赵王斌 张 超(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司 山西阳城048102)

小籽煤掺烧煤棒制气工艺探讨

赵王斌 张 超
(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司 山西阳城048102)

山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司(以下简称田悦公司)现生产能力为180 kt/a合成氨、300 kt/a大颗粒尿素，造气工段现有Φ2 650 mm/2 800 mm的锥形夹套造气炉16台，共分4套系统(每4台炉为1套系统)，正常生产时常开13～14台造气炉供气，配套6台(4开2备)C600- 1.3型空气鼓风机。为了降低生产成本，田悦公司曾于2012年12月开始在原料块煤中掺烧25%(质量分数)的煤球，经过工艺调整和不断优化，已取得了满意的成绩。2013年1月以来，每吨小籽煤价格比中块煤低40元，为了进一步降低生产成本，田悦公司决定从2013年4月开始，逐步在第1套和第4套造气系统以小籽煤掺烧煤棒制气，其余2套造气系统原料不变。经过8个月的试烧，已初见成效。

1 小籽煤和煤棒的特性

小籽煤粒度较小、表面积大，易燃烧气化，气化效果好，但小籽煤的透气性差，特别是在上料过程中易产生煤粉，会造成床层阻力增大。而煤棒的粒度相对较大，可适当增加空隙率，减小床层阻力，能为造气炉创造良好的气化条件；但煤棒的抗压强度较低，易产生煤粉，加之其热稳定性差，会使气化时的带出物增多，还会影响造气炉产气量。鉴于小籽煤和煤棒的上述特性，并结合田悦公司的原料特点，将小籽煤与煤棒的掺烧质量比定为7∶3(下同)。

2 小籽煤和煤棒入炉质量要求

小籽煤的入炉粒度应控制在25～50 mm ，含煤粉质量分数<3%，矸石质量分数<5%，并确保入炉煤质量稳定；另外，还应保证煤棒的完好率>90%，热稳定性>75%，固定碳质量分数>70%，灰分质量分数<15%。

3 炉箅的选型

造气炉炉箅性能的好坏是影响煤耗的重要原因之一。经过多方考察，将原七层六边型炉箅改为八层六边型专用炉箅，同时对籽煤掺烧煤棒的造气炉内防流板进行了改造。

4 循环时间

循环时间主要依据造气炉的炉型、风机性能和原料煤煤质确定，循环时间的长短直接影响气化层温度的波动幅度。采用长循环时间制气时，由于制气时间长，则炉内热量损失多，特别是在制气后期会导致气化层温度偏低，造成制气量小且气体成分差；为保证下一循环制气时气化层能有足够高的温度，必须延长吹风时间，故会造成气化层温度大幅度波动，不仅炉况不稳定，还会出现局部结疤现象，势必导致制气效率低。采用短循环时间制气时，炉内热量损失相应减少，气化层温度也不会大幅度波动，炉况较稳定，蒸汽分解率高，造气炉气化强度大，则制气效率也高。根据造气炉、配套空气鼓风机的实际情况和小籽煤、煤棒的理化特性，以及小籽煤和煤棒入炉含煤粉较多而引起的床层阻力分布不均匀、易被吹翻、出现风洞等问题，将循环时间定为128 s，即二上吹10 s、吹净5～7 s、吹风26～30 s、上吹28～32 s、下吹 50～53 s。循环时间调整后，炉况整体较稳定。

5 入炉风压风量

通过对小籽煤和煤棒特性分析，小籽煤掺烧煤棒制气时，入炉空气压力控制在28 kPa左右、流量控制在32 000～36 000 m3/h(标态)较为合适。

6 入炉蒸汽用量

入炉蒸汽用量的大小取决于炉内的热量平衡。蒸汽用量过大，会使大量蒸汽在炉内未被分解就被带出炉外，不仅造成炉内热量损失、气化层温度下降幅度大，而且气化效率低；蒸汽用量过少，会造成生产能力下降，同时在不同床层阻力下，还会出现局部过热、结疤结块、产气量下降和煤气质量下降的现象。针对小籽煤掺烧煤棒制气工艺的具体情况，DN250 mm的蒸汽阀门上吹时的阀门开度为30%，下吹时的阀门开度为27%。同时，为了发挥小籽煤气化速度快的长处，使其在单位时间内制得更多煤气，经一段时间的摸索，将入炉蒸汽流量控制在4～5 t/h、压力0.080～0.083 MPa、温度175～190 ℃较为合适。

7 上、下行煤气温度的控制

由于小籽煤掺烧煤棒后含粉量大、粒度小、燃烧气化速度快、床层阻力不太稳定，故对制气的工艺的条件要求苛刻。若上行煤气温度控制得高，则煤气带出的显热多，热损失大，原料煤消耗高；上行煤气温度控制得低，则会导致气化层温度低，直接影响煤气的气量和质量。下行煤气温度高，说明气化层下移，易造成下部燃料过热而结大块，导致产气量低、消耗高，严重时烧毁炉箅等下部设备，影响造气炉的安全稳定运行；下行煤气温度低，说明火层上移，同样会影响产气量，还会造成燃料燃烧不完全、返焦量大，使消耗升高。所以，通过对小籽煤掺烧煤棒制气工况的摸索，上行煤气温度应控制在220～240 ℃、下行煤气温度应控制在200～240 ℃。

8 炭层高度的控制

选择合适的炭层高度是保证煤气成分稳定和提高产气量的重要方法之一。小籽煤掺烧煤棒制气时，应合理控制炭层高度。炭层高度过高，则阻力大，会影响吹风时的有效风量；炭层高度过低，会影响制气时的气体成分。在能够克服阻力情况下，炭层高度应控制得相对高一些，有利于在吹风阶段增加燃料层的蓄热容量，延长制气阶段蒸汽与碳的接触时间，既能提高蒸汽分解率，也有利于二氧化碳还原反应的进行，还能提高煤气的产量和质量，降低返焦率。如果炭层控制得过高，会导致在吹风阶段空气与碳接触时间长，二氧化碳容易被还原成一氧化碳；另外，炭层高度过高会造成造气炉上、下压差增大，气化剂易形成偏流，出现局部过热、炉面温度高、炭层被吹翻、吹风气带出热量多、造气炉内的蓄热量减少、产气量低等不正常现象，严重时还会造成氧含量升高，被迫停炉，影响生产。因此，炭层高度应该根据造气炉有效的空层高度而定，田悦公司的造气炉炭层高度控制在(1.95±0.10) m。

9 结语

田悦公司于2013年4月在第1套和第4套系统的8台造气炉采用小籽煤掺烧煤棒制气后，经过8个月的工艺调整和不断优化，已摸索出1套较为理想的操作方法。2013年8月起，日消耗小籽煤500 t，占入炉原料煤总量的55%(质量分数)，日消耗煤棒200 t，占入炉原料煤总量的22%(质量分数)，合计占入炉总用煤量的77%(质量分数)。目前，吨氨原料煤(标煤)耗为1.15 t，吨尿素原料煤(标煤)耗为660 kg左右。今后，将逐渐在其余2套造气系统采用小籽煤掺烧煤棒制气，以降低生产成本，实现企业利润的最大化。

2013- 12- 29)