Shell粉煤气化装置优化配煤方案研究
李 斌,刘 军
(天津渤化永利化工股份有限公司,天津300254)
[摘 要] 为减少对DTM煤的依赖性,实现去DTM化战略目标,开展了Shell粉煤气化装置优化配煤方案的试验研究,从配煤之灰熔融性、煤灰化学组成、灰渣粘温特性三方面入手对配煤方案进行优选,优化后的用煤方案进行工业性试烧验证,并采集工业生产数据进行技术经济指标分析。实践表明:PSM∶MM=1∶3方案,灰熔融温度在1 400 ℃以下,硅铝比大于1.8,操作区间较宽(>100 ℃),有利于气化炉操作;气化炉负荷基本相同时,去DTM用煤方案粗煤气产量增加4.28%,有效气产量增加2.50%,1 000 m3有效气煤耗降低3 kg、氧耗降低23 m3、生产成本降低129.25元,该用煤方案可带来较好的经济效益。
[关键词] Shell粉煤气化;配煤方案;优化;煤灰熔融性;煤灰化学组成;灰渣粘温特性;技术经济指标
[中图分类号] TQ 544 [文献标志码] A [文章编号] 1004-9932(2016)
0 引 言
Shell粉煤加压气化炉采用水冷壁结构,液态排渣,反应温度在1 400~1 700 ℃,对原料煤煤质的要求相对较为宽松,是当今世界较为先进的洁净煤气化技术[1]。就Shell粉煤气化工艺来说,其对原料煤的适应范围很广,可气化包括褐煤、烟煤、无烟煤及石油焦在内的多个煤种,对煤的活性几乎没有要求,对煤的粘结性、水分、灰分均不敏感,高灰熔点的煤也能气化(FT>1 500 ℃时添加助熔剂)。但从气化装置的运行状况和企业经济效益来考虑,并非所有煤种都适宜于Shell粉煤气化。煤灰熔融性、灰渣粘温特性、可磨性指数、水分、灰分、碳氢含量、发热量等煤质特性对Shell粉煤气化装置的稳定、经济运行具有重要的影响[2]。国内外学者针对配煤开展了大量的研究工作,主要集中在改善煤灰熔融性[3-10]、灰渣粘温特性[11-14]、降低石灰石配比、降低比煤耗和比氧耗、延长设备的使用寿命[15-16]、提高装置碳转化率及能源利用率[17]、降低生产成本[18]、解决装置积灰和堵渣问题[19]等方面。虽然众多学者及专业人士从不同角度对配煤影响气化过程进行了深入地研究,但由于各气化用户面临的原料煤情况不尽相同,气化用户仍然需要依据原料煤情况筛选出最佳气化用煤方案,并进行单炉工业性试烧试验,为后续的工业生产提供技术指导和理论依据。
天津渤化永利化工股份有限公司Shell粉煤气化装置用煤来自山西、陕西、内蒙古等地,煤源较广泛,煤质存在一定的差异性,而公司Shell气化炉设计煤种为DTM,但由于目前DTM煤源的问题,Shell粉煤气化装置的长周期、平稳运行受到了严重威胁。为减少对DTM煤的依赖性,实现去DTM化战略目标,本文针对公司Shell粉煤气化装置开展优化配煤方案试验研究,通过对配煤的煤灰熔融性、煤灰化学组成、灰渣粘温特性进行考察,最终筛选出最佳气化用煤掺烧方案。
1 试验原料及分析
本文选择DTM、MM、PSM 3种煤样,首先对煤样进行工业分析及元素分析,利用全自动量热仪测定煤样的热值,结果见表1;利用荷兰帕纳科公司X射线荧光光谱仪对灰样进行化学组成测定,结果见表2。
表1 煤样的工业分析、元素分析和发热量
煤样 |
工业分析/%(质量分数) |
元素分析/%(质量分数) |
Qgr,ad /MJ·kg-1 |
灰熔融性/℃ | |||||||||
Mad |
Ad |
Vdaf |
FCad |
Cad |
Had |
Oad |
Nad |
St,ad |
DT |
ST |
FT | ||
DTM |
4.59 |
12.79 |
30.91 |
57.49 |
67.56 |
3.24 |
9.76 |
0.89 |
0.90 |
28.71 |
