水煤浆气化工艺对原料煤的要求

作者:九州体育 发布时间:2020-08-01 22:18

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  水煤浆气化工艺对原料煤的要求 水煤浆气化炉工艺原则上在高于灰熔点 5O~100~C 以上的温 度下操作,以便于顺利排渣,根据德士古水煤浆气化厂的生产经验, 水煤浆加压气化用煤选择原则应以煤的“气化性能及稳定运行性能” 为主。 2.1 煤的灰分含量 灰分是煤中的无用形式成分, 为使其能顺利地以液态形式排出水 煤浆气化炉,必须将温度升至其灰熔点以上,无谓的增加了氧气消耗 有资料表明,在同样的气化反应条件下,灰分每增加 l%,氧耗增加 0.7%~0.8%,煤耗增大 1.3%一 1.5%;其次灰分增加,使烧 嘴和耐火砖的磨损加剧,寿命大大缩短,同时灰、黑水中的固含量升 高,系统管道、阀门、设备的磨损率大大加剧,设备故障率提高。灰 分含量高对成浆性能也有一定的影响,除使煤浆的有效成分降低之 外,还使煤质的均匀性变差,消弱了煤浆分散剂的分散性能,在相同 的情况下,对提高煤浆浓度不利。建议所选煤样的灰渣干基含量不高 于 l3%。 2.2 煤的最高内水含量 煤的内水含量对气化过程的主要影响表现在对成浆性能的影响, 一般认为煤的内水含量越高,煤中的 O/C 越高,含氧官能团和亲水 官能团越多,空隙率越发达,煤的制浆难度越大。煤质对成浆性能的 影响是多方面的,各影响因素之问密切相关。煤的内在水含量越高时 所制得的煤浆浓度越低,而且使添加剂的消耗、煤耗、氧耗均有一定 的增加,综合技术与经济方面考虑,水煤浆加压气化原料用煤的最高 内在水含量以小于 8%为宜. 2.3 煤渣的熔融特性 煤灰的熔融特性是煤的灰熔点(还原条件下), 煤的灰熔点以低于 反应温度 50~100~C 为宜(熔融温度)。若煤的灰熔点提高,为使气 化炉顺利排渣,必须将气化炉的反应温度提高至煤的灰熔点以上,温 度提高使气化炉耐火砖的寿命相应缩短 ( 气化炉的操作温度每提高 100~C,耐火砖的磨蚀速率增加 2 倍),氧耗、煤耗增加。为了降低操 作温度必须加入助熔助,而助熔剂的加入会增加煤中惰性物质含量, 使耐火砖磨蚀加剧,提高了制浆成本,固体灰渣处理量增加,灰渣水 系统的结垢量上升。煤的灰熔点以低于 l300℃为宜,考虑到煤的气 化效率及耐火砖的使用周期等方面的因素,最好的煤种灰熔点在 1250~l300℃,如果原料煤的灰熔点太低,由于生产条件下煤灰的黏 度降低,也会加剧对耐火砖的侵蚀,较低灰熔点的煤种可以通过配煤 来解决。 2.4 灰的粘温特性 黏度是衡量流体流动性能的主要指标, 要实现气化温度下灰渣以 液态顺利排出气化炉,黏度应在合适的范围之内,既要保证在耐火砖 表面形成有效的灰渣保护层,又要保持一定的流动性。根据国内外对 液态排渣锅炉的研究指出,灰渣的黏度应在 25~40Pa·S 之间方可保 证顺利排渣, 水煤浆气化炉在操作温度下灰渣黏度控制在 25~3OPa· S 为宜。影响灰渣黏度的主要因素是煤灰的组成,即灰成分。煤灰的主 要矿物质成分是 Al2O3、SiO2、MgO 等,通过调查研究表明:A12O3 是灰渣熔点升高、黏度变差的主要成分。Al2O3 含量越高,煤灰的流 动温度越高;A1203 含量高于 40%时,煤灰的流动温度大于 l500℃。 MgO 含量一般很少,MgO 又和 SiO2 形成低熔点的硅酸盐。起到降低灰 融熔温度的作用。