鲁奇煤气化炉工艺流程 山西屯留煤在Mark-IV型鲁奇气化炉上试烧初探

　　摘要:本文介绍了山西屯留贫瘦煤在Mark-IV型鲁奇气化炉上试烧的全过程。试烧结果表明，山西屯留贫瘦煤作为Mark-IV型鲁奇气化的煤源是可行的，但相对义马煤其粗煤气出口温度高、炉顶法兰温度高、灰锁温度高，生产的粗煤气中CO含量提高7%，CO2降低5%，有效气（CO+H2）含量占到总气量65.9%。
　　关键词：山西屯留煤；鲁奇；试烧
　　中图分类号：TQ54 文献标识码：A
　　1 引言
　　河南省煤气化工程即义马气化厂是国家“九五”重点工程，是为解决豫西地区城镇居民、工商业用气需求，实现煤炭就地转化，改善区域环境，带动地方经济发展的一项公益性、环保性城市公用基础设施项目。该工程较早引进具有世界先进水平的德国鲁奇加压气化技术及关键设备，自2006年9月二期工程建成投产以后，目前已形成日产净煤气300万Nm3，成为亚洲最大人工城市煤气制造企业。2006年我厂受山西潞安煤基合成油厂委托，在鲁奇气化装置上对山西屯留贫瘦煤进行工业化试烧，其采集数据为潞安煤基合成油的设计工作提供依据。
　　2试烧前准备工作
　　2.1 组织保障
　　为保证圆满完成试烧任务，保证取得数据的可靠性和准确性，更好地统筹试烧全过程，保证试烧过程安全顺利进行，我厂成立了山西屯留煤试烧工作指挥部。
　　2.2 准备工作
　　（1）2006年我厂仅有鲁奇气化炉3台，分别为1#、2#、3#气化炉，通常生产状态下二开一备。为确保试烧过程顺利进行，决定先在一台气化炉上进行单烧，待确定较佳汽氧比后两炉满负荷运行。（2）试烧前准备好试烧期间记录报表，做好试烧期间数据统计工作。（3）保持1#、2#、3#气化炉竖灰管上的取灰器正常使用。（4）试烧前4小时，确定粗煤气冷却系统、煤气水处理、酚回收装置运行正常，做好取样前的准备工作。
　　2.3 山西屯留煤的工业分析
　　本次试烧煤种山西屯留贫瘦煤，贫瘦煤是一种具有弱粘性的炼焦用煤，其发热量较高。试烧前在厂内对山西屯留贫瘦煤进行了工业分析，以便掌握煤质情况对工艺调控做出指导。下表1为山西屯留贫瘦煤工业分析结果。可见，屯留煤较义马煤其含水量低0.69%，挥发份含量低10.41%，固定碳含量高55.69%，其热值高达5516kcal/kg。
　　表1山西屯留贫瘦煤工业分析结果
　　2.4 预计试烧工艺指标调整范围
　　（1）粗煤气出口温度：550℃～650℃。（2）汽氧比：4.5-5.0左右。（3）灰锁温度：320℃～370℃。（4）煤锁下法兰温度：135℃～190℃。（5）炉篦电流：19―20A左右。
　　2.5 试烧程序
　　（1）待煤仓中义马煤料位指示为30%时，通知备煤车间向气化炉内加山西屯留贫瘦煤。（2）山西屯留贫瘦煤入炉后，气化炉负荷渐降至5000 Nm3/h，按1次/15分钟的分析频率分析粗煤气中的CO2和O2。（3）保持操作压力在2.85-3.05MPa之间。（4）每小时排灰、看灰一次。（5）据灰样、炉篦电流寻求最佳汽氧比，气化炉工况稳定后，负荷缓慢加至5500 Nm3/h。（6）气化炉满负荷运行48小时后，进行高负荷试验，加负荷的速度为500Nm3/10min。（7）高负荷性能测试后，两台气化炉恢复正常负荷，直至将山西屯留贫瘦煤烧完为止。
　　3 试烧过程
　　2006年6月23日15：04时，2#气化炉煤仓料位指示40%时，加进山西屯留贫瘦煤，气化炉负荷为5000Nm3/h，汽氧比5.3。至17:00时粗煤气半分析显示CO2：31.7% O2：0.2%，表明屯留煤已进入炉内，稳定2小时后，汽氧比由5.3降至5.2，负荷加至5500 Nm3/h，粗煤气半分析显示CO2：29.7%；O2：0.2%。结合灰样、炉篦电流和半分析数据，确认汽氧比已较佳，这一过程耗时5.5小时，第一阶段进展顺利。
　　试烧指挥部决定3#气化炉也开始试烧屯留煤，6月24日1：17时，3#气化炉煤仓显示36%时加进屯留煤。4：26时，3#气化炉半分析为CO2：31.6% O2：0.3%，表明山西屯留贫瘦煤已到达反应区，至5:00时3#气化炉调整汽氧比5.3降至5.2；7：25时降至4.8，各项指标均显正常。随后，将2#气化炉负荷加至7000Nm3/h，3#气化炉负荷加至6500 Nm3/h，3#气化炉的汽氧比降至4.7运行。
