近年來, 煤炭生產企業在市場經濟體制下的重新整合, 使80%以上以無煙塊煤為原料的煤化工企業失去了穩定的優質無煙塊煤原料基地, 導致市場價位居高不下, 如何充分利用碎煤、粉煤, 擴大氣化用煤種類, 降低型煤壓球機生產的原料成本是十分重要的工作。

   雖然, 目前已有成熟的德士古水煤漿氣化技術和殼牌粉煤氣化技術來消納粉煤, 制造合成氨和聯醇的合成氣, 但對國內中小型合成氨廠來說, 如果改用德士古水煤漿氣化技術或殼牌粉煤氣化技術, 其改造初期的巨額投資是無法承受的, 因此, 充分利用現有煤氣發生爐設備, 通過技術改造利用粉煤, 成為中小型合成氨廠的首選。據估計, 全國煤頭合成氨和聯醇生產企業中, 目前約60%的造氣原料采用型煤, 且取得了良好的經濟效益, 但也有部分企業效益不明顯, 主要原因就是沒有完全把握好型煤氣化的特性, 型煤氣化的工藝未達到優化。

一、型煤氣化的優點：

   型煤是用一種或數種煤與一定比例的粘合劑、固硫劑、助燃劑經加工成一定形狀和有一定的理化性能(冷強度、熱強度、熱穩定性、防水性等) 的塊狀燃料或原料。

   型煤成型過程中, 通過加入不同的添加劑,改變原料煤的某些特性, 增加反應活性、易燃性、熱穩定性, 提高灰熔點, 同時具有部分固硫功能。型煤使不能用于氣化爐的粘結性煤, 變成適用的造氣型煤, 從而擴大了氣化用煤炭的范圍。型煤氣化在合成氨和聯醇生產中有以下優點:

( 1)型煤氣化能夠適應采煤機械化后煤炭資源粉化。充分利用資源, 達到環境友好的目的。

( 2)型煤氣化可以顯著降低煤氣中硫化物含量。實踐表明, 石灰碳化型煤可吸收煤中30%50%硫化物, 從而降低脫硫系統負荷。

( 3)由于型煤結構和尺寸具有良好的均勻性, 采用型煤能提高燃燒效率, 氣化型煤與塊煤相比, 灰渣中殘碳量可由15%~20%減少到8%以下, 從而可節煤7%~12%。

( 4)通過配煤來生產型煤, 可以改變單一煤種的性能缺陷。例如, 能夠利用較多的弱粘結煤生產出性能優于焦炭的型焦, 利用非無煙煤生產出煤炭氣化用型煤。

( 5)采用型煤制氣, 可使每噸合成氨和聯醇的生產成本下降300元以上, 每噸尿素成本可下降180元以上。

二、型煤氣化的特性：

( 1)型煤和無煙塊煤不同, 它的固定碳含量一般在60%左右, 低于塊煤10%; 而灰分含量在30%, 高出塊煤10%以上, 在型煤制氣中,灰渣的排出量會增加。因此, 應該保證造氣爐有充分的排灰能力。

( 2)對于配套的爐箅, 型煤在正常工況下氣化, 一般不易結疤、結塊, 氣化后渣性好, 渣塊呈輕質多孔狀, 渣中含碳量低。故爐箅應具有較強的排灰能力和優良的布風功能, 因此在安裝爐底時, 應確保爐底內的密封良好, 防止積灰進入爐底運轉部分。

( 3)型煤與塊煤相比, 具有粒度均勻、透氣性好、孔隙率高、機械強度普遍較高和化學活性好等優點。型煤粒度基本一致, 可使爐膛各截面的溫度和氣流分布比較均勻, 避免在爐內造成局部過熱或偏流而導致煤灰熔結。型煤具有較高的機械強度, 有利于提高氣化強度。

