关健词:腐植酸、配煤、制作、设备、应用
摘 要:烘干煤棒已成为型煤气化的主流;煤棒加工制作中粘结剂的配方选型特别重要;煤棒制气对造气系统设备条件有特殊要求;煤棒制气炉箅性能十分重要;减少制气循环的频繁率是降低煤棒粉化率的措施之一
1.煤棒气化技术在煤化工行业的发展状况:
煤化工行业是能源依赖性极强的行业,而目前我国的能源状况已经严重影响了煤化工行业的经济效益,为了生存而拓宽原煤路线,寻求无烟块煤的替代原料已经是煤化工行业无奈的选择,同时也成为了寻求发展和降低生产成本的必由之路。
在我国将无烟粉煤制作成煤棒用于制取合成氨原料气、工业煤气、城市煤气的工业化应用早已存在,只是当初应用面小和粘结剂工艺与当今有所不同,以及加工设备落后、煤棒规格不同而已。
起初讲的煤棒制气是指“清水煤棒”。清水煤棒是一种制造方法最简单型煤,是只添加水分不掺混任何粘结剂的型煤。
上世纪70-80年代,煤棒用于合成氨厂家作为制气原料的很少。而从上世纪90年代中后期开始,用腐植酸做粘结剂的煤棒先是在湖南,继而在湖北等地煤化工行业开始推广应用,而且应用面逐步向外发展,进入21世纪腐植酸煤棒气化技术发展比较快。
湖南、湖北是两个煤棒气化应用大省,另外其它省份只有少量应用厂家零星分布,但是总体上讲应用面呈快速扩展的趋势,并且已经由南向北幅射,中东部地区原来采用腐植酸煤球的煤化工企业,有的已经弃之改为腐植酸煤棒,其中还有几家较大型煤化工企业。
腐植酸煤棒生产工艺相对简单,生产设备操作比较简便,建设施工周期短,设备投资比较少。即可以采用风干后的湿煤棒制气,也可以烘干后入炉,因为煤棒成本相比无烟块煤价格一般要降低30%左右,因此应用效益发挥好的厂家能较大幅度地降低生产成本。
2.腐植酸煤棒的特点 :
煤棒的成型原理与煤球有很大不同,加工过程是;经除矸、配煤、粉碎、加粘结剂+混合、堆沤、二次粉碎+混合后的熟料,由螺旋挤压机给料口加入,由螺旋叶片推进,使粉煤不断进一步混和、压缩及相互挤压揉搓。在此过程中,由于粉煤颗粒间的磨擦和粉煤与叶片以及与机壳内壁之间的磨擦,使之温度升高,强制吸附在煤粒表面的水分和腐植酸钠向煤颗粒的内部渗透。
由于煤颗粒反复经受揉搓、磨擦、研磨、挤压使部分颗粒被压溃,形成若干个细小颗粒,总体的粒度状态小于煤球的成型粒度。从而使煤粒之间产生较大的附着力和结合力,然后挤出煤棒,经过成型过程使成型煤棒的机械强度增高。
腐植酸煤棒在应用方面已经形成了湿煤棒与烘干煤棒两种方式;湿煤棒入炉的工作流程是,湿煤棒由成型机出来后接入周转车内,存放风干≥24小时后再入炉,入炉时水分含量12%左右。因其水分高、表面涩性大、流动性差,采用加煤机入炉会因流动不畅而堵塞,所以目前仍然采用人工吊斗加煤。湿煤棒机械强度差,周转和加煤过程中破损率高。而且由于入炉时煤棒水分含量高导致气化效率低,并且每一次加煤后要先做2次左右完全上吹,利用炉内显热烘干煤棒快速降低水分含量,同时防止床层表面煤棒结壳,因此使煤气炉操作程序复杂化,由于必需做几次连续完全上吹,致使火层位置大幅度移动,影响了煤气炉工艺状况的稳定性,气化效率和热量转化利用率均受到不良影响。
