1、灰渣粘温特性对液态排渣气化炉运行的影响曹芳贤 郑宝祥(陕西渭河煤化工集团有限责任公司 ,陕西渭南 ,714000)摘要 分析几种原料煤的灰渣粘温特性 ,阐述粘温特性差的煤种对德士古液态排渣气化炉运行的影响 ,提出液态排渣气化炉对原料煤灰渣粘温特性的要求。关键词 原料煤 粘温特性 德士古气化炉 影响收稿日期 :2002 - 07 - 30。作者简介 :曹芳贤 ,女 ,1966 年出生 ,1988 年毕业于西北大学化工系 , 现任渭化气化车间工艺技术员。联系电话 : 0913 -2115060 - 6028。德士古水煤浆气化工艺是将煤浆与氧气一起送入气化炉内 ,在高温下不完全氧化产生 CO2 、H
2、2 、 CO 等工艺气体 ,做为后序制取合成氨、甲醇、发电等所用。其渣以熔融状态流入激冷室 ,渣凝固后随水排入锁渣罐 ,其灰渣的粘温特性直接决定气化炉的操作温度 ,并影响耐火砖的寿命、排渣及灰水中固含量等 ,从而影响到气化炉装置能否稳定运行。灰渣的粘温特性、晶相结构等均与灰渣成分有关。该文讨论灰渣的粘温特性对德士古煤气化的影响 ,简要分析灰渣成分对粘温特性的影响 ,根据粘温特性及灰渣成分选择适合煤种 ,以保证德士古气化炉的稳定运行。1 灰渣粘温特性对生产的影响111 煤气化装置的运行原料煤原设计用黄陵煤 ,由于其粘温特性差 ,致使投产初期的几个月内 ,气化炉操作温度高、炉砖损耗快、跳车频繁、生
3、产无法稳定运行。 1997年 7 月改用华亭煤 ,该煤属侏罗纪后期烟煤 ,其灰渣粘温特性好 ,排渣呈玻璃球状 ,工艺参数呈直线 ,灰水中含固量少 ,压滤机启动次数减少至原来的 1/ 3 ,生产稳定运行 ,产量大幅度上升 ,因气化原因导致的停车次数明显减少。原来频繁出现的管道、设备冲刷腐蚀、炉砖脱落快、热负荷高、难以操作等问题相对减少 ,单炉连续运行长达 49 天 ,1997 年 8 月气化炉运转率达到 7112 %。然而进入 1998 年以后 ,由于原料煤供应上的种种原因 ,煤质有所改变 ,玻璃球状渣不复存在 ,代之而来的是大量的细渣。 1998 年 4 月后 ,粗渣变为玻璃丝状 ,下降管多次
4、积渣 ,下降管与导气管之间环隙大量积灰 ,严重时整个激冷室被积灰充满。下降管多次烧穿 ,其中 3 # 气化炉 2 次烧穿且鼓包严重 ,不得不更换一段下降管。由于灰水中含固量高 ,阀门多次磨穿 ,被迫停车。 1998 年 4 5 月每次投料后 ,渣口压差始终偏高 ,不得不加过量的氧气以提高熔渣温度。粗渣中 Cr2O3 含量已达到01128 % ,表明炉温很高 ,但渣口压差依然不降低 ,后检查发现下降管结渣 ,无法进行正常生产。经过反复论证 ,从 1998 年 5 月 22 日改用优质块煤与粉煤以 3 7 的比例混合作为原料煤 ,气化炉工况明显好转 ,粗渣为玻璃球状。研究表明粘温特性好的煤质是气化
5、稳定运行的关键。1) 粘温特性比较图 1 渭化原料煤粘温特性曲线图 1 是 1998 年 4、 5 月份原料煤的粘温特性曲线 ,从图中可以看出该煤灰熔点、黏度均相对较高 ,且温度变化引起黏度变化较大 ,即操作温度有2002 年大 氮 肥Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry第 25 卷 第 6 期所波动 ,黏度变化大。这样操作温度弹性就小 ,不利于工艺操作 ,温度稍低 ,黏度大增 ,易堵渣口。图 2 为 1997 年 8、 9 月份试烧用华亭煤的粘温曲线 ,从图中可以看出 ,在 1300 左右的运行温度下 ,黏度低且变化平缓 ,在操作温度范围内
