高進(鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

煤炭在相當長時期內(nèi)仍將在中國能源生產(chǎn)和消費中占有重要作用，因此發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)在我國具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。煤氣化技術(shù)作為煤炭清潔利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，殼牌干粉氣化技術(shù)作為第二代煤氣化技術(shù)在煤質(zhì)要求、碳轉(zhuǎn)化率、氧耗、環(huán)保排放等方面具有顯著的優(yōu)勢，其安全、環(huán)保的設(shè)計理念已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到驗證。本文將結(jié)合實際運行情況對日處理量為2t殼牌氣化爐的經(jīng)濟性影響因素及提高氣化爐經(jīng)濟性的方法及解決措施進行探討。

1 影響殼牌氣化經(jīng)濟性因素

1.1 煤質(zhì)影響

殼牌煤氣化工藝中進料包括干煤粉、氧氣、水蒸氣，其中氧氣及水蒸氣對氣化爐運行影響較小。煤粉由于受到煤源、磨煤工藝、運輸、儲存等因素影響，品質(zhì)波動較大，其中煤灰分、灰熔點、粒度、水分等對氣化爐運行有直接影響。

1.2 氣化爐運行穩(wěn)定性

在我國殼牌氣化技術(shù)經(jīng)過十年的發(fā)展，運行狀況已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，但仍然存在制約問題，主要體現(xiàn)在煤線波動、燒嘴罩及燒嘴頭的泄漏、“十字吊架”積灰等。因此如何優(yōu)化操作條件、提高單位時間處理效率是保障氣化爐運行穩(wěn)定的重要手段。

1.3 運行維護成本

殼牌氣化工藝具有一次投資大、無備爐的特點，因此造成停工維修成本較高，停工風險大，對經(jīng)濟效益影響巨大。見表1。

表1 殼牌氣化合成氣成本計算

1.4 其他因素

公用工程物料消耗主要涉及到電、氮氣、氧氣、蒸汽、儀表風等，其中氮氣作為煤粉保護氣及煤粉輸送載體，消耗較大。主要公用工程動力成本中，氮氣占37.64%；氧氣占36.45%，除氧水占11.10%；電占7.32%，循環(huán)水占7.24%，燃料氣占4.24%。

由以上數(shù)據(jù)可以計算出生產(chǎn)合成氣(有效氣CO+H2)成本大約0.47元/Nm3，其中原煤、公用工程動力成本占比絕大部分。公用工程動力成本主要集中在氧氣及氮氣的消耗。

殼牌氣化爐日常化工三劑消耗年總費用約29萬元，每天藥劑成本不足900元。

2 提高氣化爐經(jīng)濟性的方法及具體措施

2.1 提高氣化爐經(jīng)濟性的方法

2.1.1 穩(wěn)定原煤質(zhì)量的要求

水分對于煤粉的輸送、儲存具有較大影響，原煤水分一般控制在14%以內(nèi)。煤中水分偏高，極易導(dǎo)致粉煤在儲運過程中在儲倉內(nèi)壁形成架橋；同時會顯著增加磨煤單元能耗；高水分的粉煤輸送不均勻，還會導(dǎo)致煤線發(fā)生波動，從而影響煤燒嘴及燒嘴罩的使用壽命。一般情況下經(jīng)過磨煤干燥后粉煤水分可以控制在3%左右。

合理的粉煤粒度可以保障煤粉的均相、穩(wěn)定輸送，有助于煤耗的控制，減少爐渣中未反應(yīng)的生煤粉量。煤粉的粉化使得顆粒的比表面積大大增加，從而有利于揮發(fā)分的析出與煤顆粒的非均相著火，煤中含無機硫的礦物質(zhì)的解離度更大，可有效地改善其著火與燃燒過程。

