炉烧神木煤与晋城无烟煤混煤出现的渣口压差波动频繁（渣口堵塞）、粗渣中块状渣比例高、细渣含碳量高等不良情况，通过研究不同粒度混煤的密度、混煤各煤种在不同粒度范围的比例、不同粒度混煤的燃烧动力学、混煤粒度对结渣性的影响，得出HT-L炉烧混煤发生渣口压差波动（渣口堵塞）时，尽量采用辅助手段对HT-L炉的燃烧工况进行纠正，尽可能避免采用降低负荷、切气至火炬、停车等影响收益的处理手段，从源头上提高HT-L炉运行的经济效益与抗风险能力。
［关键词］HT-L炉；神木煤；晋城无烟煤；混煤粒度；混煤密度；燃烧动力；渣口压差
［中图分类号］ TQ 546 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司HT-L煤制气项目2010年4月破土动工，2012年10月19日开车成功，2015年3月开始进行神木煤与晋城无烟煤混煤试烧，试烧期间出现渣口压差波动频繁（渣口堵塞）、粗渣中块状渣比例高、细渣含碳量高等不良情况，在不同程度上影响了炉况的稳定，制约了公司的经济效益。为此，通过研究不同粒度混煤的密度、混煤各煤种在不同粒度范围的比例、不同粒度混煤的燃烧动力学、混煤粒度对结渣性的影响，得出HT-L炉烧混煤发生渣口压差波动（渣口堵塞）时，尽量采用辅助手段对HT-L炉的燃烧工况进行纠正，采用简单快捷的手段使炉况往有益的方向发展，尽可能避免采用降低负荷、切气至火炬、停车等影响收益的处理手段，从而提高HT-L炉的操作弹性，从源头上提高HT-L炉运行的经济效益与抗风险能力。
1 混煤粒度对混煤密度的影响
晋开集团HT-L炉试烧神木煤与晋城无烟煤的掺烧比例是2∶1。用A、B、C、D 4台HTL炉对应的磨煤机磨出粒度（≤90 μm粒子占比，下同）为55%、65%、75%、90%的混煤进行试验，测定不同粒度混煤的密度、粒度分布，并与相同粒度的单一煤种（粒径90 μm）之密度进行对比。因混煤中的晋城无烟煤与神木煤制粉条件差距较大，我们通过控制磨煤机的参数调节粉煤粒度，为稳定生产，磨煤机出力控制在50 t/h，加载力控制在85 MPa，选用相同批次煤种。试验结果分别见表1、表2、表3和表4（正常生产中要求送入HTL炉粉煤的温度为80 ℃，因此煤样均在80 ℃烘干30 min）。
表1不同粒度混煤的密度
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粒度/% |
55 |
65 |
75 |
90 |
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等体积密度/g·cm-³ |
1.496 |
1.436 |
1.418 |
1.421 |
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等质量密度/g·cm-³ |
1.492 |
1.428 |
1.409 |
1.415 |
由表1可得到结论一：等体积密度与等质量密度测定结果存在一定的误差(该误差由堆积密度介入造成的)，但误差对粒度与密度变化趋势的影响可忽略不计，不同混煤粒度与密度无明显的规律。其根本原因是混煤的组分达不到完全均匀，混煤颗粒的含水量、灰含量、含碳量、孔隙率和比表面积决定了样品的密度。
表2混煤中各粒径粒子在不同粒度范围的比例
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粒度/% 55 65 75 90 | ||||
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≥200 μm |
14.95① |
13.35① |
3.92① |
1.57① |
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1.517② |
1.495② |
1.479② |
1.491② | |
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90～200 μm |
30.17① |
20.38① |
11.59① |
7.65① |
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1.472② |
1.452② |
1.436② |
1.449② | |
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≤90 μm |
54.87① |
66.26① |
84.49① |
90.78① |
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1.462② |
1.409② |
1.385② |
1.391② | |
注：① 质量分数，%；② 等质量密度，g/cm3。
表3不同粒度神木煤的密度
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粒度/% |
55 |
65 |
75 |
90 |
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密度/g·cm-³ |
1.395 |
1.364 |
1.323 |
1.357 |
表4不同粒度晋城无烟煤的密度
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粒度/% |
55 |
65 |
75 |
90 |
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密度/g·cm-³ |
1.563 |
1.515 |
1.475 |
1.492 |
对比表2、表3和表4可得到结论二：混煤中神木煤更多地分布于细颗粒中，晋城无烟煤更多地分布于粗颗粒中，具体比例由两种煤的可磨系数、含碳量决定。
2 混煤粒度对燃烧动力的影响
通过对HT-L炉的反应动力学的研究可知，影响炉内粉煤气化强度的因素主要有粉煤粒度、反应温度、压力、氧煤比（水氧比）以及各介质间的扩散速度等，除粉煤粒度外其他几种因素对生产负荷(经济效益)的影响较大，但生产过程中这几者的关系已经确定，因此这里主要研究混煤粒度对气化强度也就是燃烧动力的影响。通过不同粒度混煤的挥发分析出速率、C元素着火温度、规定温度下过氧燃烧生成CO2量的对比，研究孔隙率、比表面积对燃烧反应在不同粒度间的传导方式趋势。
不同粒度混煤的挥发分析出速率［挥发分析出速率=(初始质量-燃烧开始质量)/初始质量×100%］见表5。
更多内容详见《中氮肥》2016年第1期