从工艺原理上讲,利用炉内显热烘干煤棒本身就是一种热能浪费,而且湿煤棒由常温猛然升高至300℃以上,煤棒内的吸附水快速向外蒸发增加了煤棒爆裂和热粉化的量,增加了吹风带出物的数量。另外,因为湿煤棒不能使用自动加煤,煤气炉自动化程度降低,频繁停炉加煤导致煤气炉工作效率下降,单炉生产能力低。
因为湿煤棒入炉的工作流程劳动力过于密集,需要大面积的场地建防雨棚供湿煤完成风干过程,并且需要大量人力车周转,单台煤气炉需要45—50辆。近些年随着应用厂家生产规模加大,湿煤棒风干周转量加大,使其场地和设施以及劳动力方面均难以承受。
为了解决这个问题,同时降低入炉煤棒的水分含量提高煤气炉的气化效率,越来越多的厂家上马烘干装置改用烘干煤棒。烘干煤棒应用量的发展是在随着企业生产规模的逐步扩大而增加的。
煤棒烘干一般采用立式烘干窑或隧道式烘干窑,湿煤棒经传送带送入烘干炉,一般经烘干窑内动态烘干3小时左右然后送入煤气炉气化,入炉时煤棒温度仍然有60℃左右,水分2%左右。湿煤棒增加烘干过程是对湿煤棒增加了一个固化、除水过程,大幅度的提高了煤棒的机械强度。煤棒烘干的热源是利用吹风气余热回收后的显热和烘干炉上增设的烟煤燃烧炉补充烘干热量。
烘干煤棒机械强度高,周转和加煤过程中破碎率低,表面涩性小,入炉后床层表面分布趋于平坦,有利于改善床层透气的均匀性,入炉后吸热量小制气效率高。烘干煤棒可配套使用自动加煤机,而且堆积孔隙率比中块无烟块煤小,床层蜜实度高。煤棒经过干燥、干馏过程后表面形成多孔结构,气化比表面积大。加之腐植酸粘结剂也有一定的提高活性的作用,使煤棒的化学活性相应提高,有利于提高气化强度。煤棒的外形分为三种;单圆柱形、双柱形(即:两根棒并连呈∞型)和梅花形(即:三根柱形棒粘连一体)。
3.气化反应对煤棒质量的要求:
煤棒的质量要求主要有:一是物理特性;跌落测验强度、冷抗压强度、抗压热强度、热稳定性等。二是化学特性;化学活性、灰熔点、工业分析结果、元素分析结果等。
煤棒质量差的主要原因:
一是未按煤种特性采用相应的粘结剂配方工艺。
二是没有根据原煤的不同特性制定合理的配煤工艺指标。
三是加工过程中没有严格按煤种搭配指标的定量搭配,粘结剂也没有按工艺要求定量加入。
四是没能达到混合均匀。
五是企业缺乏型煤检测手段,不能实行动态质量监控,也不能排除管理方面存在问题。煤棒加工管理上;配煤重要性不亚于加工过程,因此两个环节的管理都要加强。
例如有的厂配煤方面存在问题,用低灰熔点的煤和低灰熔点的粘结剂生产煤棒,造成生产中炉内经常出现结块结疤现象,生产条件恶化。以上问题不论哪一项存在都会影响煤气炉的气化条件从而影响正常生产。
行业中早有“用好型煤必需先制好型煤”之说,当然煤棒制作也不例外。对腐植酸煤棒质量来说,影响煤气炉气化条件的主要因素不完全是煤棒的固定碳含量,而煤棒的化学活性、机械强度、热稳定性、灰熔点高低才是影响煤气炉气化条件和气化强度及能耗高低的关健因素。单就机械强度而言,应保证烘干煤棒冷强度要达到65kg/cm2以上。
热稳定性差的煤棒气化时热粉化率高,吹风阶段煤棒在高温作用和吹风气的冲刷下会产生一定量的粉尘,从而使带出物增多。而且因为煤棒入炉后会出现爆裂,产生大量粉末使床层透气均匀性变差,易产生偏流、上火挂壁等现象。