灰分是煤中的惰性物質(zhì)，不參與氣化反應(yīng)，其含量和組成影響煤在氣化過程中產(chǎn)生的灰渣量和形態(tài)，并且反應(yīng)過程會帶走部分反應(yīng)熱降低煤的熱效率。煤中灰分含量越高，對原煤運輸成本，煤耗、氧耗都是負面的，同時會增加氣化爐和灰渣處理系統(tǒng)運行負荷，影響氣化爐的正常高效運行?；曳謺绊懨旱陌l(fā)熱量，且灰分為主要驅(qū)動因素[1]，一般情況要求原煤灰分含量≤12%。

灰熔點主要取決于煤中的礦物質(zhì)成分、氧化物組成和相互比例及燃燒氣氛等。在殼牌氣化技術(shù)在設(shè)計中為保證灰渣能以熔融狀排出。為實現(xiàn)液態(tài)排渣的目的，所以反應(yīng)爐溫控制要比灰熔點高100～150℃左右，以達到液態(tài)渣的最佳流動溫度，該條件下爐壁上形成厚度均勻的渣層。渣層過厚容易形成大塊渣，造成排渣系統(tǒng)的堵塞，嚴重時造成停車；渣層過薄則容易損壞爐壁內(nèi)耐火層造成水冷壁的損壞。

灰分中氧化物的某些成分所占比例對灰熔點的影響并不是單向的，隨著其酸堿比比例的增加或減少，對灰熔點的影響是雙向的。西北化工研究通過對154個煤樣的灰成分進行分析，研究煤灰中酸堿比對灰熔融性的影響，通過煤灰的化學(xué)成分及酸堿比可以預(yù)測煤灰熔融特性溫度。當酸堿比接近1.7時FT較低[2]。根據(jù)上述理論，可以從灰成分預(yù)測灰熔點從而指導(dǎo)煤質(zhì)控制及氣化爐操作。實際生產(chǎn)中對原煤選擇、配煤比例有著重要意義，經(jīng)驗得出經(jīng)過配比的入爐煤粉灰熔點一般控制在1300～1350℃左右。

2.1.2 優(yōu)化配煤方案

實現(xiàn)最佳的配煤需要3個條件：需要有足夠理想的儲存空間；有大量科學(xué)嚴謹?shù)姆治鰯?shù)據(jù)支撐；有強大的配煤設(shè)備做保障。首先根據(jù)原煤的儲存空間規(guī)劃不同煤種的安全存放；通過科學(xué)合理的采樣方法及大量準確的分析數(shù)據(jù)，建立健全煤質(zhì)檔案數(shù)據(jù)庫；再通過強大的機械設(shè)備實現(xiàn)不同煤種按比例均勻配置。

2.2 提高氣化爐穩(wěn)定運行的具體措施

2.2.1 影響因素分析

目前影響氣化爐穩(wěn)定運行的因素主要是氣化爐燒嘴頭燒嘴罩泄漏、煤線波動頻繁、關(guān)鍵設(shè)備及儀表可靠性差、合成氣冷卻器積灰等問題。

(1)造成燒嘴頭泄漏的原因有燒嘴安裝位置不佳、局部高溫破壞、燒嘴冷卻水系統(tǒng)故障、煤線波動等。由于煤燒嘴的結(jié)構(gòu)特殊，粉煤通過中間圓形通道噴出，氧氣走外圍環(huán)形通道，在氣化爐內(nèi)受高溫火焰長時間燒蝕，形成裂紋，導(dǎo)致泄漏。燒嘴罩泄漏主要是在氣化爐水冷壁渣層覆蓋不均勻的情況下，火焰的水平噴射與液態(tài)渣的垂直流動在燒嘴罩周圍形成局部高溫湍流區(qū)，長時間高溫輻射的影響。

(2)造成煤線波動的因素較多，主要受煤粉物性，煤線儀控系統(tǒng)、煤粉輸送載氣的穩(wěn)定性等影響。

(3)十字吊架積灰主要與煤質(zhì)、爐溫控制、激冷氣量等相關(guān)。當合成氣冷卻器入口溫度低于(2/3FT-150)度時，積灰的風險較低。但一般當氣化爐運行時間超過120d時，合成氣冷卻器十字開始積灰，其直接影響氣化爐負荷及長周期運行，目前這一問題沒有從根本上解決。