1 202 |
1 376 |
1 415 |
MM |
6.31 |
7.56 |
36.82 |
54.72 |
68.58 |
3.92 |
12.87 |
0.85 |
0.28 |
30.47 |
1 093 |
1 180 |
1 215 |
PSM |
1.51 |
22.42 |
14.06 |
65.67 |
69.18 |
3.02 |
2.07 |
0.90 |
1.66 |
27.34 |
1 161 |
>1 500 |
>1 500 |
表2 煤样的灰成分分析数据
煤样 |
SiO2/% |
Al2O3/% |
Fe2O3/% |
CaO/% |
MgO/% |
TiO2/% |
K2O/% |
Na2O/% |
P2O5/% |
SO3/% |
Si/Al |
56.72 |
27.50 |
8.85 |
2.15 |
0.64 |
1.20 |
0.61 |
0.21 |
0.43 |
1.19 |
2.06 | |
MM |
54.61 |
18.96 |
9.71 |
8.51 |
1.28 |
0.70 |
0.75 |
0.74 |
1.85 |
2.39 |
2.88 |
PSM |
49.13 |
36.53 |
5.66 |
2.48 |
0.55 |
1.82 |
0.84 |
0.50 |
0.59 |
1.42 |
1.34 |
由表2可以看出:3种煤样的灰成分差别较大;PSM的硅铝比最低,MM、DTM的硅铝比较高,均大于2.0;MM灰成分中的CaO含量高达8.51%,远高于DTM与PSM;3种原料煤灰成分的(K2O+Na2O)含量均在1.5%以下;DTM与MM灰成分中的Fe2O3含量均在10%左右。
2 试验结果与讨论
2.1 灰熔融性分析
在掺烧DTM的气化用煤方案(DTM∶PSM∶MM=1∶1∶1)基础上,开展去DTM的气化用煤方案试验研究,通过对配煤方案之煤灰熔融性、煤灰化学组成、灰渣粘温特性的考察,最终选出最佳气化用煤掺烧方案。掺烧DTM的气化用煤方案灰熔融性试验结果见表3,去DTM的配煤方案(含添加助熔剂)的灰熔融性试验结果表4。
表3 掺烧DTM用煤方案之灰熔融性试验结果 ℃
配煤方案 |
DT |
ST |
HT |
FT |
DTM︰PSM︰MM=1︰1︰1 |
1 319 |
>1 500 |
>1 500 |
>1 500 |
DTM︰PSM︰MM=1︰1︰1(+2%SHS) |
1 265 |
1 332 |
1 338 |
1 354 |
表4 去DTM配煤方案(含添加助熔剂)之灰熔融性试验结果 ℃
配煤方案 |
DT |
ST |
HT |
FT |
PSM︰MM=1︰1 |
1 196 |
>1 500 |
>1 500 |
>1 500 |
PSM︰MM=1︰1(+2%SHS) |
1 226 |
1 347 |
1 352 |
1 360 |
PSM︰MM=1︰2 |
1 152 |
1 388 |
1 401 |
1 419 |
PSM︰MM=1︰2(+2%SHS) |
1 266 |
1 317 |
1 323 |
1 334 |
PSM︰MM=1︰3 |
1 148 |
1 304 |
1 330 |
1 354 |
PSM︰MM=1︰3(+2%SHS) |
1 202 |
1 298 |
1 303 |
1 310 |
对比表3、表4可以看出:当PSM∶MM=1∶3时,配煤的灰熔融温度最低,在1 350 ℃左右;PSM∶MM=1∶1、 PSM∶MM=1∶2配煤的灰熔融温度均在1 400 ℃左右;添加助熔剂SHS后,PSM∶MM=1∶3时配煤的灰熔融性温度最低,在1 300 ℃左右。
2.2 煤灰化学组成分析(表5)
更多内容详见《中氮肥》2016年第6期