煤棒水分降低的同时机械强度提高是必然的规律,入炉煤棒水分含量是影响煤气炉气化效率和气化经济性的一项重要指标。因此,湿煤棒制气要尽量延长煤棒周转时间,使其水分尽量减少,入炉水分降低一是能提高煤气炉的气化效率;二是提高原料转化利用率;三是能提高机械强度减少中转和加煤过程中的破损率;四是能减少吹风带出物;五是能减少或避免床层表面结壳,六是能有利于稳定炉况、优化气化条件。要通过降低入炉煤棒的水分和通过配料时合理搭配煤种,尽可能提高煤棒的机械强度和热稳定性。
4.褐煤的性质和在型煤粘结剂中的作用:
我国褐煤资源丰富,1985年曾探明的储量为1264.6亿吨,占全国煤炭储量的17.16%。褐煤有比较发达的内表面和含氧官能团,具有吸附、交换和络合能力,是天然的廉价的吸附剂和型煤粘结剂。用于型煤粘结剂从腐植酸含量30%~40%的普通褐煤,到腐植酸含量58%以上的精制褐煤均能使用。褐煤是泥炭经过成岩阶段而形成的产物,分为土状褐煤、暗褐煤和亮褐煤。褐煤煤层中经常夹杂有保存着木质结构的植物残骸,煤化程度浅,含碳量较低。
褐煤含碳量一般在40—60%,大部分含有40%左右的原生腐植酸,有的褐煤分析结果为总腐植酸达到53.29%,游离腐植酸=43.77%。另外还含有0.5~6%的褐煤蜡,因产地不同有的褐煤蜡含最高可达10%,挥发份含量有的达到50%左右,焦油含量因产地而异一般在3~14%,这些物质都具有很强化学活性,因而促使煤棒的化学活性提高,对提高煤气炉的气化强度极为有利,这也是腐植酸型煤的气化强度大于其它粘结剂型煤的一项主要因素。褐煤的化学反应活性普遍比较高,一般在 700℃就开始气化反应。
腐植酸钠熔于水后形成粘稠糊状的胶体物质,具有一定的粘结性,与煤粒经过混合、沤制后产生较强的塑性,在成型过程中受挤压柔搓与煤粒胶合成聚合体。使煤棒具有一定的机械强度,经风干或烘干固结过程后,冷、热强度进一步提高。煤棒入炉加温后腐植酸钠产生很强的吸附力,对煤粒产生较强的聚合力和吸附力形成骨架作用使之热稳定性提高。
在型煤加工制作中,粘结剂的配方选型特别重要,采用有机粘结剂制成的型煤冷强度较高,但是热强度和热稳定性都比较低。采用无机粘结剂可使型煤具有较高的热强度和热稳定性,但是会引起型煤固定碳降低。而腐植酸粘结剂的性质介于有机粘结剂和无机粘结剂之间,属于复合型粘结剂可以弥补二者的不足,可以使型煤达到较高的抗压强度和热稳定性,而不会使型煤固定碳含量有大的降低。(附表:型煤粘结剂分类)
粘结剂型煤分类:
5. 腐植酸煤棒的制作中的配煤要求:
要求多选用反应性强的煤(化学活性好的煤)以保证在气化和燃烧过程中反应速度快、气化效率高。原煤的反应性强弱还直接影响煤气炉的耗煤量、发气量、热转化利用率以及煤气中的有效成份含量等。
腐植酸煤棒配煤有四个重点;
a.科学合理的制定配煤工艺
b.严格执行配煤定量
c.破碎到合理粒度
d.与粘结剂充分混合
煤棒的抗碎强度和热稳定性与所用的无烟煤煤种有很大的关系,配煤时既要考虑原料煤的固定碳、化学活性等指标,又要考虑成型后煤棒的机械强度和热稳定性。加工工艺条件一定时,不同煤种制成的煤棒冷抗压强度差别很大,这是由于煤本身具有的物理化学性质不同所致。而且固体煤粒的水份含量和不同煤种表面物理化学性质不同,其最高内在水分也不同,因此对煤的成型性有也一定影响。
