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兩段式煤氣發生爐的氣化用煤要求淺析

來源:本站 發布日期:2011-4-2 9:45:04 點擊次數:1934

煤氣發生爐作為將煤炭由固態能源轉化為氣態、潔凈能源的主要設備,氣化煤種的選擇至關重要,直接關系到其整體氣化效果。兩段式煤氣發生爐適宜氣化不粘煤、弱粘煤、長煙煤等煙煤,也可以氣化質量較好的褐煤,相對一段爐而言兩段爐選用煤種范圍較寬,但是對氣化用煤的具體指標要求較嚴格。 
1、煤炭粒度
任何一種類型的固定床氣化裝置,都要求入爐煤的粒度均一,滿足爐內流體力學和傳熱傳質的需要。兩段爐之所以對煤的粒度要求嚴格,是因為在爐內干餾段和氣化段中的料層總高度約為6-8米,如果煤的粒度懸殊,一方面會減少床層內的間隙度、增加爐內阻力,導致氣化強度下降,煤氣產量降低,灰渣含炭量也會隨之增加;另一方面無法保證煤得到均勻、充分干餾,影響了兩段式煤氣發生爐的氣化效果。
在兩段爐運行操作過程當中,用戶往往只看重爐體結構是否完善、設備運行狀態是否正常,卻對氣化用煤粒度情況重視不夠,恰恰是這一點會直接影響到兩段式煤氣站的氣化效果。有的煤氣站入爐煤粒度甚至大于100mm,導致其運行效果很差。有資料顯示:當入爐塊煤中粒度小于10mm的大于20%時,兩段爐的氣化效率將會下降25%。
分析國內外的成功經驗,結合我國的實際情況,兩段爐入爐塊煤的粒度要求最好控制在以下范圍:
粒級范圍:15~30mm;20~40mm;25~50mm;30~60mm 
粒度組成:
>60mm 應<5%
60~40mm 為10%
40~20mm 為70%
20~15mm 為10% 
<15mm 應<5%
2、煤質要求
兩段爐對入爐煤的粘結性、灰熔點、揮發分、熱穩定性和水分等都有相應的要求。 
(1)粘結性
煤的粘結性是決定該煤是否可以在兩段爐內氣化使用的非常重要的指標,原因在與:在干餾段內煤料受熱將出現膨脹與粘結的現象,如果其粘結性較強,則會在此粘連而聚成大團塊或煤餅,破壞上升載熱氣體的均勻分布、影響干餾效果,而且還會阻礙、甚至堵塞料層均勻下移,導致整個爐內的氣化過程惡化。
反應煤在受熱狀態下的粘結性與膨脹性檢測項目有:自由膨脹序數(CSN)、膠質層厚度(Y)值、羅加指數及煤工業分析中的焦渣特征(1-8)等。
經驗表明,入爐煤的粘結性,最好按表1中推薦的指標選用。 
表1 兩段爐對煤的粘結性要求

煤的灰熔點是煤灰熔融特性指標,常用煤灰的軟化溫度ST來表示,灰熔點是判斷煤在爐內氣化過程中是否結渣的重要參數。單段爐通常要求ST>1250℃;兩段爐氣化用煤的灰熔點應再高一些,這是從全爐的操作溫度分布考慮的。為滿足干餾段最適宜的反應溫度450~600℃,從氣化段上升的氣流溫度應在600~700℃之間,相應地、燃燒層溫度將會比單段爐高一些。例如:所選用原料煤的ST>1300℃,氣化過程中即可以滿足爐內各層次反應熱量需求又不會有溶渣或掛渣現象。
(3)揮發分
兩段式爐體結構可降低煤氣的攜塵量;在干餾段內,煤中的揮發分轉變為小分子烴類而析出,集中回收或提高煤氣熱值。所以我們希望煤中的揮發分含量相應較高,突出體現上述優越性。一般來說,煤中的干燥無灰基揮發分含量,以不低于25%為宜,而〈固定碳/揮發分〉應大于1。
(4)熱穩定性
對固定床氣化爐來說,煤的熱穩定性是影響正常氣化操作的重要因素。如果煤的熱穩定性較差,煤炭入爐后就會因受熱而產生崩裂、破碎,這樣一來就會提高爐內阻力和增加帶出物的數量。在單段煤氣爐中,煤入爐后驟然遇高溫而迅速熱分解,煤中的揮發分急速析出,會使煤塊爆裂粉碎;兩段爐結構干餾段高而且料層厚,入爐后的煤塊是緩慢受熱升溫的,煤中水分和揮發分析出速度也相應較慢,不會對煤層造成太大的沖擊,因此,兩段爐對煤的熱穩定性要求可適當放寬。例如:熱穩定性較差的褐煤,也可以用于兩段爐進行氣化。
(5)水分
煤的水分含量高,對氣化操作是很不利的,不僅蒸發其中的水分需要消耗一定的熱量,使煤氣熱值降低,而且在貯運上和操作上會帶來很大不便,尤其在冬季。統計表明,兩段爐上段煤氣熱值會隨著氣化煤中的水分增加而明顯下降,十分敏感。
國外資料報道,兩段爐入爐煤中水分最高應控制在15~25%的范圍,高于此值的煤需先進行干燥處理方可使用。美國的FW-Stoic兩段爐,規定入爐煤中含水量為12~15%;英國的W·I兩段爐要求入爐煤中的含水量<15%;也有報道入爐煤中的含水量<6%為最適宜。根據我國的實際情況,入爐煤中的含水量以控制在<15%為宜。
兩段爐氣化用煤的含水量的多少也會影響干餾段的高度設計。水分含量高,干餾段則高,反之則低。
為了控制入爐煤的含水量,兩段爐煤氣站應設置煤棚,尤其是在多雨的南方地區更為重要,否則,濕煤進入振動篩之后,煤粉會堵塞篩網,降低篩分效果,很難保證入爐煤的粒度要求,進而影響氣化效果。
值得注意的是,某些水分是造成煤熱穩定性不良的主導因素之一,特別是內在水分中的結合水容易突然析出產生汽化,從而導致煤塊崩裂。在兩段爐內,由于設置較高的干餾段,煤料的受熱速度緩慢,煤中的水分徐徐揮發析出,能夠造成良好的干燥效果,即可使煤的熱穩定性得以改善。因此,兩段爐對煤中水分的要求可適當放寬一些,例如含水量偏高的褐煤也能用于兩段爐氣化。
(6)機械強度
兩段爐內的煤層較厚,一般都在6米以上,煤在爐內下移過程中,會產生擠壓與磨擦。因此,要求兩段爐用煤比單段爐用煤更應具有較高的抗碎、落下和耐磨強度。
綜上所述,入爐煤的煤質對兩段爐的正常氣化有著至關重要的影響。常壓固定床煤氣發生爐用煤質量標準(GB9143-88),見表2;兩段煤氣發生爐氣化煤種的技術指標(GB50195-94),見表3。以供讀者參考。

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