嚴控原料煤的理化性能提高煤氣發生爐產氣效率
煤氣發生爐是一種將煤轉化為水煤氣的設備，通常和需要熱量的設備或者工業企業使用。這些企業的燃料消耗成本，很大程度上決定了所生產的產品的生產成本，進而影響企業的利潤和發展。所以泰達技術部劉下認為，如何提高其氣化效率，降低生產成本是這些企業應當關注的問題。這里我們先闡述清楚第一個概念——煤氣發生爐煤氣轉化效率。
煤氣發生爐的氣化效率是指煤氣的發熱量占原煤發熱量的百分比，是煤氣發生爐重要的氣化指標之一，用公式表示為：η氣＝Q煤氣×V煤氣Q煤炭×100%。
式中：η氣———氣化效率；Q煤氣———煤氣低位發熱值，kcal/m3；Q煤炭———煤炭低位發熱值，kcal/kg；V煤氣———煤炭產氣率，m3/kg。
由上式可知：在發生爐確定的情況下，煤氣的熱值、煤炭的產氣率以及煤炭熱值是衡量氣化效率的三個指標。而煤氣的熱值和煤炭的產氣率與氣化工藝技術有直接關系。因此影響兩段式煤氣發生爐制氣效率的因素主要在兩方面：一是氣化原料煤的理化性能；二是煤氣發生爐設備操作管理。
我們先從氣化原料煤的理化性能方面說明，一般認為對氣化效率的影響原料煤的粒徑大小、粒度均勻狀況及煤粉含量，都直接影響氣化效率。
當塊煤粒度太小時，總的氣化反應面積大，化學動力學條件好，為擴散控制。但是氣流阻力較大，爐底鼓風壓力不能提高，傳質條件差，這個時候我們需要增加鼓風量，但是問題來了，一方面因增加鼓風量，隨煤氣帶出的煤灰增多，造成燃料的損失增加并且容易堵塞管道；另一方面氣化爐內氣流不均勻，惡化煤氣質量，最終減少了煤氣產率。此外，小顆粒煤灰熔點低，易造成爐內結渣。當塊煤粒度過大時，阻力小，顆粒間隙大同時接觸面積小，非均相的氣化反應面積小不利于完全氣化，氣化后碳粒被灰殼包圍，化學反應動力學條件差，為動力學控制，造成灰渣中碳含量增加，并降低了氣化效率。此外，塊煤粒度過大還容易堵塞加煤閥，影響操作。粒度不均、大小不一的煤塊不可以混雜入爐。在布煤過程中混雜大小不同的煤塊會沿著發生爐截面不均勻分布。小顆粒及細煤易落于中心區域，細煤在料層中嵌填在塊煤間的縫隙中造成料層阻力增大，致使氣化強度降低，灰渣含碳量也會隨之增加；而大粒度塊煤落在邊上，形成阻力小，氣化速度快，易冒火，因此造成偏燒結渣等現象。合理控制好入爐煤塊粒度大小以及粒度的均勻性，煤塊的粒度大小比值在2左右；煤塊中的煤屑煤粉盡量減少。
影響原料煤塊的氣化性因素有兩個方面：一是煤的表面積，即氣化劑所能到達的表面，接觸面積越大氣化強度越高。對于塊煤而言，化學反應是在有孔的固體壁上進行，有效表面越大，煤氣化過程完成越快越徹底，煤氣質量越好，產率越高。二是煤中礦物質。礦物質中的催化組份起了決定性作用，有催化作用的物質是堿金屬、堿土金屬，而不是硫化物或其它物質，其中以Ca、Mg的作用最為明顯。當煤灰中氧化鈣含量低于35%時，隨氧化鈣含量增加，煤灰熔融溫度不斷降低。灰份的催化作用不僅影響非均相水蒸氣氣化反應，而且也影響均相反應的進行。加入上述堿金屬和堿土金屬可大大降低灰渣中含碳量，提高煤氣產率。粘結性是指當煙煤被加熱時，由于產生膠質體而使煤粘結成團塊的性能。煤的粘結性是決定該煤是否可以在兩段爐內氣化使用的非常重要的指標，原因在于：在干餾段內煤料受熱將出現膨脹與粘結的現象。如煙煤粘結性較強，則被加熱到300~400°C時，就會出現粘結與膨脹，使較小的煤顆粒粘聚成較大的團塊或煤餅，從而導致上升載熱氣流分布不均勻、影響干餾效果，而且還會阻礙、甚至堵塞料層均勻下移，導致整個爐內的氣化過程惡化。因此，作為氣化用煤，尤其是煙煤，煤的粘結性是非常重要的指標。灰熔點是判斷煤在爐內氣化過程中是否結渣的重要參數，氣化過程中既可以滿足爐內各層次反應熱量需求又不會有熔渣或掛渣現象，通常要求塊煤灰熔點ST應在1150~1250°C之間為宜。兩段式爐體結構可降低煤氣的攜塵量；在干餾段內，煤中的揮發分轉變為小分子烴類（如甲烷等小分子烴類），集中回收或提高煤氣熱值。所以我們希望煤中的揮發分含量相應較高，突出體現上述優越性。但是揮發分含量太高不僅存放的時候容易自燃，也產生大量的長鏈烴基有機物未分解小分子烴類而易析出焦油；一般來說，煤中的干燥無灰基揮發分含量不低于25%、不高于35%為宜，因此建議空干基揮發分在27%~33%比較合適。對固定床氣化爐來說，煤的熱穩定性是影響正常氣化操作的重要因素。如果煤的熱穩定性較差，煤炭入爐后就會因受熱而迅速熱分解，從而使煤塊產生崩裂、破碎，這樣一來就會提高爐內阻力和增加帶出物的數量，不僅影響產氣率，也可能產生其它的不利事件。所選煤塊最好以高溫熱穩定性TS+6＞80%為宜。煤的水分含量高，使產生的煤氣熱量對新進入的煤進行烘干，損失了大量的煤氣余熱，降低了煤氣出口溫度，并使煤氣含有大量的水分，煤氣質量下降。水蒸氣含量過高，導致煤氣溫度過低，致使大量焦油析出，粘結堵塞煤氣管道等。另外，內在水分中的結合水容易突然析出產生汽化，從而導致煤塊崩裂，是造成煤塊熱穩定性不良的主導因素之一。為了控制入爐煤的含水量，煤倉應設置煤棚，否則，濕煤進入振動篩之后，煤粉會堵塞篩網，降低篩分效果，很難保證入爐煤的粒度要求，進而影響氣化效果。統計表明，兩段式煤氣發生爐上段煤氣熱值會隨著氣化煤中的水分增加而明顯下降，十分敏感。原則上實際入爐煤塊中的含水量以控制在＜15%為宜。兩段爐內的煤層較厚，一般都在6米以上，煤在爐內下移過程中，會產生擠壓與磨擦。因此，要求兩段爐用煤比單段爐用煤更應具有較高的抗碎、落下和耐磨強度。所以要求落下強度S25＞65%。固定碳越高，煤塊產氣越多，通常要求空干基固定碳FCad≥55%。收到基低位發熱量越高對煤制氣越有利，通常要求收到基低位發熱量Qnet.v.ar≥6000cal/g。灰分要求盡可能低，對煤制氣越有利，通常要求空干基灰分Aad≤8%。硫含量要求盡可能低，主要影響設備腐蝕和排放問題；所以一般要求制氣塊煤空干基含硫量St，ad＜0.5%。
這些都是原料方面提高氣化效率的核心知識點，下期文章我們會繼續從操作管理方面來和大家探討，如何提高煤氣發生爐的氣化效率。