山西粉煤固定碳含量高,化学活性有好有差,选择的余地较大。但是,大部分山西煤为砂岩性,结构致密、机械强度高、挤压成型时反弹性大,亲水性差、亲合力差、挥发份含量低。因此,成型效果不好,一般来讲机械强度高的无烟块煤产生的煤粉都有原本特征。这种特性的煤适合与较强粘结性、土性灰质、灰熔点较低、挥发份偏高的煤搭配。因为砂性煤必需配入部分冷粘结性强的粘土性灰质的无烟煤,同时要尽可能选用挥发份及硫含量达标的煤种。
腐植酸煤棒的灰熔点、成渣性是煤棒气化的重要指标,灰熔点低的煤棒在气化过程中容易结疤结块,因此要求煤棒灰熔点尽可能提高。国标规定固定层气化用煤的灰熔点要≥1250℃,由于型煤灰分一般≥25%,灰份含量高、灰熔点又低的原料操作难度是极大的,所以煤棒的熔点最好要≥1300℃。
煤棒的灰熔点主要取决于原煤的灰分组成和粘结剂成分组成。无烟煤的灰分物质组成及含量差异较大,因此要进行科学搭配,煤中的灰份组成主要是氧化铝(A12O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化钾(K20)、氧化钠(Na0)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铁(FeO)、有机硫(S)。
原料煤中氧化铝、氧化铁、有机硫是低燃点物质、又是低熔点物质。它们对型煤的影响只是对煤棒的灰熔点有直接影响,它们的含量越高煤棒的灰熔点越低。对煤棒化学活性产生直接影响的是“挥发份”,成品干煤棒中挥发份含量应在7%左右为宜,这样即不会因挥发份含量低影响化学活性,也不会因为挥发份含量高而影响煤气质量。
不同变质程度的煤,其灰份组成有较大的差异,体现出不同的灰熔点。当使用低灰熔点的无烟粉煤生产煤棒,必须要添加高熔点无烟煤粉和高熔点点添加剂才能使煤棒的灰熔点达到要求的指标,例如添加粘土(陶土)。粘土资源丰富、价格低廉,粘土本身无可燃物质,主要矿物成份是硅,灰熔点较高,一般在1400—1450℃。但是,因其不含可燃的活性物质所以无反应活性,在添加中要制定合理指标。过量添加粘土后虽然增加煤球的灰熔点和机械强度,但是也相应降低了型煤的含碳量和气化反应活性。
6.简述腐植酸钠煤棒制作步骤:
第一步是腐植酸溶液的制备,粘结剂的含量高低和粘结剂质量的优劣在一定程度上决定了煤棒质量,用纯碱(Na2CO3)或烧碱(NaOH)溶液抽取褐煤中所含的腐植酸,通过碱和酸中和成腐植酸钠盐溶于水中作粘结剂,通过复分解反应,腐植酸变成钠盐溶于水中,而碳酸根则和钙离子结合生成碳酸钙沉淀。
第二步;原料煤要经过除矸、筛选、配煤、粉碎、一次搅拌、腐植酸钠粘结剂加入、沤制。堆沤是为了让水分和腐植酸钠充分渗入煤粒,沤制时间应≥24小时,一些厂家沤制时间达48小时使的溶合效果进一步提高,对提高煤棒质量当然是有益的。下一步是二次粉碎、搅拌+深度混合至挤压成型。
配煤完成后,煤棒加工质量的关键就在于是否采用了先进的高效粘结剂、混合搅拌工艺和先进可靠的成型设备及烘干设备。配煤完成后开始粉碎和混合,对于原煤的粉碎粒度也有一定要求,粉碎粒度过细,需增加粘结剂量增加成本,降低机械强度,降低含碳量。
