褐煤加压气化炉工况培养的分析研究

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经过气化反应产生的粗煤气从气化炉上部侧壁气化炉出口以约250～400℃离开气化炉，进入内部设有文丘里管的粗煤气洗涤冷却器，粗煤气下行与高压喷射煤气水充分混合，将粗煤气中的焦油和粉尘洗涤冷却下来，粗煤气降到210℃，然后进入浮头式列管换热器，粗煤气与低压锅炉给水间接换热，粗煤气以160～180℃左右的温度从废热锅炉顶部被送出，进入中温耐硫耐油一氧化碳变换工段，调整粗煤气中的氢碳组分，最终满足甲烷化反应的需要。

3.主要工艺操作条件

3.1气化压力

在碎煤加压气化过程中，生产操作压力是气化工艺过程中的一个重要控制参数。气化压力对煤气组成，蒸汽消耗量，氧气消耗量，气化炉生产能力以及煤气生产率都有不同程度的影响。煤制天然气工艺中的最终产品是甲烷，而随着压力的提高，碎煤气化后的粗煤气组分中甲烷含量就越高，因此提高压力对生产十分有利。同时提高压力，可以碎煤气化炉的生产能力，降低下游工序的设备投资，并保证净化后的煤气有一个很高的压力，有利于远距离输送。经过一年试产研究，碎煤气化的最佳压力为3.8MPa。

3.2气化剂温度和气化剂温度。

气化温度对气化过程的热力学和动力学均产生决定性影响，生产证明提高操作温度是强化生产的最重要手段，可减少投资，降低成本。

影响燃料层温度的因素很多，其中最主要的是通入炉中气化剂的组成，由于燃烧反应放出大量热量，而还原反应需吸收热量，因此最适宜的气化温度的选择，主要是根据原料煤的灰熔点和灰性能来决定的，气化层温度必须低于灰的熔融温度。

通常在生产天然气等燃料气时，当原料为褐煤，操作温度在950～1050℃左右最佳。生产合成原料气时，可以提高到1150℃，温度再高，将带来一系列不良后果，增大出口煤气显热损失，使灰分发生软化，熔融而成高粘度的液态或半液态物质。克旗公司所用的几种褐煤的灰熔点均在1150～1250℃之间，因此气化层温度控制在1050℃之下。

3.3汽氧比的选择

加压气化煤气生产中，汽氧比是一个重要操作条件，改变汽氧比的过程，实际是调整和控制气化温度的过程。当汽氧比低时，气化层温度就高，为控制氧化层的最高温度，在固态排渣气化炉中，首先应保证在灰不熔融成渣的基础上，维持足够高的温度，以保证煤完全气化。

在一定的气化程度和不同煤气组成要求的条件下，同一种煤，汽氧比有一个变动范围，每一种气化用原料煤，其汽氧比值的变动范围不同。通常，变质程度深的煤，采用小的汽氧比，能适当提高气化炉内的温度，以提高生产能力。

采用不同的汽氧比，对煤气生产过程的影响主要有：

在一定的热负荷条件下，水蒸汽的消耗量随汽氧比的增加而增加；氧气的消耗量随汽氧比增加而相对减少。

随汽氧比的升高，水蒸汽的分解显著降低。

汽氧比的改变对煤气组成的影响很大。

汽氧比改变和炉内温度的变化对付产品的产率和性质也有影响。

克旗公司所用褐煤，由于灰熔点低，汽氧比的调整范围比较小，汽氧比过低，气化炉会出现结渣现象，汽氧比过高，灰分过细，灰聚结在气化炉旋转炉篦上方，造成澎料不下灰，影响气化炉的工况，同时煤气水的产量迅速增加，增加了煤气水分离装置、酚氨回收装置的处理负荷。经过一年来的气化运行试验，最终确定汽氧比控制在6.1～6.5之间为最佳生产状态。

3.4对气化原料和气化剂的要求。

通过原料煤热分解，在气化炉内上升的煤气流将软化的挥发分吸收，并作为混合气体离开气化炉之后，在热解后剩余的焦碳孔隙内发生异相气化反应，煤的粒度小，反应物质交换和热传递的提高就会愈快。但是，气化原料的粒度范围，不仅有上限的限制，细粒会提高粉尘的带出量，从而导致热效率降低。粗粒在有效的工作时间内，不能干燥和脱气，这种情况会引起气化过程的叠加，引起粗煤气产量下降，而CO2和水蒸汽含量则增加。

克旗公司所有褐煤，由于其机械强度和热稳定较差，保证原料煤的粒度范围为5～60mm（上、下限所占比例为不高于于5%质量）的情况下，气化炉的粗煤气产量可达42000Nm3/h。

对于气化炉内反应区的形成来讲，首先必须保证物料均匀移动这一条件，灰渣的排出方式和气化剂组合及供给形式起着决定性作用。旋转炉篦的设计可以使气化炉内固体物料均匀地由上到下移动。气化剂混合物通过气化炉截面的均匀分布同时决定着固体物料的均匀移动。

