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1、两段式煤气发生炉的气化用煤要求浅析 关键词：两段式煤气发生炉 气化 煤炭 粒度 煤质 粘结性 灰熔点 挥发分 热稳定性 水分 机械强度 前言：煤气发生炉作为将煤炭由固态能源转化为气态、洁净能源的主要设备，气化煤种的选择至关重要，直接关系到其整体气化效果。两段式煤气发生炉适宜气化不粘煤、弱粘煤、长烟煤等烟煤，也可以气化质量较好的褐煤，相对一段炉而言两段炉选用煤种范围较宽，但是对气化用煤的具体指标要求较严格。 1、煤炭粒度 任何一种类型的固定床气化装置，都要求入炉煤的粒度均一，满足炉内流体力学和传热传质的需要。两段炉之所以对煤的粒度要求严格，是因为在炉内干馏段和气化段中的料层总高度约为6-8米，如
2、果煤的粒度悬殊，一方面会减少床层内的间隙度、增加炉内阻力，导致气化强度下降，煤气产量降低,灰渣含炭量也会随之增加；另一方面无法保证煤得到均匀、充分干馏，影响了两段式煤气发生炉的气化效果。 在两段炉运行操作过程当中，用户往往只看重炉体结构是否完善、设备运行状态是否正常，却对气化用煤粒度情况重视不够，恰恰是这一点会直接影响到两段式煤气站的气化效果。有的煤气站入炉煤粒度甚至大于100mm，导致其运行效果很差。有资料显示：当入炉块煤中粒度小于10mm的大于20%时，两段炉的气化效率将会下降25%。 分析国内外的成功经验，结合我国的实际情况，两段炉入炉块煤的粒度要求最好控制在以下范围： 粒级范围：153
3、0mm；2040mm；2550mm；3060mm 粒度组成： 60mm 应5% 6040mm 为10% 4020mm 为70% 2015mm 为10% 15mm 应5% 2、煤质要求 两段炉对入炉煤的粘结性、灰熔点、挥发分、热稳定性和水分等都有相应的要求。 （1）粘结性 煤的粘结性是决定该煤是否可以在两段炉内气化使用的非常重要的指标，原因在与：在干馏段内煤料受热将出现膨胀与粘结的现象，如果其粘结性较强，则会在此粘连而聚成大团块或煤饼，破坏上升载热气体的均匀分布、影响干馏效果，而且还会阻碍、甚至堵塞料层均匀下移，导致整个炉内的气化过程恶化。 反应煤在受热状态下的粘结性与膨胀性检测项目有：自由膨胀
4、序数（CSN）、胶质层厚度（Y）值、罗加指数及煤工业分析中的焦渣特征（1-8）等。 经验表明，入炉煤的粘结性，最好按表1中推荐的指标选用。 表1 两段炉对煤的粘结性要求 项 目推荐指标 自由膨胀序数（CSN）2罗加指数（R.I），%20胶质层厚度（Y值，mm）10焦渣特征（1-8）3 煤的灰熔点是煤灰熔融特性指标，常用煤灰的软化温度ST来表示，灰熔点是判断煤在炉内气化过程中是否结渣的重要参数。单段炉通常要求ST1250；两段炉气化用煤的灰熔点应再高一些，这是从全炉的操作温度分布考虑的。为满足干馏段最适宜的反应温度450600，从气化段上升的气流温度应在600700之间，相应地、燃烧层温度将会比
5、单段炉高一些。例如：所选用原料煤的ST1300，气化过程中即可以满足炉内各层次反应热量需求又不会有溶渣或挂渣现象。 （3）挥发分 两段式炉体结构可降低煤气的携尘量；在干馏段内，煤中的挥发分转变为小分子烃类而析出，集中回收或提高煤气热值。所以我们希望煤中的挥发分含量相应较高，突出体现上述优越性。一般来说，煤中的干燥无灰基挥发分含量，以不低于25%为宜，而固定碳/挥发分应大于1。 （4）热稳定性 对固定床气化炉来说，煤的热稳定性是影响正常气化操作的重要因素。如果煤的热稳定性较差，煤炭入炉后就会因受热而产生崩裂、破碎，这样一来就会提高炉内阻力和增加带出物的数量。在单段煤气炉中，煤入炉后骤然遇高温而迅