混合方法也有所不同;有的先粉碎后混合,将煤沫一次破碎到3mm以下,再用双辊混合搅拌机混合,这样很难达到理想的混合效果。应该把破碎与混合作为一个过程;先将粘结性与煤沫混合在一起粉碎至<5mm,进入混合搅拌机与配好的粘结剂充分混合搅拌,堆放≥2小时,再二次混合粉碎至3mm以下。
7.煤棒制气对造气系统设备配套条件方面的要求:
事物总有它的多源性,虽然强调说型煤制作的重要性高于型煤操作的重要性,但这只是强调事物起源的重要性,倡导原料问题务必从源头抓起,为造气生产创造原料基础。
然而,一个企业仅仅是型煤质量提高了,只是造气生产良性化发展的决定因素之一。如果;a、造气技术装备条件落后。b、系统配置没有侧重型煤气化的技术要求。c、现行工艺指标不适合型煤气化条件要求。b、仍然按照无烟块煤的操作方法和习惯去操作等。
一套造气系统如果存在上述问题之一,就会限制生产潜力挖掘,直接影响型煤气化的效益发挥。一些企业就是因为存在以上某一原因得不到根治而放弃使用型煤。
腐植酸煤棒必竟属于粉煤成型,它的固定碳含量和机械强度,以及热稳定性等理化特性与一般质量的无块煤相比都差距较大。因此,要依据煤棒的气化应用特点,在造气系统平衡配套方面采取有效措施。
7.1. 要想提高煤棒气化的气化强度和经济性,煤气炉的三个高径比一定要合理。从工艺角度讲;床层高度是造气其它工艺条件优化的基础,如果不具备此条件,其它工艺的调整都必将成为围绕现有条件所做的弥补之术。
7.2.煤棒气化过程中吹风带出物较多,对煤气炉吹风气除尘器和煤气除尘能力要求比块煤要高。洗气塔负荷也重了,因此洗气塔净化能力需要增加20%。
7.3.力求稳定入炉蒸汽的压力和流量,首先入炉蒸汽网络一定要配置合理;传统的单炉一锅(废热锅炉)、一塔(洗气塔)、一罐(蒸汽缓冲罐)的配置条件已经极少存在了,新上马的和新改造的系统一般都是四台煤气炉配一个鼓风机、一个缓冲罐、一套蒸汽调节阀组的综合余热回收流程。而对于煤棒气化来讲,仅是这样的话是不够的。至少必须加一套入炉蒸汽调节阀组,保证两台炉一个补气点。按目前的煤气炉生产能力,四台炉用一个蒸汽缓冲罐,在如此大流量的条件下,仅靠蒸汽缓冲罐的作用并保证不了入炉蒸汽稳定性,如果没有多个补偿能力大的补气点是不行的。
虽然设计中增大了蒸汽缓冲罐容积,但是在目前大负荷生产的条件下,大大超出了原设计的单位时间内的单炉入炉量。加之四台煤气炉用一台蒸汽缓冲罐,势必造成两台煤气炉属于远程输送入炉蒸汽,必然存在补偿能力差的问题,势必因补偿能力差制约瞬时流量。
7.4. 工艺管线配置,从气化条件方面讲,煤棒因其固有的理化特性因素影响,风速、风量无法提高到优质无烟块煤的程度。因此,专门的煤棒气化系统在设备配套条件方面除煤气炉主体的三个高径比以外;煤气管道、空气管道、配套阀门等方面,均不宜过大,不能效仿无烟块煤气化系统。因为实际运行中,煤棒气化一般都与中等以上质量的无烟块煤相比,单炉发气量一般要降低20%左右,这是众多厂家生产实践验证的结果。
煤棒气化的造气系统要提高单炉生产能力,只有将煤气炉本身配置加大,以增加单炉生产能力,这样才能有效的弥补煤棒气化的弱势。如果煤气炉本体配置能力小,单炉消化能力更小,更远离了经济运行的气化条件。
7.5. 煤棒气化配套的风机能力,应区别开湿煤棒、烘干煤棒和床层厚度等不同的条件特点。
