梁进仓，张福亭，张雷
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］某20×108 m3/a煤制天然气项目因配套煤矿供煤量不足，满负荷生产时只能通过外购煤予以保证，但由于种种原因，外购煤常有供应不足的情况，加上上游配套煤矿原煤粒度变化较大，造成原料煤煤质波动较大，影响碎煤加压气化炉的安全稳定运行。结合实际生产情况，分析与探讨原料煤粒度、煤质（水分、固定碳含量、挥发分、灰分及灰熔点等）变化对碎煤加压气化炉运行的影响，着重阐述入炉煤粒度变化时以及配套煤矿煤与汽运煤掺烧配比变化时的优化调整措施。并强调，采购人员应加强汽运煤的采购管理与协调，当汽运煤不足而引起入炉煤煤质发生变化时应超前调节和精心操作，以保证气化炉的长周期、安全、稳定运行。
［关键词］碎煤加压气化炉；原料煤煤质；运行影响；原料煤粒度；工业分析数据；汽运煤掺烧配比；优化调整
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）05-0008-05
0 引 言
碎煤加压气化是目前煤化工项目中应用比较成熟、广泛的一种气化工艺，其原料煤适应范围广，单炉生产能力大，可实现间断加煤、连续气化且自动化控制程度高，蒸汽、氧气消耗量低，粗煤气中甲烷含量高而备受煤制天然气项目的青睐，国内大部分煤制天然气项目均选用碎煤加压气化工艺。某20×108 m3/a煤制天然气项目因配套煤矿供煤量不足，满负荷生产时只能通过外购煤予以保证，由于种种原因，外购煤常有供应不足的情况，加之上游配套煤矿原煤粒度变化较大，造成原料煤煤质波动较大，影响碎煤加压气化炉的安全稳定运行。以下结合该煤制天然气项目碎煤加压气化炉的实际运行情况，就原料煤煤质对碎煤加压气化的影响及优化调整等作一分析与探讨。
1 碎煤加压气化工艺概述
碎煤加压气化炉内，原料煤由气化炉顶部加入，自上而下依次经干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化学过程；据气化炉内温度及反应特性碎煤加压气化炉床层又分为干燥层、干馏层、气化层、燃烧层、灰渣层及边界层。气化过程中，在灰渣层，气化剂（氧气+蒸汽）被灰渣预热，回收灰渣中的热量以降低灰渣温度；在燃烧层，残焦与氧气接触发生反应C+O2===CO2、2C+O2===2CO并向其他各床层提供热量；在气化层，蒸汽与半焦及其反应产物之间发生反应C+H2O===CO+H2、C+2H2O===CO2+2H2、CO+H2O===CO2+H2、C+CO2 ===2CO、2C+2H2===CH4、CO+3H2===CH4+H2O而生成原始煤气；在干馏层与干燥层，原始煤气上升与干馏层和干燥层中的原料煤换热，对原料煤中的有机物及吸附的气体和水分进行干馏、干燥而脱除，在干燥层换热后的粗煤气经洗涤冷却器洗涤、废热锅炉回收热量后送粗煤气管网；此外，碎煤加压气化炉内气固两相运动状态稳定，同时煤的导热性能较差，气化炉夹套（副产3.9 MPa、249 ℃中压饱和蒸汽）传出的热量对气化炉各床层温度分布影响不大，只有靠近气化炉内壁的床层温度较低，在炉内壁四周形成了一个温度偏低的环形边界层，灰渣中的残炭主要来自于边界层，而边界层对碎煤加压气化炉运行的影响较小且“无法”控制，一般情况下不作考虑。
碎煤加压气化炉各床层高度（炉篦以上起算）：灰层0～300 mm，燃烧层300～600 mm，气化层600～2 200 mm，干馏层2 200～2 700 mm，干燥层2 700 mm以上，边界层（环形）9.4 mm（厚度）。
碎煤加压气化炉各床层温度：灰层450 ℃，燃烧层1 000～1 100 ℃，气化层550～1 000 ℃，干馏层350～550 ℃，干燥层350 ℃，边界层（环形）＞250 ℃。
2 原料煤消耗情况及煤质分析
该20×108 m3/a煤制天然气项目，原设计采用的原料煤（粒度＞8 mm）和燃料煤（粒度＜8 mm）均来自上游配套煤矿，煤矿原料煤供应可达16 000 t/d，但粒度＞8 mm的原料煤仅占70%，约为11 200 t/d，而实际生产中满负荷运行时碎煤加压气化炉（22台φ4 000 mm气化炉，十八开四备）要消耗粒度＞8 mm的原料煤约16 000 t/d，保持系统满负荷运行尚缺粒度8 mm以上的原料煤约4 800 t/d，需从周边煤矿采购汽运煤6 000 t/d（汽运煤中粒度＞8 mm的块煤占比约80%）。为保证气化炉的安全稳定运行，上游煤矿供煤与外购汽运煤按照2.5∶1（质量比）的配比入煤仓。煤矿煤、汽运煤及2.5∶1混合煤典型工业分析数据如表1。
3 原料煤煤质变化对碎煤加压气化炉的影响
更多内容详见《中氮肥》2023年第5期