6、,黏度随温度变化幅度较小 ,这样操作温度弹性相对较大 ,有利于工艺操作。而且黄陵煤的灰熔点及在相同温度下的灰渣黏度比华亭煤高出许多。图 2 华亭矿区管委会试烧煤样特性曲线2) 生产运行比较表 1 气化炉停车次数统计时间停炉总次数次气化原因停炉次数次与灰渣有关的停炉次数 / 次与灰渣有关的停炉所占比例 , %1997 年 8 12 月 15 2 1 6171998 年 1 5 月 21 13 12 57111998 年 4 5 月 10 7 6 601998 年 1 12 月 52 35 12 231999 年 1 12 月 57 30 0 02000 年 1 12 月 49 11 1 2200
7、1 年 1 12 月 30 8 2 617从表 1 中可以看出 ,1998 年 1 5 月由于灰渣原因引起的停炉次数占到了总停炉次数的一半以上 ,尤其是 1998 年 4 5 月高达 60 % ,可见粘温特性差的原料煤不利于德士古煤浆气化炉的运行操作。 1998 年 5 月 22 日以后 ,对原料煤做了调整 ,很少出现由于排渣导致气化炉的停车。1. 2 灰渣粘温特性差对装置的影响1) 激冷室积灰由于粘温特性差 ,液态渣在流动过程中随着温度的降低 ,黏度直线上升、灰渣流动性减弱 ,形成挂渣 ,堵塞了降管。再之渣口处气流速度快 ,将黏度高的液态灰渣拉成玻璃丝状 ,这种玻璃丝起着粘结剂作用 ,使细灰
8、易粘结在激冷室内 ,给停炉后的清理工作带来很大困难 ,使激冷室液位正常控制受到影响 ,严重时甚至导致串气停车。2) 灰水管线磨蚀加快粗渣细且有大量的玻璃丝 ,灰水中固含量增加 ,管线、阀门磨蚀加快 ,灰水界区频繁磨漏 ,渣斗循环泵出口管线多次磨穿 ,有时不得不停车处理 ,严重影响生产稳定运行。3) 炉砖损耗快渣口处渣黏度大 ,不易流动 ,需提高炉温来降低黏度。炉膛温度高 ,炉壁渣黏度低 ,炉砖剥落快 ;渣口下渣黏度大 ,渣口或下降管易堵渣。 1998年 5 月下旬 ,粗渣中 Cr2O3 含量达 01128 % ,说明炉温偏高 ,炉砖损耗达到正常值的 4 倍。4) 有效工艺气含量低在灰渣从炉内到
9、渣口排出过程中 ,温度降低 ,渣黏度增大 ,导致渣口或下降管堵塞 ,为了熔渣不得不提高 OPC ,以提高炉温来达到熔渣的目的 ,这样就需要更多的碳与氧气反应生成 CO2 来提高热量 ,导致工艺气中 CO2 含量高 ,相应的有效气成分 CO + H2 含量降低 ,而且由于 CO 含量降低及热负荷高 ,水气比高 ,使变换反应温度难以维持 ,不利于变换工段高负荷操作。5) 下降管损坏由于粘温特性不好 ,在渣从渣口向下流动过程中温度降低、黏度增大 ,导致挂渣、难以流动 ,挂渣导致气体偏流 ,使下降管结渣或烧穿 ,1998 年 4月底至 5 月 22 日原料煤更换前 ,每次停炉后都不得不检修下降管。下降
10、管堵渣后需要打开炉头大盖 ,用风镐进行人工敲击清除灰渣 ,一般需要十几天才能完成。费时费力 ,被迫处于单炉运行 ,严重制约生产的高负荷运行。6) 出口工艺气温度高由于粘温特性不好 ,灰渣从渣口排出过程中 ,黏度上升、流动性变差 ,在下降管中形成挂渣 ,使气流通道变窄 ,妨碍气流与水接触。气流速度加快 ,气流冲出套管下沿 ,造成气体未经环隙而短路 ,使工艺气流温度高而联锁跳车。2 灰成分与煤灰熔融特性的关系211 熔融过程煤灰是由各种矿物组成的混合物 ,没有确定的由固相转为液相的熔融温度 ,煤灰的熔融要经073 大 氮 肥 2002 年 第 25 卷历一个较宽的温度区间。煤中矿物成分经高温灼烧
11、,大部分被氧化分解。反应后产物的性质和含量决定煤灰熔融温度 ,在煤灰某些组分开始熔融时 ,会与另一些组分发生反应生成复合晶体 ,它们的熔融温度大多较低 ,在一定温度下 ,会形成熔融温度更高的某种共熔体 ,有进一步溶解煤灰中其它高熔融温度矿物杂质的能力 ,从而改变煤灰的熔融特性。熔融过程通常有 3 个特征温度 ,即变形温度、软化温度、流动温度。在变形温度下 ,已产生熔融组分 ,软化温度下熔融组分增加很多 ,这时煤灰是塑性状态 ,而在流动温度下 ,煤灰的绝大部分组分已融化成液相 ,一般还会残留一些分散状态的高熔融温度的微晶颗粒。212 煤灰成分对熔融特性的影响表 2 是 1997 年 8、 9 月