因煤棒灰分含量比较高,入炉煤棒的粒度差别比较大,床层孔隙率各环区差别比较大,各环区阻力差距必然比较大,外环区床层阻力小,不适合高风速。在同样直径的煤气炉上煤棒气化的条件下,风量选择宜比无烟块煤风量小50m3/㎡.min为宜,而且风机压头应选26kpa左右为宜。
7.6.使用专用炉箅:煤棒的床层表面及床层内部的物料分布是独具特点的。湿煤棒气化时:因湿煤棒水分含量高和型状特点所致,其表面涩性大、流动性差。因此,炭层表面中心区峰点与边缘区的位差很大,加之加煤和周转过程中产生的碎细料和煤粉集中于中心区,因而各环区的阻力差比较大。
烘干煤棒在周转和烘干过程中部分产生断裂,虽然直径未变,但是长度很不规整,从而形成了独有的粒度特点。入炉后小粒度的煤棒集中在中心区,稍长一点的停滞在内环区,再长一些的煤棒则滚落到煤气炉的外环区。三个环区被三种不同粒度的煤棒所充实,因而同一截面上阻力不均等。但是,烘干煤棒表面涩性小于湿煤棒,床层表面分布趋于平坦,中心区阻力小于湿煤棒。由于上述各种不同特征存在,所以要求炉箅布风条件必需适合其各自不同的床层分布特点,如果不专门设计炉箅布风条件就能造成入炉气化剂产生环状偏流或局部偏流。
因为三个环区的阻力很不相等,炉箅布风设计上必需将阻力大的区域相应加大通风量,去克服局部阻力,通过强制通风提高阻力大的区域的火层温度。相反,通风阻力小的区域,必需相应控制其通风量控制其温升速度,从而控制在同一截面上火层温度基本相等,这就是专用炉箅的作用体现。
腐植酸煤棒成渣性强,正常运行中形成的灰渣比较酥软,但是其单位时间内的排灰量要大于中等质量以上的无烟块煤,这是因为煤棒的固定碳含量低所致。因此,炉箅设计就必需要根据此特点确定合理的排灰面积,保证炉条机转速在适中的运转下,就能保证物料平衡,从而保证炉内有正常的成渣条件和有序的排除能力。
煤棒制气的煤气炉有时也会出现结块、结疤的现象,甚至大疤块因不易破除而在炉内转动,遇到此情况被迫停炉息火人工破除。也有的是偏火偏灰经常出现,甚至经常出现一侧排渣口堵塞。
一系列问题的原因:
一是与原煤质量或煤棒加工质量有关。
二是与工艺条件或操作合理性有关。
三是也与炉箅的布风条件合理与否有关。
四是与炉箅的破渣能力大小也有一定关系。
五是与配套的破渣条规格和定位是否经过专门设计有一定关系,因为破渣条与炉箅的配合间隙确定了破渣粒度大小。
六是与防流方法有一定关系,这些问题都是炉况稳定和优化的影响因素和制约因素。
因此,要求炉箅的布风条件必需要与煤棒理化特性相适应,破渣能力要强,破渣粒度要与排灰口高度相适配,以上条件都是煤棒专用炉箅的必备条件。具备了以上条件,煤棒制气才能稳定炉况,才有条件进一步优化工艺。
8. 煤棒气化的工艺条件选择
气化煤棒的生产应用要点是;
① 系统技术装备必需适合煤棒的气化特点。
② 制订的工艺指标必需适合煤棒的气化特点。
③ 确定的工艺指标必需抓住技术要领的关键控制点。
④ 操作方法的科学性必需适合原料特性和设备状况。
⑤ 按造气“四稳操作法”的操作理念,工艺操作的稳定性尤为重要,这一方面受制于操作控制水平和专业管理水平。
原料条件和设备配套条件具备相应水平后,就要进入更关键的工艺操作环节。虽然都强调型煤加工质量的重要性,但这只是为了消除根源性因素的影响,为造气生产提供必需的原料条件。但是屡见不鲜的是原料条件和设备配套条件相比较好的条件下,生产运行状况却一塌糊涂。
