灰渣粘温特性对德士古液态排渣气化运行的影响

1、煤气化技术 灰渣粘温特性对德士古液态排渣气化运行的影响气化车间郑宝祥摘要从灰渣粘温特性方面讨论对德士古煤气化的影响，分析了灰渣成份与 粘温特性的关系，以便根据粘温特性及灰渣成份选择原料煤种，保证德士古气化炉 稳定运行。关键词 德士古煤气化 液态排渣 灰渣 粘温特性 运行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、H2、CO等工艺气体，这些气体用于后序制取合成氨、甲醇和发电 等。其渣以熔融状态流入激冷室，凝固后随水排入锁渣罐。灰渣的粘温特性直接决 定气化炉操作温度，并影响耐火砖寿命、排渣及灰水中固含量等，从而影响气化装 置的稳定运行。灰渣的粘度特性、晶相结

2、构等均与灰渣成份有关。本文讨论灰渣粘 温特性对德士古煤气化的影响，并简要分析灰渣成份对粘温特性的影响，以便根据 粘温特及灰渣成份选择适合煤种，保证德士古气化炉稳定运行。1灰渣粘温特性对生产运行的影响1.1气化炉运行情况我公司原料煤设计用黄陵煤，由于其粘温特性差，致使气化炉操作温度高、 炉砖损耗快，生产无法稳定运行，迫使我们于1997年7月改换为朱罗纪后烟煤（华亭煤），因其灰渣粘温特性好，排渣呈玻璃状态，工艺参数呈直线，灰水中含 固量少，压滤机启动次数减至原来的1/3，从而使生产得以稳定运行，产量大幅度 上升，因气化原因导致的停车次数明显减少。原来的管道和阀门腐蚀、炉砖剥落 快、换负荷高等问题相

3、对减少，单炉最长连续运行49d，1997年8月气化炉运转率 达71.2%。然而进入1998年以后，玻璃球状渣不复存在，随之而来的是大量的细 渣，特别是1998年4月以来，粗渣变为玻璃丝，下降管多次积渣，下降管与导气 管之间环隙在量积灰，严重时整个激冷室被积灰充满。下降管多次烧穿，其中3# 气化炉两次烧穿且鼓泡严重，不得不更换一段下降管，1#气化炉迫使全面更换下降 管。由于灰水中含固量高，阀门多次磨穿，被迫停车。1998年4月每次投料后， 渣口压差高，不得不加过量氧气以提高温度熔渣，粗渣中Cr2O3含量已达0.128%，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，生产无 法进行。我

4、公司决定从1998年5月22日改为优质块煤及粉煤3 : 7混合后，气化 炉工况好转，粗渣为玻璃球状，完全回到了 1997年试烧后的工况。几个月的艰辛 历程，苦苦求索，使我们对煤的灰渣粘温特性的重要性有了更进一步的认识，深深 体会到一个粘温特性好的煤质是德士古水煤浆加压气化正常运行的关键。粘温特性 好坏对生产装置影响很大。1.2粘温特性比较我公司1997年8、9月用的是华亭陈家沟矿煤，其粘温曲线见图1。由图1 可见，在运行温度下，粘度低且变化平缓，有利于气化炉顺利排渣，操作温度弹性 大。然而由于煤源的种种原因，煤质所有变化，1998年3月底我公司取样分析粘 温特性曲线见图2。从图2中可知，温度下

5、降，粘度上升很快，不利于排渣，这种 粘温特性差的煤质不利于气化炉长期运行。我公司1997年8月和1998年3月原料煤的灰成份比较见表1。图11997年8月用煤的粘温曲线图21998年4月用煤的粘温曲线表1不同时期原料煤的灰成份%时间SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2O1997-0837.0120.928.9012.505.730.341998-0343.8224.238.268.033.450.53时间Na2OSO3TiO2P2O5其它1997-080.146.210.300.557.401998-031.766.141.800.371.611.3粘温特性差对生产运行的影响我公司19

6、97年8月1998年5月的生产运行情况见表2。表2生产装置停车次数统计表时间停车次数/次气化原因/次灰渣原因/次1997-081215 （含2次正常停炉）211998-01052113121998-04051076其中与灰渣有关的停炉次数占总停炉次数的比例在1997年812月为0.67%，1998年1 5月为57.1%。因此，粘温特性对生产运行具有很大的影响。具 体表现在以下几个方面：粘温特性差是激冷室积灰的主要原因由于粘温特性差，液态渣在流动过程中随温度降低，粘度直线上升，灰渣流 动性减弱，形成挂渣，堵塞下降管，加之渣口处气流速度快，将粘度高的液态灰渣 拉成玻璃丝，这种玻璃丝起着粘结剂作用，

7、使细灰易结在激冷室内，不仅给停炉后 的清理工作带来很大困难，而且使激冷室液位不好控制，导致串气停车。粘温特性差，灰水管线磨蚀加快粘温特性差，粗渣细且有大量玻璃丝，灰水中固含量增加，管线、阀门磨蚀 加快，灰水界区频繁磨漏，P1304（渣斗循环泵）出口管线多次磨穿，有时不得不 停车处理，严重影响了气化炉稳定运行。粘温特性差导致砖损耗大粘温特性差，渣口处渣粘度大，不容易流动，需要提高炉温来降低粘度。这 样一方面炉膛温度高，炉壁渣粘度低，炉砖剥落快，一方面渣口下渣粘度大，渣堵 渣口或下降管。1998年5月下旬炉温高，粗渣中Cr2O5含量达0.128%，炉砖损耗 已是正常值的4倍。粘温特性差，工艺气有效