2.2.2 應(yīng)對措施

(1)由于煤粉與氧氣在入爐前未經(jīng)過混和，因此火焰中心會形成“黑區(qū)”，最主要的是在火焰根部的“黑區(qū)”溫度較低，可以起到保護噴嘴頭部免受高溫煙氣輻射作用，延長噴嘴的使用壽命[3]。因此確保燒嘴頭及燒嘴罩穩(wěn)定運行最主要的是要保證氣化爐低溫運行及煤線的均勻穩(wěn)定。

(2)煤線穩(wěn)定的措施包括：引入煤質(zhì)在線分析設(shè)備，提高自動化水平，根據(jù)煤質(zhì)波動情況及時調(diào)整煤線控制；采取前饋控制，穩(wěn)定煤粉倉壓力，減少煤粉輸送系統(tǒng)壓力波動對煤線的影響；煤粉輸送系統(tǒng)增加除雜器，避免雜物堵塞角閥等。

(3)通過改造激冷氣壓縮機可以達到增加激冷氣量的目的，同時優(yōu)化激冷氣壓縮機出入口管線配置，降低管線阻力，從而緩解十字吊架積灰的速率和程度。但激冷氣的增加量要考慮氣化爐內(nèi)壁的磨蝕，以及增加飛灰過濾器的負荷等綜合因素，以確定最佳的激冷氣量。

2.3 提高單位時間內(nèi)運行效率措施

原設(shè)計煤粉輸送到煤粉入爐大約需要45min。如提高煤粉輸送效率，增加單位時間內(nèi)的入爐煤量，可以提高爐實際運行負荷及效率。通過調(diào)整原程控中時間控制改為重量控制、優(yōu)化氮氣沖壓效率等一系列手段將煤粉入爐時間由45min減少到40min。理論上可以提高11%的煤負荷，按滿負荷測算，每天可以多加工222t原煤，噸煤產(chǎn)有效合成氣按1453Nm3(實際產(chǎn)量及原煤消耗的平均值)計算，每天可多產(chǎn)合成氣32萬m3。

2.4 嚴格控制維保及其他成本

氣化爐檢修費用與氣化爐運行周期有直接關(guān)系，經(jīng)統(tǒng)計年平均維修成本在6千萬元左右，主要通過加強日常維護管理、精細化操作等手段減低檢修費用。

氣化廢水采用絮凝沉降+氣浮+活性污泥的處理工藝，處理成本5元/t，小時量85t，年處理費用約320萬元，每減少一噸每年即可節(jié)省2.72萬元費用?？梢圆捎梅e極的水處理措施，以達到降低運行成本的目的。

3 建議

為提高氣化爐運行效率，實現(xiàn)高負荷長周期穩(wěn)定運行，針對目前尚未有效解決的十字吊架積灰問題。建議可以聯(lián)合專業(yè)的科研院所，通過大數(shù)據(jù)分析，建立系統(tǒng)的數(shù)字模型，模擬爐內(nèi)合成氣及飛灰的速度場和溫度場，進行氣固煤粒流場分布的專項研究，發(fā)現(xiàn)積灰問題的本質(zhì)原因和形成過程，從而有針對性的增改吹灰設(shè)施，消除或減緩積灰現(xiàn)象的發(fā)生，進一步提高氣化爐運行的經(jīng)濟性。

4 結(jié)語

提高殼牌氣化爐運行的經(jīng)濟效益，核心是控制并提高原料即入爐煤的質(zhì)量，在原煤質(zhì)量控制、配煤系統(tǒng)優(yōu)化方面做好源頭控制，提高碳的利用率，提高氣化爐穩(wěn)定運行周期。同時降低原料成本及動力成本，并從設(shè)備日常維護、精細化操作等全方位管理。消除氣化爐燒嘴頭燒嘴罩泄漏、煤線波動頻繁、合成氣冷卻器積灰等瓶頸問題，提高單位時間內(nèi)的效益，減少廢水排放等節(jié)能減排工作，最終實現(xiàn)氣化爐經(jīng)濟效益最大化。