所以说,造气生产是一个多源性的系统工程,同样的原料条件、同样的装备水平,但是造气生产的运行状态和经济性的差距却总是相差很大。反之原料和装备条件相比较差的单位,生产水平与之相比却存在较大的反差,如此事例同样屡见不鲜。
造气工艺、操作、管理中蕴藏的潜力最大,一个企业应提高应用技术水平,倡导“以人为本”,因为人的潜力是最大的,人的潜能是能够随着不断的学习和积累被不断激发而提高的。
8.1. 负荷控制:
创造条件多加负荷,提高单炉生产能力。人们都知道改用型煤气化,单炉生产能力会下降,因此备用炉少的厂家改用型煤气化之前都新增几台煤气炉。备用炉多的厂家也早作准确,需要增开几台就增开几台。然而,型煤气化与无烟块煤气化一样,单炉生产能力的调整弹性很大。小负荷、大炉群的生产模式无法达到高产低耗。腐植酸煤棒气化应用效果好、经济效益高的厂家都是经过坚苦攻关才最终实现了高负荷生产、长周期稳定的生产局面,经济效益正是因此而产生。
腐植酸煤棒气化条件要求;床层高度应在设备条件允许的前提下尽量达到床层高径比。以增加蓄热能力,并且要尽可能采用高炉温制气,从而提高气化效率,优化煤气成份。
造气生产要倡导从实际出发,用实践检验真理,不要总是拘泥于理论计算。因为造气生产中影响的动态因素多,理论计算与应用的实际情况相吻合的几率不高,甚至有时偏差很大,这是有目共睹的事实。因此,从事造气的具体工作绝不能完全拘泥于理论算计上,理论指导实践这句话一点也不错,但是指导造气生产的理论应该是来源于生产实践,应该是经过验证并升华了的、不拘一格的、求真务实的创新型理论。
例如;从原则上说吹风时间越短越好,但是要在短时间内完成必需的送风量,要建立在必需具备的原料条件和床层高度基础上。吹风过程的长短、风量的大小应该完全取决于床层高度和原料的承受能力,除了要有足够的床层高度外,还受原料的机械强度、热稳定性和粒度大小及均匀性的限制。腐植酸煤棒制气,在风机选择和使用上的原则应该是“低风压、大风量”。
采用机械强度和热稳定性好,并且粒度相对均匀的燃料可适当提高空气流速;反之应适当降低空气流速。特别是煤棒制气,如果采用高风压大风量吹风,势必造成煤棒粉化加剧。而且由空气流速快,床层吹翻或产生风洞的几率增加,吹风气带出物明显增多。因此,实际生产中要根据燃料性质来决定是延长吹风时间,还是提高空气流速来达到增加吹风量的目的。
要充分挖掘设备、原料、人员的各方面潜力,在条件允许的条件下,尽量将制气负荷提至高限。并且要通过技术改造不断消除制约因素,创造条件逐步提高气化强度。气化层温度越高越能加大气化能力,加快成渣速度并提高成渣率、提高气化效率。成渣是对灰份的浓缩,如果成渣率低,灰渣中含碳量必定高。
然而,任何一种事物发展到极限状态,对操作控制都会产生一定的难度和危险性。因此,气化负荷要确定合理,不能超出设备、原料和人力资源的最大能力。
8.2.恰当的循环时间分配
腐植酸煤棒在气化过程中粉化的主要原因包含以下几点;
一是煤棒质量的因素。
二是入炉前后的温差过大。
三是阶段转换造成床层表面温度变化幅度过大,峰谷值之差拉大。
上行气温度与下吹入炉蒸汽温度之差越大对原料冷激影响的程度越大,冷激作用主要是在下吹初始阶段。