8、气含量降低由于粘温特性差，在灰渣从炉内到渣口排出过程中，温度降低，渣粘度增 大，导致渣口或下降管堵塞，为了熔渣不得不提高O/C原子比，以提高炉温来达到 熔渣目的，这样就需要更多的碳与氧气反应生成CO2来提供热量，导致工艺气中 CO2含量高，相应的CO+H2含最降低。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。粘温特性差是下降管损坏的主要原因由于粘温特性差，在渣从渣口向下流的过程中，温度降低，粘度增大，导致 挂渣，难以流动，挂渣导致气体偏流，从而使下降管结渣或烧穿，1998年4月底 以来每次停炉后都不得不检修下降管。下降管堵渣后需要打开炉头大盖，

9、进人用丰 镐打，一般需十几天，不但费时费力，更严重的是备用炉处于抢修状态，有时只有 一台炉运行，严重制约生产高负荷运行。粘温特性差是造成出口工艺气温度高跳车的主要原因由于粘温特性差，灰渣从渣口排出的过程中，粘度的上升，流动性变差，从 而在下降管中形成挂渣，使气流通道变窄，妨碍了气流与水的接触，气流速度加 快，气体冲出套管下沿，造成气体未经环隙而短路，致使工艺气出口温度高跳车。2煤灰成份与煤炭粘温特性的关系2.1熔融过程煤灰是由各种矿物成份组成的混合物，它并没有确定的由固相转为液相的熔 融温度，煤灰的熔融过程要经历一个较宽的温度区间。煤中矿物成份经高温灼烧， 大部分被氧化分解。反应后产物的性质和

10、含量决定着煤灰熔融温度。在煤灰的某些 组份开始溶融时，会与另一些组份之间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，这些组份还会形成熔融温度更低的某种共熔体，这种熔融 状态的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 熔融特性。熔融过程通常有3个特征温度DT、ST和FT，DT表示变形温度，ST表示 软化温度，FT表示流动温度。在变形温度DT下，已产生熔融组份，软化温度ST 下熔融组份增加很多，这时煤灰是塑性状态，而在流动温度FT下，煤灰的绝大部 分已熔化成液相，一般还会残留一些分散状态的高熔融温度的微晶颗粒。2.2煤灰成份对熔融特性的影响2.2.1氧化

11、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+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。煤灰熔融特性还与SiO2/Al2O3比值有关。对于低硅煤，SiO2/Al2O31,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，将增加煤灰熔点。当SiO2/Al2O3N 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份形成低熔融温度 共熔体，使煤灰熔点下降。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

12、有升高，氧化 硅是影响灰渣粘度的主要物质，高硅煤粘度高。氧化铝影响煤灰的流动温度随A12O3含量增高亦有规律地上升。A12O3含量在35%40%以 上，灰熔点开始大于1500C，A12O3灰渣粘度影响不大。2.2.2氧化铁影响在德士古气化炉弱还原性气氛中，铁转换为2价铁(FeO)，其流动温度最 低，更重要的是FeO与SiO2及A12O3分别生成低熔融温度的铁橄榄石和铁铝尖晶 石，使煤灰的熔融温度显著降低。实践表明，煤中Fe2O3含量增高时，煤灰的熔融 温度单调降低。据文献介绍，在锅炉内气氛条件下，对于煤灰中Fe2O3含量低于 20%的一般情况，其含量每增高1%，则煤灰软化温度相应降低约18C，

13、流动温度降 低了约12.7C。在还原性气氛中，全铁含量对煤灰熔融温度的影响幅度较在氧化 性气氛下大得多，同样在同一温度下，铁含量升高则灰渣粘度下降。2.2.3氧化钙影响煤灰中氧化钙含量变化幅度较大，通常在褐煤中含量较高，氧化钙对煤灰熔 融特性的影响，可按比值(SiO2+A12O3) / (CaO+MgO+ Fe2O3)来判定，当比值在 1.602.13时，煤灰熔融温度最低。我国较然而多数煤种煤灰的(SiO2+A12O3) / (CaO+MgO+ Fe2O3)都大于上述范围，随CaO含量增高，煤灰的流动温度降低。这 是因为CaO是形成低熔融温度共熔体的主要组份。剩余CaO作为高熔融温度晶体进 而

14、使煤的流动温度增加。氧化钙对煤灰熔融特性的影响还与SiO2/Al2O3有关，当SiO2/Al2O3V3时， CaO (MgO及Fe2O3并入CaO考虑)为30%35%,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CaOFeO+CaOAl2O3类型的低熔融温度共熔 体，而在多硅情况下，由于可复合出2FeOSiO2+ SiO2类型低熔融温度共熔体， 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。2.2.4其它成份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，向一般酸性灰渣中每添加1%的(NaK)2O，流动温度降低15.6C。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、A12O3 和Fe2O3+CaO+MgO含量有关。根据我国一些煤种试验结果，当Fe2O3+CaO+MgOV 30%，A12O3V24%时，煤灰熔体多成玻璃体渣；当A12O3含量为24%30%时，煤灰 熔体多成塑性渣；当A12O330%或Fe2O3+