兩段式煤氣發(fā)生爐對氣化煤種的選擇至關重要:兩段式煤氣發(fā)生爐既可滿足大中小型賓館、酒店使用,又可滿足各行業(yè)0.2噸到10噸的各種鍋爐和加熱爐配套使用。
我國煤炭資源雖然豐富,但適于作為發(fā)生爐氣化的煤所占比例非常有限,常壓固定床煤氣發(fā)生爐的氣化用煤種,一般有煙煤、無煙煤、焦炭和褐煤,其所占氣化用煤比例為56.4:35.5:7.1:1,氣化無煙煤、焦炭和年輕褐煤的較佳爐型為一段爐,對于煙煤和成煤年代較為久遠的褐煤,一般選擇兩段爐作為氣化爐型。
由于煙煤在所有氣化用煤中所占比例較大,煤源較為豐富,所以兩段爐的推廣應用較為普遍。
兩段式煤氣發(fā)生爐對氣化用煤的煤質(zhì)有一定的要求,氣化煤種的選擇至關重要,直接關系到其整體氣化效果。兩段式煤氣發(fā)生爐適宜氣化不粘煤、弱粘煤、長煙煤等煙煤,也可以氣化質(zhì)量較好的褐煤,相對一段爐而言兩段爐選用煤種范圍較寬,但是對氣化用煤的具體指標要求較嚴格。兩段式煤氣發(fā)生爐氣化用煤的要求煤炭粒度任何一種類型的固定床氣化裝置,都要求入爐煤的粒度均一,滿足爐內(nèi)流體力學和傳熱傳質(zhì)的需要。兩段爐之所以對煤的粒度要求嚴格,是因為在爐內(nèi)干餾段和氣化段中的料層總高度約為6-8米,如果煤的粒度懸殊,一方面會減少床層內(nèi)的間隙度、增加爐內(nèi)阻力,導致氣化強度下降,煤氣產(chǎn)量降低,灰渣含炭量也會隨之增加;另一方面無法保證煤得到均勻、充分干餾,影響了兩段式煤氣發(fā)生爐的氣化效果。在兩段爐運行操作過程當中,用戶往往只看重爐體結(jié)構(gòu)是否完善、設備運行狀態(tài)是否正常,卻對氣化用煤粒度情況重視不夠,恰恰是這一點會直接影響到兩段式煤氣站的氣化效果。有的煤氣站入爐煤粒度甚至大于100mm,導致其運行效果很差。
有資料顯示:當入爐塊煤中粒度小于10mm的大于20%時,兩段爐的氣化效率將會下降25%。煤質(zhì)要求兩段爐對入爐煤的粘結(jié)性、灰熔點、揮發(fā)分、熱穩(wěn)定性和水分等都有相應的要求。煤的粘結(jié)性是決定該煤是否可以在兩段爐內(nèi)氣化使用的非常重要的指標,原因在與在干餾段內(nèi)煤料受熱將出現(xiàn)膨脹與粘結(jié)的現(xiàn)象,如果其粘結(jié)性較強,則會在此粘連而聚成大團塊或煤餅,破壞上升載熱氣體的均勻分布、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(nèi)的氣化過程惡化。煤的灰分較高,會影響氣態(tài)反應物、反應產(chǎn)物的擴散速度和熱量傳遞速度,致使氧化層和還原層的溫度降低,嚴重影響氣化反應速度;同時,灰渣含碳量增加,造成煤炭資源浪費和煤氣產(chǎn)率降低。煤的水分含量高,對氣化操作是很不利的,不僅蒸發(fā)其中的水分需要消耗一定的熱量,使煤氣熱值降低,而且在貯運上和操作上會帶來很大不便,尤其在冬季。統(tǒng)計表明,兩段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。 兩段爐氣化用煤的含水量的多少也會影響干餾段的高度設計。水分含量高,干餾段則高,反之則低。為了控制入爐煤的含水量,兩段爐煤氣站應設置煤棚,尤其是在多雨的南方地區(qū)更為重要,否則,濕煤進入振動篩之后,煤粉會堵塞篩網(wǎng),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。值得注意的是,某些水分是造成煤熱穩(wěn)定性不良的主導因素之一,特別是內(nèi)在水分中的結(jié)合水容易突然析出產(chǎn)生汽化,從而導致煤塊崩裂。在兩段爐內(nèi),由于設置較高的干餾段,煤料的受熱速度緩慢,煤中的水分徐徐揮發(fā)析出,能夠造成良好的干燥效果,即可使煤的熱穩(wěn)定性得以改善。