6、速热分解，煤中的挥发分急速析出，会使煤块爆裂粉碎；两段炉结构干馏段高而且料层厚，入炉后的煤块是缓慢受热升温的，煤中水分和挥发分析出速度也相应较慢，不会对煤层造成太大的冲击，因此，两段炉对煤的热稳定性要求可适当放宽。例如：热稳定性较差的褐煤，也可以用于两段炉进行气化。 （5）水分 煤的水分含量高，对气化操作是很不利的，不仅蒸发其中的水分需要消耗一定的热量，使煤气热值降低，而且在贮运上和操作上会带来很大不便，尤其在冬季。统计表明，两段炉上段煤气热值会随着气化煤中的水分增加而明显下降，十分敏感。 国外资料报道，两段炉入炉煤中水分最高应控制在1525%的范围，高于此值的煤需先进行干燥处理方可使用。美国
7、的FW-Stoic两段炉，规定入炉煤中含水量为1215%；英国的WI两段炉要求入炉煤中的含水量15%；也有报道入炉煤中的含水量6%为最适宜。根据我国的实际情况，入炉煤中的含水量以控制在15%为宜。 两段炉气化用煤的含水量的多少也会影响干馏段的高度设计。水分含量高，干馏段则高，反之则低。 为了控制入炉煤的含水量，两段炉煤气站应设置煤棚，尤其是在多雨的南方地区更为重要，否则，湿煤进入振动筛之后，煤粉会堵塞筛网，降低筛分效果，很难保证入炉煤的粒度要求，进而影响气化效果。 值得注意的是，某些水分是造成煤热稳定性不良的主导因素之一，特别是内在水分中的结合水容易突然析出产生汽化，从而导致煤块崩裂。在两段炉
8、内，由于设置较高的干馏段，煤料的受热速度缓慢，煤中的水分徐徐挥发析出，能够造成良好的干燥效果，即可使煤的热稳定性得以改善。因此，两段炉对煤中水分的要求可适当放宽一些，例如含水量偏高的褐煤也能用于两段炉气化。 （6）机械强度 两段炉内的煤层较厚，一般都在6米以上，煤在炉内下移过程中，会产生挤压与磨擦。因此，要求两段炉用煤比单段炉用煤更应具有较高的抗碎、落下和耐磨强度。 综上所述，入炉煤的煤质对两段炉的正常气化有着至关重要的影响。常压固定床煤气发生炉用煤质量标准（GB9143-88），见表2；两段煤气发生炉气化煤种的技术指标（GB50195-94），见表3。以供读者参考。 项 目技 术 要 求 试
9、验方法 粒度分级 烟煤：1325，2550，50100mm无烟煤：613，1325；2550mmGB189块煤限下率 50100mm，粒度级15%，2550mm，粒度级18%，2580mm，粒度级18%。MTI含矸率 一级2.0%；二级2.0%3.0%。MTI灰分Aar一级18.0%，二级1824%GB212全硫St,ar2%GB214煤灰软化温度（ST）灰分（干基）18%时，ST1150；灰分（干基）18%时，ST1250。GB219热稳定性（TS+6）60%BG1573抗碎强度（25mm）60%GB7561胶质层厚度（Y）发生炉无搅拌装置时，Y12mm，发生炉有搅拌装置时，Y16mmGB4
