趙王斌 張 超(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司 山西陽(yáng)城048102)

小籽煤摻燒煤棒制氣工藝探討

趙王斌 張 超
(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司 山西陽(yáng)城048102)

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司(以下簡(jiǎn)稱田悅公司)現(xiàn)生產(chǎn)能力為180 kt/a合成氨、300 kt/a大顆粒尿素，造氣工段現(xiàn)有Φ2 650 mm/2 800 mm的錐形夾套造氣爐16臺(tái)，共分4套系統(tǒng)(每4臺(tái)爐為1套系統(tǒng))，正常生產(chǎn)時(shí)常開13～14臺(tái)造氣爐供氣，配套6臺(tái)(4開2備)C600- 1.3型空氣鼓風(fēng)機(jī)。為了降低生產(chǎn)成本，田悅公司曾于2012年12月開始在原料塊煤中摻燒25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的煤球，經(jīng)過工藝調(diào)整和不斷優(yōu)化，已取得了滿意的成績(jī)。2013年1月以來(lái)，每噸小籽煤價(jià)格比中塊煤低40元，為了進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，田悅公司決定從2013年4月開始，逐步在第1套和第4套造氣系統(tǒng)以小籽煤摻燒煤棒制氣，其余2套造氣系統(tǒng)原料不變。經(jīng)過8個(gè)月的試燒，已初見成效。

1 小籽煤和煤棒的特性

小籽煤粒度較小、表面積大，易燃燒氣化，氣化效果好，但小籽煤的透氣性差，特別是在上料過程中易產(chǎn)生煤粉，會(huì)造成床層阻力增大。而煤棒的粒度相對(duì)較大，可適當(dāng)增加空隙率，減小床層阻力，能為造氣爐創(chuàng)造良好的氣化條件；但煤棒的抗壓強(qiáng)度較低，易產(chǎn)生煤粉，加之其熱穩(wěn)定性差，會(huì)使氣化時(shí)的帶出物增多，還會(huì)影響造氣爐產(chǎn)氣量。鑒于小籽煤和煤棒的上述特性，并結(jié)合田悅公司的原料特點(diǎn)，將小籽煤與煤棒的摻燒質(zhì)量比定為7∶3(下同)。

2 小籽煤和煤棒入爐質(zhì)量要求

小籽煤的入爐粒度應(yīng)控制在25～50 mm ，含煤粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)<3%，矸石質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%，并確保入爐煤質(zhì)量穩(wěn)定；另外，還應(yīng)保證煤棒的完好率>90%，熱穩(wěn)定性>75%，固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)>70%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)<15%。

3 爐箅的選型

造氣爐爐箅性能的好壞是影響煤耗的重要原因之一。經(jīng)過多方考察，將原七層六邊型爐箅改為八層六邊型專用爐箅，同時(shí)對(duì)籽煤摻燒煤棒的造氣爐內(nèi)防流板進(jìn)行了改造。

4 循環(huán)時(shí)間

循環(huán)時(shí)間主要依據(jù)造氣爐的爐型、風(fēng)機(jī)性能和原料煤煤質(zhì)確定，循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響氣化層溫度的波動(dòng)幅度。采用長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間制氣時(shí)，由于制氣時(shí)間長(zhǎng)，則爐內(nèi)熱量損失多，特別是在制氣后期會(huì)導(dǎo)致氣化層溫度偏低，造成制氣量小且氣體成分差；為保證下一循環(huán)制氣時(shí)氣化層能有足夠高的溫度，必須延長(zhǎng)吹風(fēng)時(shí)間，故會(huì)造成氣化層溫度大幅度波動(dòng)，不僅爐況不穩(wěn)定，還會(huì)出現(xiàn)局部結(jié)疤現(xiàn)象，勢(shì)必導(dǎo)致制氣效率低。采用短循環(huán)時(shí)間制氣時(shí)，爐內(nèi)熱量損失相應(yīng)減少，氣化層溫度也不會(huì)大幅度波動(dòng)，爐況較穩(wěn)定，蒸汽分解率高，造氣爐氣化強(qiáng)度大，則制氣效率也高。根據(jù)造氣爐、配套空氣鼓風(fēng)機(jī)的實(shí)際情況和小籽煤、煤棒的理化特性，以及小籽煤和煤棒入爐含煤粉較多而引起的床層阻力分布不均勻、易被吹翻、出現(xiàn)風(fēng)洞等問題，將循環(huán)時(shí)間定為128 s，即二上吹10 s、吹凈5～7 s、吹風(fēng)26～30 s、上吹28～32 s、下吹 50～53 s。循環(huán)時(shí)間調(diào)整后，爐況整體較穩(wěn)定。

5 入爐風(fēng)壓風(fēng)量

通過對(duì)小籽煤和煤棒特性分析，小籽煤摻燒煤棒制氣時(shí)，入爐空氣壓力控制在28 kPa左右、流量控制在32 000～36 000 m3/h(標(biāo)態(tài))較為合適。