那么,减少制气循环的频繁率是降低煤棒粉化的有益措施之一,而且是简单易行、行之有效的措施,这一方面的影响因素正是煤棒气化不宜采用短循环的原因之一。煤气炉三个高径比合理的条件下,∮2800煤气炉宜采用145—150s循环时间,∮2610左右的煤气炉(∮2600、∮2610、∮2650)循环时间135s为底限,120s循环时间仅限于∮2400煤气炉使用。
“惯性思维是技术创新的最大障碍”,煤气炉已经逐步走向大型化了,系统技术装备也已经今非夕比了,再不能不论什么原料条件、不论什么技术装备条件、不论存在什么问题,总是用120s循环时间去以不变应万变了。
实际生产中,合理确定循环时间对稳定炉况、提高原料的转化利用率,减少热损失和提高制气效率能起到很重要的作用。
8.3. 合理的入炉蒸汽温度和用量
腐植酸煤棒气化必须用过热蒸汽,而且对入炉蒸汽温度的要求区别于无烟块煤。由于烘干煤棒本身特性决定了在正常负荷的条件下,上、下行气体温度不能象中小块无烟煤那样降的那样低,特别是上行温度不会象中小块煤气化那样降低到200℃左右。为了减小蒸汽入炉时床层表面温度的峰谷值之差,煤棒气化时的入炉蒸汽温度必需提高至与上行温度控制的基本值相仿。那么,煤棒制气时入炉蒸汽温度应控制在300℃左右为宜。
腐植酸煤棒在气化原料行列里属劣质原料,由于热稳定性、化学活性、灰熔点等方面都相比较差,因此气化层温度自然要低于优质块煤。所以对于劣质原料来讲不能过度追求蒸汽分解率,否则就会造成发气量小、热损失大,原料煤的转化利用率低。
造气工艺技术讲究“蒸汽分解率”与“蒸汽分解量”的平衡问题,对于煤棒气化来讲,不适合刻意追求提高蒸汽分解率,而应该以充足的蒸汽用量促使蒸汽分解量提高,从而提高煤气炉气化能力,而且有利于上下行气体温度的控制和提高灰渣质量。这就是以一定的蒸汽损失换取发气量提高、生产稳定、对综合效益是很有利的,这也是在此原料条件下权衡利弊后的无奈之举。其实这一操作特点在多数应用煤棒的单位已经存在,劣质原料制气蒸汽分解率低于优质无烟块煤、蒸汽消耗高于优质无烟块煤,这是原料特性所决定的,已经成为必然现象。
结束语:
目前,虽然大多数使用煤棒造气的煤化工企业确实因此带来了可观的经济效益,但也有一些企业由于种种原因经济效益的发挥不尽理想,甚至有的企业因此而使生产陷入被动局面。
型煤气化在煤化工行业的原料结构中所占比重越来越大,烘干煤棒也已经成为型煤气化的主流。而在这一课题当中;专用设备技术开发、生产系统平衡配套技术、工艺指标和操作方法等方面仍然有进一步开发和挖掘的潜力。因此,在加大型煤气化工艺技术研究开发的同时,应该加快煤气装备制造业的新技术开发速度,提高其创新开发能力,促进型煤专用技术装备的性能提高,特别是核心技术方面的革新改造,要尽快推出“创新型专用系统装备”应用到型煤气化生产系统当中去,从而进一步提高生产系统的技术装备水平,增强生产装置的节能降耗功能。
绝大多数煤化工生产企业几十年来的主要精力都放在无烟块煤气化技术上了,型煤气化对于大多数厂家来讲都是新课题。如今,应用和关注这项技术的人越来越多,实践证明只要业内大多数人共同努力的事情必然会有成功进展,在业内同仁的共同努力下,型煤气化技术必将有新的突破。