航天炉粉煤气化装置新疆石头梅矿煤试烧运行总结

摘要：为了拓宽航天炉入炉原料煤种类，使企业用煤成本降低，降低产品生产成本，提高企业综合竞争能力，结合航天炉粉煤加压气化技术特点，对新疆石头梅矿煤和华亭煤、砚北煤按不同比例进行掺混试烧。总结掺混试烧期间气化炉工况、对消耗及系统水质的影响，得到了新疆石头梅矿煤和砚北煤掺烧的最佳工艺条件，即砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝30%：70%、操作温度控制在1300～1 400℃，在此条件下的工况和工艺指标稳定，煤耗成本较低，但水质硬度偏高，综合各因素，砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝60%：40％时，产量影响较小，水质硬度符合长周期稳定运行的指标。

关键词 航天炉 粉煤气化 硬度 混煤掺烧

2020年5月30日，安徽晋煤中能化工股份有限公司（以下简称中能公司）30万吨/年合成氨原料路线改造工程—航天炉粉煤加压气化装置投料开车（简称三期航天炉），目前最长连续运行401天。由于中能公司原料煤供应存在地域和煤种差异较大的特点，而该工艺对于一些灰熔点较高的煤种，尤其是气化温度高的无烟煤，在提高碳转化率的同时，降低了冷煤气效率，不利于装置的经济运行。充分利用现有煤炭资源、合理配置煤种、实现高产低耗，成为航天炉粉煤气化装置迫切需要解决的问题。

为此，中能公司进行了多煤种的掺混试烧，航天炉装置先后试烧过曹家滩煤、红柳林煤、小保当煤、张家峁煤、华亭煤、砚北煤。为了拓宽煤种，掺烧新疆低价煤，实现降本增效，公司研究决定三期航天炉参数新疆石头梅矿煤。

1石头梅矿煤掺混试烧方案

由于受煤质和原料成本的制约，目前中能公司的航天炉粉煤气化装置采用高灰熔点与低灰熔点煤掺混入炉，以最大限度实现高产低耗，降低用煤成本。为减轻对煤种的依赖性，自2020年5月三期航天炉粉煤加压气化装置投运以来，对多种煤进行了试烧，主要有曹家滩煤、红柳林煤、小保当煤、张家峁煤、砚北煤；华煜隆和华亭煤由于供应能力和成本原因作为应急补充，一般掺烧比例较小。近期，为拓宽原料煤供应渠道，决定掺烧新疆石头梅矿煤，摸索出最适合航天炉经济运行的配比。具体方案：①在实验室进行配比分析，在保证灰熔点T，温度符合航天炉设计用煤的条件下，在煤场进行较精确掺混；②气化车间记录各消耗数据并进行分析对比，筛选出最佳掺混比例。砚北矿煤和新疆石头梅矿煤煤质分析数据见表1。

2、优化配比掺烧经过

试烧期间必须保证气化炉工艺运行稳定，对试烧混煤的入炉提出了严格要求（严控配煤比例，确保混煤均质化）。

（1）2024年5月10日，航天炉粉煤气化装置按照砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝80%：20％开始试烧，逐渐提高疆石头梅矿煤掺混比例。此阶段氧气流量31800 m2/h，入炉煤量60/h，合成气流量138000 Nm3/h，粗渣中残碳质量分数3.2%，滤饼中残碳质量分数22.5%。

（2） 2024年5月12日，按砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝60%：40％掺混试烧。15：30混煤入炉，氧气流量稳定在31800 m2/h，气体成分比较稳定，入炉煤有所增加，气量偏小，有效成分（CO+H2）体积分数在88%，粗渣中残碳质量分数2.2%，滤饼中残碳质量分数20.8%。

（3） 2024年5月14日，按砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝50%：50％掺混试烧。16：30混煤入炉，氧气流量稳定在31800 m2/h。混煤入炉3h后，合137000 Nm3/h，粗渣中残碳质量分数3.6%，滤饼中残碳质量分数21.5%。

（4） 2024年5月16日，按砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝30%：70％掺混试烧。15：40混煤入炉，氧气流量稳定在31800 m2/h。混煤入炉3h后，合136500 Nm3/h，粗渣中残碳质量分数3.5%，滤饼中残碳质量分数21.2%。

（5） 2024年5月18日，按砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝20%：80％掺混试烧。16：35混煤入炉，氧气流量稳定在31800 m2/h。混煤入炉3h后，合135500 Nm3/h，粗渣中残碳质量分数3.8%，滤饼中残碳质量分数21.9%。

（6） 2024年5月20日，按砚北矿煤：新疆石头梅矿煤＝10%：90％掺混试烧。15：40混煤入炉，氧气流量稳定在31800 m2/h，气体成分比较稳定，入炉煤增加较为明显，气量偏小，有效成分（CO+H2）体积分数在88%，粗渣中残碳质量分数4.2%，滤饼中残碳质量分数23.8%，同时每小时入炉粉煤增加1吨，产量影响0.5吨左右，同时压滤机滤饼产量也增加较为明显，水中硬度和氯离子有明显的上升。

3、不同比例的混煤数据

随着新疆石头梅矿煤的比例加大，在负荷不变的情况下，气化炉入炉粉煤增大，气量减小，每班约影响产量3-5吨左右，灰水中硬度也显著增加，灰水中悬浮物无明显变化，为了确保渣水系统水质稳定，每班增加分散剂10kg。

4、掺烧问题分析

新疆石头梅矿煤和神木系煤比较具有价格便宜的优势，石头梅矿的煤具有内水高，易自燃（存储在煤场有焖燃的风险，不利于长时间存放）、热值偏低，碱性氧化物的氧化钙及碱金属含量高，流动温度波动大，煤质不稳定的特点，在大比例掺烧时对航天炉的产气量有很大影响，同时由于氧化钙含量高，在掺烧比例达到80%时，灰水的硬度指标则严重偏离正常工况，长时间掺烧加剧管线的结垢速率，为了避免此事件大发生，往往会通过加大阻垢剂和加大系统补水的方式降低水中硬度，也可以上除硬装置，但这有增加了灰水的运行成本。

5、总结分析

（1）单烧砚北、华亭矿煤或砚北、华亭煤掺混比例较大时，入炉煤量低，运行工况稳定，操作弹性大。但受煤价、运输等因素制约，单烧经济性不高。

参考文献：

【1】王海贝.热负荷在壳牌气化炉炉温控制中的研究与应用[J].煤化工.2019，47（06）：12-15.

【2】 何正兆.盈德清华炉水煤浆气化工艺的影响因素研究[J].煤化工.2022，50（01）：16-21.