10、97发热量 Qnet.v,ar无烟煤23MJ/kg（5500Kcal/kg），烟煤21MJ/kg（5000Kcal/kg）。GB213 表3 两段煤气发生炉气化煤种的技术指标（GB50195-94） 项 目 技 术 指 标 粒度（mm）2040；2550；3060最大粒度与最大粒度之比 2块煤限下率（%）10含矸率（%）2干基挥发分Vd（%）20干基灰分Ad（%）18干基硫分Std（%）2灰熔融性软化温度ST（）1250热稳定性TS+6（%）60抗碎强度（25mm），%60罗加指数RI20自由膨胀序数CSN23、 二段式煤气发生炉煤气站工艺 ：合格原料煤由皮带机输送提升至主厂房储煤仓，再经双滚
11、筒液压加煤机加入炉内，煤受到来自气化段煤气的加热干馏，干馏后半焦状态下的煤炭在气化段与气化剂（空气，蒸汽）发生反应，气化段生成的煤气分为两部分，一部分从两段炉下段煤气出口经旋风除尘器出炉，另一部分向上经中心管与干馏煤气混合从上段煤气出口出炉。下段出口煤气经旋风除尘器降温除尘后进入强制风冷器，继续除尘降温，然后进入间冷器进一步降温。上段出口煤气进入电捕焦油器除焦后，直接进入间冷器，与下段煤气混合，在混合中完成降温，混合后煤气进入电捕轻油器，捕除轻油，煤气经加压风机加压后送往水雾捕滴器脱水送往用户。 两段式煤气发生炉自上而下由干馏段和气化段组成，首先煤从炉顶煤仓经两段下煤阀进入炉体，煤在干馏段经过
12、充分的干燥和长时间的低温干馏，逐渐形成半焦，进入气化段，炽热的半焦在气化段与炉底鼓入的气化剂充分反应，经过炉内还原层，氧化层而形成灰渣，由炉栅驱动从灰盆自动排出。煤在低温干馏的过程中，以挥发分析出为主生成的煤气称为干馏煤气，组成两段炉的顶部煤气，约占总煤气量的 40% ，其热值较高（ 6700KJ/nm3 ）温度较低（ 120C ），并含有大量的焦油。这种焦油为低温干馏产物，其流动性较好，可采用静电除尘器捕集起来，作为化工原料和燃料。在气化段，炽热的半焦和气化及经过还原，氧化等一系列化学反应生成的煤气，称为气化煤气。组成两段炉的底部煤气，约占总煤气量的 60% ，其热值相对较低（ 6400KJ
13、/nm3 ），温度较高 ( 450C 左右 ) 因煤在干馏段低温干馏时间充足，进入气化段的煤已变成半焦，因此生成的气化煤气不含焦油，又因距炉栅灰层较近，所以含有少量飞灰。底部煤气就可经旋风除尘器及风冷器等设备来处理，这样对于使用冷静化煤气的用户，便可不采用水洗法就能使用上冷静化煤气，从而避免了大量酚水无法处理的缺陷。3.2m 两段式冷煤气站（厂房为钢结构） 2.6m 两段式冷煤气站（厂房为混凝土结构）2.0m 两段式冷煤气站煤气站特点 ：(一)在整个冷煤气净化工艺中，本公司对底部煤气的处理采用旋风除尘器，强制风冷器来进行，改变了我国两段炉常用的双竖管、洗涤塔用水冷却工艺，即节约了生产用水，又消
14、除了因使用传统工艺带来的酚水量太大弊端，从而彻底杜绝了国内传统的两段炉对环境的污染问题。顶部煤气中的大量焦油采用 37 管电捕器捕集，因其流动性良好，可直接输送到焦油池储存。混合煤气采用油洗冷却器冷却，此设备的特点是，煤气的冷却不与水直接接触，而是管板式间接冷却，再通过煤气自身冷凝下来的饱和水（含酚）循环使用洗涤煤气，使煤气站酚水减至最少量，此少量酚水为正增长，它的输送储存皆密闭进行。在整个工艺中，对焦油的捕集采用二级电捕，以确保在冷煤气净化过程中焦油的含量在 40mg/m3 以下。顶部煤气用 37 管电捕焦，煤气在其中最大流速为 0.6m /s ，低于发生炉煤气站设计规范（GB50195-94 ）中的 61管电捕青油器，煤气在其中的最大流速为 0.65m /s 低于发生炉