12、份试烧用华亭煤与1998 年 4、 5 月份原料煤煤灰成分的分析统计数据。表 2 煤灰成分 %成分 1997 年 1998 年SiO2 37. 01 43. 82Al2O3 20. 92 24. 23Fe2O3 8. 90 8. 26CaO 12. 50 8. 03MgO 5. 73 3. 45K2O 0. 34 0. 53Na2O 0. 14 1. 76SO 6. 21 6. 14TiO2 0. 30 1. 80P2O5 0. 55 0. 37其余 7. 40 1. 611) 氧化硅与氧化铝的综合影响煤灰中硅、铝氧化物主要存在于粘土矿物群中 ,即形成云母岩、高岭石、高岭土 ,煤灰的 SiO2
13、 +Al2O3 含量与流动温度有关 ,当 SiO2 + Al2O3 含量增高时 ,煤灰流动温度将大大增高。煤灰的熔融特性还与 SiO2PAl2O3 比值有关。对于低硅煤 ,SiO2 / Al2O3 1 ,硅、铝差不多完全在粘土矿物中 ,熔融时生成多铝红柱石 ,它在熔体中具有很高的熔解温度 ,将增加煤的灰熔点。当 SiO2 / Al2O3 1时 ,煤灰中还存在含硅的氧化物群和硅酸盐矿物群等。它们在熔融时会与其它组分形成低熔融温度共熔体 ,使灰熔点下降。氧化硅的影响 :氧化硅含量在 10 % 40 %影响不大 ,在 40 % 80 %煤灰熔点温度略有升高 ,氧化硅是影响灰渣黏度的主要物质 ,高硅煤
14、黏度高。氧化铝影响 :煤灰的流动温度随 Al2O3 含量增高亦有规律地上升。 Al2O3 含量在 35 % 40 %以上 ,灰熔点将高于 1500 ,Al2O3 对灰渣黏度影响不大。2) 氧化铁影响在德士古气化炉弱还原性气氛中 ,铁转化为2 价铁 ( FeO) ,其流动温度最低 ,更重要的是 FeO与 SiO2 及 Al2O3 分别生成低熔融温度铁橄榄石和铁铝尖晶石 ,使煤灰的熔融温度显著降低。实践证明 ,煤中 Fe2O3 含量增高时 ,煤灰的熔融温度显著降低。据文献 1 介绍 ,在锅炉内气氛条件下 ,在煤灰中 Fe2O3 含量低于 20 %的情况下 ,其含量每增高 1 % ,则煤灰软化温度相
15、应降低约 18 ,流动温度降低了约 1217 。在还原气氛中 ,全铁含量对煤灰熔融温度的影响幅度较在氧化气氛下大得多。同样 ,在同一温度下 ,铁含量升高 ,灰渣黏度下降。3) 氧化钙影响煤灰中氧化钙含量变化幅度较大 ,通常在褐煤中其含量较高 ,氧化钙对煤灰熔融特性的影响 ,可按比值 (SiO2 + Al2O3 ) / (CaO + MgO + Fe2O3 ) 来判定 ,当比值在 1160 2. 13 时 ,煤灰熔融温度最低。我国大多数煤种其煤灰的 ( SiO2 + Al2O3 ) /(CaO + MgO + Fe2O3 ) 值都大于上述范围 ,因而随CaO 含量增高 ,煤灰的流动温度降低。这是
16、因为CaO 是形成低熔融温度共熔体的主要组分。氧化钙对煤灰熔融特性的影响还与 SiO2 /Al2O3 比值有关 ,当 SiO2 / Al2O3 3 ,则 CaO 为 20 % 25 %时 ,煤灰的流动温度最低。这是因为在少硅情况下 ,需要更多的 CaO 以形成 CaO FeO + CaO Al2O3类型的低熔融温度共熔体 ,而在多硅情况下 ,由于可复合出 2FeO SiO2 + SiO2 类型的低熔融温度共熔体 ,替代了部分 CaO ,所以可在较低的钙含量下达到最低的熔融温度。4) 其它成分影响氧化镁与氧化钙作用相同 ,可并入 CaO 考虑 ,碱金属对煤灰熔融特性的影响比较明显 ,向一般酸性灰