因此,
兩段式煤氣發(fā)生爐對煤中水分的要求可適當放寬一些,例如含水量偏高的褐煤也能用于兩段爐氣化。在干餾段內(nèi),煤中的揮發(fā)分轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿訜N類而析出,集中回收或提高煤氣熱值。所以我們希望煤中的揮發(fā)分含量相應較高,突出體現(xiàn)上述優(yōu)越性。一般來說,煤中的干燥無灰基揮發(fā)分含量,以不低于25%為宜,而〈固定碳/揮發(fā)分〉應大于1。煤的灰熔點是煤灰熔融特性指標,常用煤灰的軟化溫度ST來表示,灰熔點是判斷煤在爐內(nèi)氣化過程中是否結(jié)渣的重要參數(shù)。單段爐通常要求ST>1250℃;兩段爐氣化用煤的灰熔點應再高一些,這是從全爐的操作溫度分布考慮的。
為滿足干餾段較適宜的反應溫度450~600℃,從氣化段上升的氣流溫度應在600~700℃之間,相應地、燃燒層溫度將會比單段爐高一些。例如:所選用原料煤的ST>1300℃,氣化過程中即可以滿足爐內(nèi)各層次反應熱量需求又不會有溶渣或掛渣現(xiàn)象。熱穩(wěn)定性對固定床氣化爐來說,煤的熱穩(wěn)定性是影響正常氣化操作的重要因素。如果煤的熱穩(wěn)定性較差,煤炭入爐后就會因受熱而產(chǎn)生崩裂、破碎,這樣一來就會提高爐內(nèi)阻力和增加帶出物的數(shù)量。在單段煤氣爐中,煤入爐后驟然遇高溫而迅速熱分解,煤中的揮發(fā)分急速析出,會使煤塊爆裂粉碎;兩段爐結(jié)構(gòu)干餾段高而且料層厚,入爐后的煤塊是緩慢受熱升溫的,煤中水分和揮發(fā)分析出速度也相應較慢,不會對煤層造成太大的沖擊,因此,兩段爐對煤的熱穩(wěn)定性要求可適當放寬。例如熱穩(wěn)定性較差的褐煤,也可以用于兩段爐進行氣化。機械強度兩段爐內(nèi)的煤層較厚,一般都在6米以上,煤在爐內(nèi)下移過程中,會產(chǎn)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。煤的粘結(jié)性,是決定該煤是否適于兩段爐氣化的重要指標,如果入爐煤的粘結(jié)性較強,煤料在干餾段內(nèi)受熱后膨脹、粘結(jié),會使小塊煤因粘聯(lián)而聚成大團塊或結(jié)成煤餅,破壞上升載熱氣流的均勻分布,從而影響干餾效果,而且還會阻礙料層的均勻下移,甚至出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,導致整個爐內(nèi)氣化過程的惡化。反映煤在受熱狀態(tài)下的粘結(jié)性指標依不同檢測方法而不同,有自由膨脹序數(shù)(CSN)、膠質(zhì)層厚度(Y)值、羅加指數(shù)、煤工業(yè)分析中的焦渣特征(1-8)等??梢钥闯鋈霠t煤的煤質(zhì),對兩段爐的正常氣化有著至關重要的影響。
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