6 入爐蒸汽用量

入爐蒸汽用量的大小取決于爐內(nèi)的熱量平衡。蒸汽用量過大，會(huì)使大量蒸汽在爐內(nèi)未被分解就被帶出爐外，不僅造成爐內(nèi)熱量損失、氣化層溫度下降幅度大，而且氣化效率低；蒸汽用量過少，會(huì)造成生產(chǎn)能力下降，同時(shí)在不同床層阻力下，還會(huì)出現(xiàn)局部過熱、結(jié)疤結(jié)塊、產(chǎn)氣量下降和煤氣質(zhì)量下降的現(xiàn)象。針對(duì)小籽煤摻燒煤棒制氣工藝的具體情況，DN250 mm的蒸汽閥門上吹時(shí)的閥門開度為30%，下吹時(shí)的閥門開度為27%。同時(shí)，為了發(fā)揮小籽煤氣化速度快的長(zhǎng)處，使其在單位時(shí)間內(nèi)制得更多煤氣，經(jīng)一段時(shí)間的摸索，將入爐蒸汽流量控制在4～5 t/h、壓力0.080～0.083 MPa、溫度175～190 ℃較為合適。

7 上、下行煤氣溫度的控制

由于小籽煤摻燒煤棒后含粉量大、粒度小、燃燒氣化速度快、床層阻力不太穩(wěn)定，故對(duì)制氣的工藝的條件要求苛刻。若上行煤氣溫度控制得高，則煤氣帶出的顯熱多，熱損失大，原料煤消耗高；上行煤氣溫度控制得低，則會(huì)導(dǎo)致氣化層溫度低，直接影響煤氣的氣量和質(zhì)量。下行煤氣溫度高，說明氣化層下移，易造成下部燃料過熱而結(jié)大塊，導(dǎo)致產(chǎn)氣量低、消耗高，嚴(yán)重時(shí)燒毀爐箅等下部設(shè)備，影響造氣爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行；下行煤氣溫度低，說明火層上移，同樣會(huì)影響產(chǎn)氣量，還會(huì)造成燃料燃燒不完全、返焦量大，使消耗升高。所以，通過對(duì)小籽煤摻燒煤棒制氣工況的摸索，上行煤氣溫度應(yīng)控制在220～240 ℃、下行煤氣溫度應(yīng)控制在200～240 ℃。

8 炭層高度的控制

選擇合適的炭層高度是保證煤氣成分穩(wěn)定和提高產(chǎn)氣量的重要方法之一。小籽煤摻燒煤棒制氣時(shí)，應(yīng)合理控制炭層高度。炭層高度過高，則阻力大，會(huì)影響吹風(fēng)時(shí)的有效風(fēng)量；炭層高度過低，會(huì)影響制氣時(shí)的氣體成分。在能夠克服阻力情況下，炭層高度應(yīng)控制得相對(duì)高一些，有利于在吹風(fēng)階段增加燃料層的蓄熱容量，延長(zhǎng)制氣階段蒸汽與碳的接觸時(shí)間，既能提高蒸汽分解率，也有利于二氧化碳還原反應(yīng)的進(jìn)行，還能提高煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低返焦率。如果炭層控制得過高，會(huì)導(dǎo)致在吹風(fēng)階段空氣與碳接觸時(shí)間長(zhǎng)，二氧化碳容易被還原成一氧化碳；另外，炭層高度過高會(huì)造成造氣爐上、下壓差增大，氣化劑易形成偏流，出現(xiàn)局部過熱、爐面溫度高、炭層被吹翻、吹風(fēng)氣帶出熱量多、造氣爐內(nèi)的蓄熱量減少、產(chǎn)氣量低等不正?，F(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成氧含量升高，被迫停爐，影響生產(chǎn)。因此，炭層高度應(yīng)該根據(jù)造氣爐有效的空層高度而定，田悅公司的造氣爐炭層高度控制在(1.95±0.10) m。

9 結(jié)語(yǔ)

田悅公司于2013年4月在第1套和第4套系統(tǒng)的8臺(tái)造氣爐采用小籽煤摻燒煤棒制氣后，經(jīng)過8個(gè)月的工藝調(diào)整和不斷優(yōu)化，已摸索出1套較為理想的操作方法。2013年8月起，日消耗小籽煤500 t，占入爐原料煤總量的55%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，日消耗煤棒200 t，占入爐原料煤總量的22%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，合計(jì)占入爐總用煤量的77%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。目前，噸氨原料煤(標(biāo)煤)耗為1.15 t，噸尿素原料煤(標(biāo)煤)耗為660 kg左右。今后，將逐漸在其余2套造氣系統(tǒng)采用小籽煤摻燒煤棒制氣，以降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)的最大化。

2013- 12- 29)