SiO2 是煤灰成分中含量最高的组分,使煤的灰熔 融特性变差,黏度升高,但它与其它的组分(CaO)可以形成低熔点的 物质,因而可依据其含量,在一定范围内添加 CaO 以消弱对灰黏度的 影响。 CaO 是降低灰熔点的组分,与 si02 形成低熔点的硅酸盐。因而 CaO 是最常用助熔剂组分,但其含量过高则析出 CaO 单体,反而使灰 熔点升高,黏度增大。其添加量应控制在与灰分之比为 20%左右。 Fe203 也是降低灰熔点及灰渣黏度的组分,因为 Fe203 在还原气 氛下被 H2 或 CO 还原为 FeO, FeO 与灰渣中的 Sio2 和 AL2O3 形成低熔 点的共熔物。Fe2O3 含量低于 20%的煤灰,Fe2O3 含量每增加 l%, 煤灰的软化温度平均降低 l8℃。 K2O 和 Na20 含量增高,煤灰熔融温度显著下降,每增加 l%,煤 灰的流动温度平均降低 16~C。 2.5 煤灰的焦渣特性 灰渣黏度是煤灰的高温特性, 是指测定煤挥发分后所残留下焦渣 的特性,共分 8 类,序号越大粘结性越强,一般认为水煤浆加压气化 工艺的原料煤结渣特性应为 l~2 类。 2.6 煤的挥发分 原料煤的挥发分代表一种煤的变质程度,变质程度越大,燃烧火 焰越长,反应活性越好。煤的内在水分与挥发分有一定的关系,当煤 的挥发分在 25%4-5%时内在水分最低;大于 30%,随着挥发分的增 加而增加;当大于 40%时,增加较快;小于 20%时,随着挥发分的 降低而增加。煤的变质程度越高,成浆性越差。 2.7 煤的硫含量 对气化操作的本身并无显著影响, 但生成的煤气只要高于露点温 度操作, 即可避免设备腐蚀, 硫含量的高低对甲醇洗工序的影响很大。 2.8 煤的可磨性 煤被破碎的难易程度称为煤的可磨性, 不同的煤有不同的可磨性 指数。煤的可磨性直接影响磨机的选择和工况条件的确定,既影响水 煤浆的产量和质量又影响磨机的消耗。 可磨性普遍采用哈特格罗夫法测定(哈氏可磨性指数 HGI),HGI 越高,表示煤越易磨碎,换言之,煤越软。可磨性好的煤实际上可以 得到更多的微细颗粒, 因而提高了堆积效率, 易制的高浓度的水煤浆。 当 HGI 小于 50 时候,煤浆浓度急剧下降。HGI 越大,煤的成浆性越 好。 2.9 水煤浆配煤技术 l21 煤料的反应性、成浆性、灰熔融温度是衡量煤种适应能力的主要 指标,无烟煤反应活性低,褐煤成浆性差,均不适宜于水煤浆气化, 最适宜的是长焰煤、气煤等。同时还应注意到煤灰在还原性气氛下的 流动温度和粘温特性。对煤质的一般要求如下:①主要指标:放热量 达 25.121MJ/kg。越高越好;煤灰的流动温度在 1300~C 为宜,过 高过低都不利于气化;煤中灰的含量不得高于 13%,越低越好。② 次要指标: 考虑到煤浆的制备、 泵送特性、 煤的反应活性及气化效率, 则全水分含量越低越好, 挥发分含量越高越好, 固定碳含量适中为好, 煤中有害元素硫、氯、砷等越低越好;可磨性指数越大越好。 配煤的理论依据:所选用煤种的放热量在 22.00MJ/kg 以 上,并且放热量高的与放热量低的搭配,使煤的发热量达 25.12MJ /kg 以上;成浆性、灰分等指标达到水煤浆气化技术的最低要求; 采用不同煤种的混配以改变煤灰组成降低灰熔融温度,即:将煤灰组 分中 MgO、Fe203、K20、Na20 含量高的煤与灰熔融温度较高的煤混配 来降低灰熔融温度。


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