阳泉气化型煤造气技术及操作方法探讨.doc

阳泉气化型煤造气技术及操作方法探讨一、概述1、开发型煤技术的意义我国能源消耗以煤为主，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占我国一次能源消费的75%左右，是世界上唯一以煤为主要能源的国家。由于工业技术水平较低，城乡居民生活及工业燃料方面，仍以燃煤为主，不仅热效率低，而且造成大气的污染。发展洁净煤技术是提高能源利用效率，减少环境污染的重要途径，越来越引起国际社会的重视。我国“十五”计划中强调，以煤炭为基础能源，加大洁净煤技术研究开发力度，推进洁净煤技术产业化。型煤是洁净煤技术的一种，它将粉末状的煤炭加工成块状燃料，使燃烧效率提高，减少烟气中的烟尘含量。型煤是国家 “九五”科技攻关和国家科委推广洁净能源的重点项目，其价格比燃气、燃油低，易被用户接受，将成为今后相当一段时间内，国家产业政策提倡的产品。而且在各种洁净煤技术中，型煤较适合我国国情。2、型煤发展现状目前国内化肥、机械、建材等行业采用的固定床煤气发生炉大多数使用无烟块煤或焦炭，年需要量约5000万吨，缺口约1000万吨。随着采煤机械化程度的提高，块煤的比例越来越低，供需矛盾更趋紧张，而大量的粉煤却不能充分利用，造成了能源的浪费及堆放污染，加之环境保护的要求，燃用原煤已成为落后的生产力，创造洁净能源是发展现代工业的必然之路。3、阳泉气化型煤技术阳泉煤炭运销分公司对型煤的开发研究、生产工艺、主要设备和型煤市场等情况进行了大量的调研工作，并组织有关专家进行了多次论证及研讨会，充分认识到生产气化型煤是煤炭深加工的延伸，是一项有市场潜力的产品，也是符合国家产业结构政策调整的项目。因此，在对国内外型煤技术调研、对比、论证的基础上，阳泉煤运公司拟建60万吨/年工业型煤厂的项目，确定采用无烟煤配肥煤或焦煤，冷压成型、高温炭化生产焦化型煤的技术。并加工了600吨焦化型煤实验品，在两个化肥厂进行了工业性试烧，取得了满意结果。二、工业型煤的概念、分类及产品技术条件（引用山西省环保局关于“山西省型煤产品认定技术条件”文件） 1、工业型煤的定义 工业型煤是指层燃式锅炉、窑炉、茶炉及半水煤气发生炉、水煤气发生炉及常压固定床煤气发生炉等应用的型煤。2、工业型煤的分类与命名工业型煤分为锅炉型煤和气化型煤锅炉型煤（标记为GL）是指采用烟煤粉煤、粉焦、煤泥等为原料，经加工成型用于各种锅炉、茶炉的燃用型煤。气化型煤（标记为QH）是指采用无烟粉煤、粉焦等为原料，经加工成型用于造气炉的型煤。3、锅炉型煤技术条件 （锅炉型煤为卵型、枕型时，应符合下列技术要求）技术指标单位数值抗压强度N/个490落下强度13mm，%85水浸强度N/个150复干强度N/个400热 强 度N/个300水分 Mar%2灰分 Ad%20挥 发 分 Vdaf%茶炉15锅炉20固 定 炭 FCd%茶炉65锅炉60全 硫 St,d%0.9发 热 量 Qnet,arMJ/Kg23.0灰 熔 点 ST1250 4、气化型煤技术条件 （气化型煤为卵型、枕型时，应符合下列技术要求）技术指标单位数值抗压强度N/个590落下强度13mm, 85水浸强度N/个150复干强度N/个480热 强 度N/个300热稳定性70合成氨造气用60常压固定床煤气发生炉用水 分 Mar2灰 分 Ad24挥 发 分 Vdaf10固 定 炭 FCd65全 硫 St,d1.5发 热 量 Qnet,arMJ/K23.0灰 熔 点 ST1250三、阳泉气化型煤造气工艺技术及操作方法阳泉分公司采用炭化型煤技术工艺生产气化型煤，该工艺生产的气化型煤具有冷、热强度高，热稳定性良好及优异的防水性能，不仅不增加产品的灰分，而且还可降低全硫含量，是目前最佳的气化型煤生产技术。1、原理：无烟煤中配入一定比例的强粘结性煤（肥煤、焦煤等）后，在炭化过程中强粘结性煤热解产生的胶质体将无烟煤粘结在一起，进而炭化生成熔为一体的类似焦碳的炭化型煤。