17、渣中每添加 1 %的 Na2O 或 K2O ,流动温173第 5 期 曹芳贤等 1 灰渣粘温特性对液态排渣气化炉运行的影响度降低 1516 。2. 3 成渣形式煤灰渣形式分为玻璃渣 、晶体渣、塑性渣。灰渣类型与煤灰中 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3 + CaO + MgO含量有关 ,根据我国一些煤种的实验结果 ,当Fe2O3 + CaO + MgO 30 %或 Fe2O3 + CaO+ MgO 30 %时 ,煤灰熔体多为结晶渣。粗渣是玻璃球状时运行工况好 ,生产稳定 ,当粗渣成分在塑性区即为塑性渣时 ,不好控制 ,容易堵下降管 ,不得不提高温度以形成细小渣 ,但会形成大量玻璃丝状灰渣
18、 ,使生产不能稳定运行。3 对粘温特性要求及研究方向311 生产对粘温特性的要求从正反两方面经验和教训可知 ,德士古水煤浆煤气化对原料煤的灰渣粘温特性有一定的要求 : 要选择灰熔点低且粘温特性曲线在灰熔点以上区域较平缓的煤种。灰渣成分中低硅且Al2O3 24 %的玻璃状渣是较为理想的灰渣 ,有利于气化炉顺利排渣。原料煤在供应上要确保煤质的稳定 ,这是德士古水煤浆气化炉稳定运行的关键。312 今后灰渣研究方向今后应在灰渣成分与灰渣粘温特性的关系上作进一步的研究 ,以确定德士古气化工艺液态排渣所要求的灰渣成分范围以及各成分间合理的比例 ,以形成低熔点共熔物。根据灰渣成分代替试烧来选择适合煤种 ,利
19、于生产厂家对粘温特性较差的原料煤加入合适的添加剂来改善灰渣的流动性 ,以保证排渣顺利且灰渣呈玻璃球状 ,最终使德士古气化炉得以稳定运行。参考文献1 煤中矿物杂质对锅炉的危害 1 北京 :水利电力出版社 ,1984INFL UENCES OF VISCOSITY/ TEMPERATURE CHARACTERISTIC OFCOAL ASHES ON GASIFIER OPERATIONCao Fangxian and Zheng Baoxiang( Shaanxi Weihe Coal Chemical Corporation Group Ltd. , Weinan ,714000)Abstra
20、ct This paper briefly analyzes the viscosityPtemperature characteristics of the ashes ofseveral feed coals used ,demonstrates that feed coal with worse viscosityPtemperature characteristic hassome adverse influences on Texaco liquid ash discharging gasifier ,then presents the requirements ofliquid a
21、sh discharging gasifier for choosing feed coal.Key words :feed coal ,viscosityPtemperature characteristic ,Texaco gasifier ,influence乌石化三聚氰胺装置建成投产乌鲁木齐石化公司三聚氰胺装置日前建成投产 ,并实现了一次性投料试车成功 ,提前15 天生产出合格产品。该装置以固体尿素为原料 ,其产品主要用于木材、制胶等行业 ,也可作为防火材料、仿瓷原材料等 ,是国家鼓励生产的新型绿色环保产品。该项目具有投资少 ,原料、动力价格低廉等优势 ,装置建成投产后 ,每年至少可给企业带来 1000 万元左右的创利空间 ,为该厂今后发展精细化工业和石化产品延伸加工项目拓宽了渠道。本刊摘273 大 氮 肥 2002 年 第 25 卷