　　6月24日11: 00时始至25日16：00时结束，2#、3#气化炉负荷维持7000-7200 Nm3/h，汽氧比控制在4.6，粗煤气半分析CO225%～27%间，炉篦电流正常，灰的颜色、粒度适中。我们认为山西屯留贫瘦煤此时工况下稳定，随后再次降2#气化炉汽氧比至4.5，运行7小时，未发现大渣块导致排灰困难。高负荷运行下气化炉也较稳定，两炉直至将山西屯留贫瘦煤试烧完为止。
　　4 试烧结果
　　4.1试烧中主要运行参数范围
　　（1）试烧过程中，气化炉粗煤气出口温度范围550℃～620℃，灰锁温度范围340℃～380℃。同负荷下，与义马煤相比粗煤气出口温度、灰锁温度均较高。（2）试烧过程中，汽氧比调整范围在4.5-4.7间为较宜。（3）试烧过程中，炉篦转速维持在2.0～3.5间。屯留贫瘦煤灰份含量高，同负荷下相比义马煤炉篦转速稍高，整个试烧过程灰中残碳量较高，约7%。（4）山西屯留贫瘦煤固定碳含量高，反应活性低，平均每小时加煤仅两锁，在6000Nm3/h负荷下，炉篦仅维持最低转速1.5r/min。7200Nm3/h负荷下维持3.0r/min，不利于开车时的火层培养及低负荷生产。
　　4.2 高负荷运行下运行参数及粗煤气成份对比
　　表2 2#气化炉义马煤与山西屯留贫瘦煤运行参数对比
　　表 3山西屯留贫瘦煤试烧2#气化炉运行数据（负荷7000 O2Nm3/h下）
　　表2、表3 为2#气化炉在7000 Nm3/h氧负荷下，义马煤与山西屯留贫瘦煤的运行参数对比表和粗煤气成份对比表，我们发现：
　　（1）山西屯留贫瘦煤变质程度较深，反应活性差，试烧在保证灰不熔渣的前提下适当降低了汽氧比。同负荷7000Nm3/h下，义马煤汽氧比5.6，屯留煤汽氧比4.6。（2）试烧发现炉顶法兰温度、粗煤气出口温度、灰锁温度一直处于高位。7000Nm3/h氧负荷下，炉顶法兰温度185℃，粗煤气出口温度598℃，灰锁温度382℃。（3）试烧还发现，负荷低时，粗煤气出口温度、灰锁温度更不易控制，温度波动变大，气化炉与夹套的压差变大29KPa左右。我们认为这些都是由于山西屯留贫瘦煤气化变质程度深，反应活性差，导致煤在炉内停留时间变长，气化段变宽所致。（4）粗煤气成份。山西屯留贫瘦煤试烧中汽氧比低，气化炉温较高，CO2还原率增加使其含量降低，煤气中CO含量增加；气化中甲烷生成反应为放热反应，炉温高也使其CH4含量有一定程度降低。与义马煤粗煤气成份对比来看，CO2降低约5%，CO提高约7%，H2含量提高2%，CH4有少量降低，有效气（CO+H2）总含量占到65.91%。
　　4.3煤气水及副产品对比
　　表4煤气水分离出口分析数据对比
　　表5山西屯留贫瘦煤与义马煤试烧副产品产率
　　表4、表5分别为山西屯留贫瘦煤和义马煤在煤气水分离处理后出水指标对比、副产品产率对比。可以看到，山西屯留贫瘦煤试烧中汽氧比低，蒸汽分解率提高，煤气水较义马煤少，约586kg/t煤；煤气水出口总酚较低，而总氨偏高，COD较义马煤降低更明显。其中总酚含量为1.37g/l，总氨12.83g/l，COD为5753mg/l。山西屯留贫瘦煤挥发份远低于义马煤，通常认为煤变质程度越深（其挥发份对应越少），其焦油等副产物量越低，这与我们的试烧结果相同，屯留贫瘦煤副产品中油产率2.46kg/t煤，焦油产率2.76kg/t。但有关专家也认为较低焦中油产率，还与煤所含水分、反应炉温存在一定关系，大都认为煤中水份太低，炉温较高，都会使焦油产率下降。
　　结论
　　试烧结论认为：山西屯留贫瘦煤作为鲁奇加压固定床气化工艺用煤是完全可行的，气化炉工况较稳定。试烧过程中发现，气化炉粗煤气出口温度、灰锁温度一直较高，较不易操控，但高负荷（7000Nm3/h以上）试烧中，气化炉运行却变得较为平稳。
　　参考文献
　　[1]梁学博、王磊等.Mark-Ⅳ型鲁奇炉试烧东胜利褐煤的分析与评价[J].河南化工.2011，28(6).
　　[2]朱银惠.煤化学[M].北京：化学工业出版社，2008年2月第1版.