2、工艺流程：焦化型煤的生产工艺流程示意图如下：无烟煤筛分 分分破碎碎 搅 拌 立式捏合 干 煤 库 磨 粉 肥 煤 水 焦化型煤刮板输送机炭化窑 成 型3 、阳泉煤运分公司型煤产品质量的主要技术指标焦化型煤质量主要技术指标项 目 名 称代 号单 位焦化型煤粘结剂型煤*干燥无灰基挥发分Vdaf%5.010干 基 固 定 炭FCd%7565干 基 全 硫St,d%1.51.5抗 压 强 度SCCN/个 1000590热 强 度SCHN/个 900300落 下 强 度SD13mm,%9085热 稳 定 性TS+6%9070浸 水 强 度SSCN/个 800150复 干 强 度SSDN/个 1000480 *山西省环境保护产品认定技术指标 从上表可以看出无粘结剂焦化型煤的各项技术指标超过粘结剂型煤，是目前国内工业用造气型煤的最佳产品之一。四、阳泉无烟煤加工气化型煤工业试验为了验证阳泉无烟煤能否生产出较好的焦化型煤，阳泉煤运分公司分别在实验室和工业生产厂进行了一系列试验。1、阳泉无烟煤实验室配煤制半焦型煤试验1.1、实验方法无烟煤 破碎筛分 水 人工搅拌 模具成型 马弗炉干馏 检测分析烟 煤 破碎筛分无烟煤和配煤经过破碎，以一定的粒度、配比加水搅拌均匀，经模具成型后放入马弗炉中，在一定的温度和时间下干馏，最后，水冷熄灭，测试强度和挥发份。1.2、煤种*无烟煤为阳泉实验煤。*配用炼焦煤有三种。根据配煤原理，没有粘结性的无烟煤应与炼焦用煤配煤。为了在较小配比的条件下使型煤的粘结性满足要求，确定采用粘结性较强，Y值在20mm以上，粘结指数在81以上的肥煤和焦煤，并考虑配煤的结焦性，特选择3种炼焦煤为试验煤，分别为晋南肥煤、阳泉提供的1/3焦煤及其中的一种主焦煤。1.3、配比、配煤粒度、炭化条件根据生产实践及有关文献资料，无烟煤成型粒度的合理级配为：+3mm不大于配煤5；-1mm不小于75，其中200目以下不大于40。本次焦化试验，我们参考这一研究成果考虑阳泉无烟煤的粒级。从经济效益因素考虑，在满足半焦型煤的强度需要的条件下，炼焦煤配比越小产品的成本越少，配比为18，炼焦煤粒度在0.2mm以下，试验是在此配比基础上进行。干馏温度为8001000，实验室时间不少于1.5小时。1.4、试验结论项目名称工业分析全硫St,d焦渣特征热稳定性灰溶点MadAdVdVdafFCdDTSTPT肥煤0.9917.5629.2135.4353.230.457150015001500阳泉煤0.5723.3211.1614.5565.510.542150015001500混煤0.7822.2114.8619.1062.930.533150015001500炭化型煤1.0223.251.441.8775.310.42193148015001500检测项目抗压强度N/球热强度N/球落下强度%浸水强度N/球复干强度N/球炭化型煤165015209214501540使用晋南肥煤和1/3焦煤与阳泉无烟煤进行配煤，采用半焦型煤工艺，生产半焦型煤，实验室试验证明，是可行的。2、用阳泉无烟煤生产600吨气化型煤工业试验2.1、生产工艺流程图搅拌机搅拌机破碎机定量给料试验煤 配料搅拌机水煤奖储 罐球磨机烟煤定量给料水搅拌机活化剂 产 品 2.2、600吨气化型煤工业试验产品分析表1 炭化型煤煤质化验结果 项 目名 称工 业 分 析 %Mad Ad Vd Vdaf FCd焦 渣特 征全 硫St,d炭化型煤1.6224.547.269.6268.2020.53 项 目名 称硫 形 态 d, %Ss Sp So发热量MJ/kgQgr,v,ad灰 熔 点 DT ST FT炭化型煤0.030.080.4226.161500 1500 1500表2 炭化型煤的质量测试结果项 目单 位结 果项 目单 位结 果抗压强度N/个720落下强度%81.9热 强 度N/个710浸水强度N/个640热稳定性%86.6复干强度N/个7202.3、试验结论：本次试验是在晋城无烟煤矿业集团工程处金泽型煤厂半焦型煤生产线上进行的，由于该生产线存在一定的先天的缺陷，如：干馏烘干炉的网带瞬时温度不能超过900，成型机球窝磨损严重，肥煤以水煤浆形式加入等，这直接影响了型煤产品的各种强度指标、破损率、限下率和挥发分的有效去除，产品质量受到很大影响。通过本次600吨工业试验进一步说明：阳泉末煤可以采用这种高温干馏工艺进行半焦型煤生产，产品的各项指标完全能够达到化工造气对原料煤的要求。今后建厂时，通过对工艺和设备的改进提高，提高干馏温度，保证温度场分布均匀，完全可以实现半焦型煤产品成本低、质量高的目标。