关于水煤浆气化工艺过程中的特殊调节阀
时宝清
[摘 要]本文就煤质对水煤浆气化工艺的影响进行了分析，并从多个方面详细阐述煤质的影响，以期给相关单位以借鉴意义。
[关键词]煤质；水煤浆；气化工艺；影响
中图分类号：TQ546 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0036-01
引言
作为洁净煤技术的重要组成部分，煤气化技术是指以煤和氧气或空气为原料，经过气化反应，将煤炭等其他含碳可燃固体资源转化成为清洁的煤气CO和H2，进而用于生产各类化工产品，包括合成氨、尿素、甲醇以及乙二醇等，在很多领域可以替代石油、天然气，节约资源，缓解日益突显的能源问题和环境问题。我们对水煤浆气化工艺中煤质的影响作用进行探讨，有利于我们找到促进水煤浆气化技术更新的路径。
1 煤工业分析对水煤浆气化工艺的影响
煤的工业分析是评价煤质的基本依据。根据GB/T3715，煤的工业分析主要有煤的水分、灰分、挥发分及固定碳4个指标，利用工业分析结果可初步判断煤的基本性质。
1.1 煤的水分对水煤浆气化工艺的影响
煤的水分包括外在水分、内在水分和结晶水；①外在水分是在煤的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表面以及大毛细孔中而形成，在常温下很容易失去。②内在水分是指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水分，由于毛细的吸附作用，其蒸汽压低于纯水的蒸汽压，要在高于纯水的正常沸点的温度下才能失尽，所以较难蒸发除去。③结晶水是指煤中矿物质所含的结晶水或化合水，通常较难析出。在工业分析中一般以内在水分作为评定煤质的指标。水煤浆气化采用湿法进料，料浆因为需要良好的稳定性、流动性及泵易输送等特点，所以对主原料煤的水分有一定的要求。内在水分是影响成浆性能的关键因素，因此内在水分越高，成浆性能越差，流动性愈不好，内在水分低将利于高浓度的料浆制备。料浆浓度高，带入气化炉中的水分相对少，减少了蒸发水所消耗的潜热，因而使一氧化碳和氢气的产量增加，气化强度和气化效率均得到提高，能耗下降。根据煤种形成年代不同以及不同地域环境等影响煤质相差较大，内在水（Mad%）含量小于2时煤浆浓度达到65%～68%，如咸阳煤、鹤煤所制的煤浆浓度为65%～68%；内在水（Mad）含量10%左右时，煤浆浓度在59%左右，如宁夏煤所制得的煤浆浓度在59%左右。
1.2 煤的灰分对水煤浆气化工艺的影响
煤的灰分不是煤的一种固有性质，而是指煤的内在矿物质和外来矿物质，是煤在规定条件下完全燃烧后的固态残留物。
1.2.1 煤灰的化学组成
煤灰主要成分为硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钛、锰、硫和磷等元素的氧化物及其盐类。一般而言，煤灰中酸性氧化物含量越多，煤的灰熔融性温度就越高；碱性氧化物含量越多，煤的灰熔融性温度就越低。
1.2.2 煤灰的熔融性及熔化后的黏性
煤灰是由多种化合物组成的混合物，没有一个固定的熔融温度，只有一个相当宽的熔化温度范围，因此煤灰在一定温度下能形成共熔体。加热可测得煤灰变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）；工业上一般固态排渣气化炉多选软化温度（ST）作为衡量煤灰熔融性的主要指标。煤灰的熔融性与煤灰的化学组成之间的关系最密切，灰分中酸性成分比例越大，熔融温度范围就越高，反之越低，高灰熔点的煤根据煤灰中酸性物及碱性物组分，通过添加碱性或酸性助熔剂来调节酸碱比，有效降低煤灰熔点。通常用酸碱比=（SiO2+Al2O3）/（Fe2O3+CaO+MgO）来粗略判断煤种灰分熔融的难易程度：当比值处于1～5之间时为易熔，大于5时为难熔。灰黏度对于液态排渣的气化炉，正常排渣要求的黏度为5～40mPa·s最高不超过50mPa·s，灰熔融体在重力作用下停止流动的黏度约为100mPa·s。
1.2.3 煤灰组分对水煤浆气化工艺的影响