加入气化炉中煤的颗粒的组成的均匀性，也是很重要的，能够保证物料机械结构的均一性，原料颗粒的大小不均一，在物料流动过程中容易引起堆料结构发生根本变化，出现沟状流动。

通过上面分析可以看出，碎煤加压气化的主要操控手段是，根据不同煤质情况和生产负荷，合理的降低汽氧比和均匀地调整旋转的炉篦转速，使气化炉具有一个稳定均匀的气、固相流动和化学反应，保证气化炉的可靠运行，提高生产能力。

4.采用四个企业的不同褐煤参数比较

1）工业分析比较

工业分析

2）元素分析比较

5.以褐煤为原料碎煤气化炉运行的现状和存在的问题

目前国内运行煤制天然气项目包括大唐克旗公司、新疆庆华公司、新疆广汇公司，均采用的均是碎煤气化工艺，所用煤种都是褐煤，普遍存在的问题包括煤质水分高、热值低，气化过程在炉内停留时间短，加煤过程十分频繁；褐煤机械强度和热稳定弱，出块率低，易于风化碎裂，加上正常操作时必须保证汽氧比高，床层温度相对低，造成气化炉内炉篦上部澎料严重，下灰不顺畅；灰份低，热值低，旋转炉篦转动无法连续，总体趋势不平稳，床层薄，容易造成气化炉内气固相物料的偏流和烧穿的现象，炉出口和炉顶温度波动大，可操控性能差；灰熔点低，汽氧比高，造成炉温低，炉出口温度低，焦油产量高，煤气水产量大，粉尘带出量大；炉温低，气化不完全，造成灰中残炭率高灰渣温度高，在进入灰锁后容易发生二次气化。

利用神华煤气化，灰分高，气化炉炉篦转速高，排灰循环频率高，气化渣池抓渣时间长，不及时灰渣容易填满渣池；而利用乌兰图嘎煤或蒙红煤，水分高，气化后产生的煤气水量大，煤气水大罐液位持续高，酚回收系统处理能力不够。

6.处理措施

针对褐煤加压气化工艺复杂的特点，在充分利用好现有设备、备品备件的前提下，保证设备检修质量，工艺管理上提出了一些新方法。

1）将手动加煤循环改为自动加煤程序，通过在一定氧负荷、煤质及对应的炉篦转速下，通过监测煤锁压力的历史趋势控制加煤时间间隔，同时兼顾煤锁大法兰温度的上升趋势，各台炉煤锁泄压进行排队，既保证单系列七台气化炉正常充泄压，满足加煤温度，杜绝了气化炉缺煤超温现象，同时又使煤锁气回收系统气柜高度的稳定上涨、下降速率，保证了煤锁气压缩机拥有稳定的气源；

2）严格控制入炉煤的粒度，结合不同煤质，确定不同的粒径分布，将煤的粒度8～60mm范围内，上限粒径分布﹥60mm，不能高于5%，下限粒径分布﹤8mm不能超过12%，既能保证褐煤在气化炉内的稳定均一流动状态下有一定停留时间内保证完全气化，又能保证不发生气化反应叠加，粗煤气中带出物相对减少；

3）在气化正常运行中，发现在气化炉炉篦上部有澎料的情况时，迅速地大幅度降低氧气负荷，使气化剂和粗煤气上升的速度降低，气化炉内部固相物料的相对下降速度增加，从而使灰渣在旋转炉篦的转动下排灰正常；

4）针对不同煤质，及时低调整炉篦的转动速度，保证炉篦有一个相对稳定转速，在气化炉内创建一个均一的床层，有效减少气化炉物料出现沟流和偏烧的现象发生，减少出口温度的波动，保证粗煤气产品质量，避免发生CO2和O2超标的危险；

5）根据煤质的工业分析和元素分析、灰熔点，炉出口温度和灰锁温度，粗煤气组分分析、灰样及下灰情况合理地调整汽氧比，保证气化炉的足够高的炉温，同时又不发生床层结渣现象，从根本上降低煤气水的产生，减轻了水处理工段的负荷和压力。

6）要求抓渣岗位，每班必须抓渣8车/50t，需要连续抓渣时间4h以上，利用视频连续进行监控管理；

7）将煤质相对较差的蒙红煤和乌兰图嘎煤，与相对煤质较好的神华煤、大唐煤进行配比掺烧，由最初1：1的比例逐渐提高到2：1进行掺混气化试验，目前气化炉大法兰温度、出口温度、灰锁温度正常，工况稳定，粗煤气组分合格，避免了切换煤种过程中工艺参数超标，造成气化炉联锁停车事故的发生，从工艺操作方面实现了气化炉的长周期运行。

7.结论

通过对大唐克旗煤制天然气公司采用的四个煤矿的褐煤进行气化生产试验，摸索出一套应对不同褐煤气化的工艺调控方法，保证气化炉系统设备的安全可靠前提下，控制好入炉煤粒度、降低汽氧比，精确调整炉篦的转速，保证床层温度，通过高负荷运行、实现气化炉达产稳产。

为褐煤气化制天然气工艺的稳健发展提出了新思路，具有很好的工业示范作用。

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