五、阳泉气化型煤工业试烧为了验证阳泉气化型煤的炭化工艺，获得更可靠的依据，阳泉煤运分公司用600吨气化型煤工业试验产品，分别在山东济宁化肥厂及安徽来安化肥厂进行了各300吨炭化型煤的工业试烧。两厂的工业试烧取得了较满意的结果。1、山东济宁化肥厂试烧情况1.1、概况 2002年8月29日 0930在直径2.6m的10#炉开始按型煤块煤=12的比例掺烧，1600提高掺烧比例为21，鉴于掺烧阶段一切情况正常，故从8月30日830改为全烧直至2002年9月2日止，共试烧炭化型煤224吨。在试烧期间，除9月1日 0310由于夜班工人操作不当，炉内局部出现结疤情况，进行了调整操作外，其它时间炉况基本正常。1.2、济宁化肥厂造气工艺流程 济宁化肥厂的造气工艺流程见图：原料煤 洗气塔 煤气 水蒸汽 煤气炉 除尘器 蒸汽过热器 废热锅炉烟囱 空气 1.3、试烧结果受济宁化肥厂装备条件限制，不能用气体流量计测取试烧炉的煤气、空气、吹风气等气体流量，又因8个煤气炉共用一个气柜，也无法用气柜准确量取气体产量，故试烧数据只能根据物料衡算结果估算炭化型煤的单位发气量，煤气炉发气强度等技术指标。试烧计算结果列于表3。为便于说明问题，表3中一并录入了8月2326日化肥厂用无烟块煤时的有关技术数据进行对照。表3 无烟块煤与炭化型煤制气参数对照表参 数 项单 位 无烟块煤炭化型煤日 耗 煤 量kg/d5260058140固 定 碳 含 量%75.6768.20吨 氨 耗 煤kg/tNH313161574吨 氨 耗 标 煤kg/tNH311851278吹 风 空 气 用 量Nm3/tNH325162243吹 风 气 产 量Nm3/tNH317071455小 时 产 煤 气Nm3/h56645233发 气 强 度Nm3/h.m21067986吨 煤 产 煤 气Nm3/t25842160小 时 产 氨t/h1.671.54带 出 物 分 率%3.046.54带出物含炭量%60.0078.87炉 渣 分 率%19.4826.77炉 渣 含 炭 量%22.5020.01蒸 汽 分 解 率%63.0252.60吹 风 效 率%44.1140.49制 气 效 率%83.0579.57总 过 程 效 率%68.1565.25为了比较固定碳含量与吨煤发气量、吨氨耗标煤量的关系，表4列出了化肥厂阳城无烟块煤的化验结果。表5列出了上行煤气、下行煤气及吹风气的气体成分分析结果。（详细数据参考试烧报告）表4 无烟块煤化验结果 项目名称工 业 分 析 %Mad Ad Vd Vdaf FCd发热量MJ/kg全 硫St,ad无烟块煤0.5617.916.427.8275.6727.040.35表5 气体成分分析名称 项目上行煤气下行煤气吹风气CO2%7.176.1415.54O2%0.390.360.52CO%36.8334.186.21H2%46.6955.25CH4%1.581.582、安徽来安化肥厂试烧情况1.1概况 2002年10月13日 0900在安徽来安化肥厂直径2.4m的5#炉开始按型煤块煤=12的比例掺烧。鉴于掺烧炭化型煤的一周中，炉况、煤气质量及发气量一切生产情况均正常，故从10月19日1830改为按型煤块煤=11的比例掺烧，直至2002年10月21日1830止，共试烧201.5小时，入炉炭化型煤共198.5吨。在型煤块煤=11掺烧期间，炉况正常，无结疤、挂壁现象，下渣无生型煤及大疤块，生产运行情况一直稳定、正常。1.2造气工艺流程 安徽来安化肥厂的造气工艺流程与山东济宁化肥厂造气工艺流程相同。1.3 试烧结果炭化型煤掺烧期间与全烧块煤时的半水煤气组成对比结果列于表6。由于是掺烧，煤气产量、带出物、炉渣量，只做了定性考察，没有准确的数据。表6 半水煤气分析结果 项 目名 称半 水 煤 气 组 成 % CO2 O2 CO H2 N2 CH4全 上 块 煤6.90.432.240.517.42.5掺 烧 型 煤7.00.432.238.818.92.73、试烧总结1.1按块煤炭化型煤=11掺烧时，可以保持半水煤气组成、产气量与烧块煤时基本相当，造气炉正常运行。全烧炭化型煤时，吨氨耗标煤较全烧块煤高7.8%。主要是因为炭化型煤带出物及炉渣较多，而其中炭