煤灰是煤中的惰性物质，其产率和组成对气化反应本身不大，灰分高的煤在气化过程中产生的灰渣增加，势必带走部分潜热和显热，使煤的热效率降低。并且煤中灰分越高，气化煤耗、氧耗越高，影响气化炉的正常运行，根据资料介绍，同样反应条件下，灰分含量每增加1%，氧耗约增加0.7%～0.8%，煤耗约增加1.3%～1.5%。一般情况下灰分宜低于12%（包括加入助熔剂），灰高还易堵塞灰水管道。煤中灰分虽然对气化反应本身影响不大，但还必须保证适宜的灰渣（黏度）流动，所以灰分成分，对所要求的水煤浆气化温度有主导影响。水煤浆气化属熔渣、气流床气化，因而要求煤灰熔融性温度（FT）要低，为确保灰分熔化、气化炉排渣顺畅，气化操作温度要高于流动温度50℃～100℃。最好选用低灰熔融的煤，通过添加助熔剂或不同煤种配比有效降低灰熔点。
1.3 煤的挥发分对水煤浆气化工艺的影响
煤的挥发分：煤样在隔绝空气条件下加热至一定温度并恒温一定时间，除掉外部水分，逸出的全部氣态产物和液态产物（呈蒸汽状态）。挥发分与水不同，它不是煤中固有物质，而是煤在特定条件下受热后挥发出的有机质及其分解的产物，其数量和成分随加热条件而变化。但由于水煤浆气化采用高温气化，气体在炉内的停留时间极短，所以气固之间的扩散反应是控制碳转化的重要因素，因而一般要求煤中挥发份大于25%。
1.4 煤的固定碳对水煤浆气化工艺的影响
固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物。与挥发分一样，固定碳不是煤中固有成分，而是热分解后的剩余产物，不仅含有碳，还包含氧、氮、氢、硫和氯等元素，与煤中碳元素的含量是两个不同的概念。煤的固定碳是气化用煤的一个重要指标，与煤中碳含量不同，煤的固定碳含有多种元素，每种元素对水煤浆气化工艺都存在一定影响。
2 煤元素组成对水煤浆气化工艺的影响
2.1 煤的元素组成endprint
煤的元素分析提供煤的基本成分度量，指出煤中用于气化反应和转化为气相的每种有机成分的量。通常煤的元素组成实际上仅指有机质的元素组成，主要由碳、氢、氧、氮和硫元素组成。
2.2 煤元素组成对水煤浆气化工艺的影响
2.2.1 碳、氢含量
碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素，氢是煤中第二个重要的组成元素，因此碳、氢是煤被燃烧、气化生成合成气的主要反应元素，碳、氢含量高，相对煤耗低。
2.2.2 氧含量
氧是煤中第三个重要组成元素，它主要以有机状态存在。煤中的氧含量是影响煤中碳转化的首要因素。在实际操作中，设计煤要求的正常气化温度（1200℃～1700℃）由氧气和煤（即煤中的碳）的比率来控制和保证。为防止CO过多转化为CO2，总氧耗在多数情况下要稍低一些，但O/C并非愈低愈好，過低会导致流动性差，黏度上升，易堵渣口与下降管。
2.2.3 硫含量
煤中硫以硫铁矿、有机硫和硫酸盐形式出现，有机硫占硫总量的20%～80%不等。煤中的硫分是有害杂质，它能使钢铁热脆、设备腐蚀，燃烧时生成的二氧化硫或三氧化硫污染大气，此外，煤中硫在气化环境中形成硫化氢和一硫化碳，随合成气进入后续系统，如果硫含量过高，会给后工序的煤气净化及脱硫带来负担。
2.2.4 卤化物和微量元素
氯等卤化物和其它微量元素作为无机物（例如灰分中的NaCl）处理，不进入气相，除了潜在的结渣问题外，对气化反应没有影响。由于渣中含有氯化物，所以水煤浆气化除渣系统设备选材应为耐腐蚀的双相钢。
结束语
总之，水煤浆气化工艺是我国自主研发的先进煤气化技术。不同的煤质对水煤浆气化炉及相关设备的设计、操作及运行均有密切的关系。随着我国各地新煤化工项目的不断增加，作为煤炭资源洁净利用的技术之一，水煤浆气化技术将在技术上给予有关煤化工项目以有力支持。
参考文献
[1] 张丽娟，田凤兰，王飞荣.煤质对水煤浆气化工艺的影响[J].内蒙古石油化工，2015，13：53-54.
[2] 张蕾.论煤的适应性对水煤浆加压气化工艺的影响[J].化工管理，2015，25：208.
[3] 邢荔波.煤质对水煤浆加压气化炉操作性能的影响探析[J].煤质技术，2016，01：34-38.
[4] 周涛，雷鹏.煤的适应性对水煤浆加压气化工艺的影响[J].广东化工，2014，18：66-67.
[5] 孔祥东，陶莉莉，钟伟民，程辉，钱锋.煤质组成对水煤浆气流床气化炉性能的影响[J].浙江大学学报（工学版），2013，09：1685-1689.
[6] 王建萍.煤质对水煤浆气化装置运行的影响[J].化肥设计，1999，05：19-22+3.endprint