   型煤的化學活性除了取決于煤本身的性質以外, 還與其孔隙率和比表面積有關。一般塊煤的孔隙率僅為2%~ 4%, 而型煤的孔隙率普遍達到14%~27%, 即型煤的孔隙率是塊煤的5~ 6倍。型煤入爐后, 經干燥干餾后, 型煤中水分蒸發后形成多孔結構, 使其比表面積顯著增大, 有利于與氣化劑接觸, 增加了氣化反應的速率。實驗表明, 石灰碳化型煤在爐內加熱過程中, 由于部分碳酸鈣分解, 逸出二氧化碳而增加了微孔,使孔隙率增至24%, 相應的型煤的比表面積達9m2/g, 而塊煤的比表面積僅為1m2/g。這就是石灰碳化型煤的氣化強度之所以能達到甚至超過同品種塊煤的一個重要原因。

( 4)由于型煤含水量較高, 氣化時內部水分蒸發而參與氣化反應, 加上型煤的固定炭含量較低, 氣化爐溫也較低, 因此, 型煤制氣時蒸汽用量較塊煤可節省約2%~5%。

( 5)型煤氣化過程中粉塵較多, 且氣流中焦油含量較高, 因此固定層煤氣爐型煤氣化一般需要設置旋風除塵器。

三、工藝優化：

   型煤制氣的質量主要取決于型煤造氣爐工藝條件的選擇。型煤制氣過程工藝條件除了采用通常的/三高一短0 (高爐溫、高炭層、高風速、短循環) 措施之外, 還有如下特殊要求:

( 1)使入爐蒸汽做到/ 上吹短而強, 下吹弱而長0, 并采用蒸汽自動調節措施。制氣各步驟中由于爐溫的逐漸下降, 制氣反應速度和蒸汽分解率都呈逐級下降的趨勢, 如果蒸汽吹入的速度保持均勻一致, 將導致蒸汽分解率顯著下降,爐況波動幅度增大。為降低蒸汽消耗, 可采取蒸汽自調措施, 使蒸汽用量隨著制氣過程逐漸遞減。

( 2)型煤氣化生產的原料氣中CO2 體積分數較高(特別是石灰碳化型煤), 一般為9%~11%, 要把CO2 體積分數降低到9%, 就必須提高氣化層中的還原層厚度, 達到提高有效氫(H2+ CO) 含量和產氣量的目的。因此, 需要加高煤氣爐爐膛, 加厚炭層。當然, 不同型號的煤氣爐的高徑比則應根據系統工程的要求進行設計。

( 3)采用適中的入爐風量, 風量和風壓的選用應根據造氣爐的設備條件而定, 一般來講, 從52400mm到53300mm造氣爐, 隨著爐子的直徑增大, 風量和風壓可適當增大, 同時應考慮到爐子的高徑比。風量和風壓過大, 爐況難以控制,容易出現吹翻、風洞等現象; 風量和風壓過低,則不能達到應有的生產能力。當采用加氮操作時,型煤制氣的吹風階段的百分比可降低至20%以下,吹風量一般控制在4000~4500m3/ ( h#m2)。

( 4)以型煤為原料, 吹風階段的空氣流量要比以塊煤為原料大, 吹風時間也稍長。 在以塊煤為原料時,<3000mm爐吹風量為30000m3/h, 工作循環中吹風時間占25%左右; 當以煤棒為原料時, 相同的煤氣爐其吹風量達到35000m3/h左右, 工作循環中吹風比例增加到28%。因此, 以型煤為原料設計的煤氣爐, 其吹風量應比塊煤大, 主要原因是雖然型煤的透氣性好, 但蓄熱能力差, 必須采用高炭層、高風量工藝才能滿足氣化要求。在這種情況下, 必須相應選擇較大功率的型煤吹風。

( 5)型煤造氣爐的生產能力是衡量型煤造氣爐的優劣標準之一。以53000mm造氣爐為例, 單爐產氣量可達到8000~9000m3/h, 大約為同類型的塊煤造氣爐產氣量的70%; 噸氨煤棒的單耗在115~116,t 下灰可燃物的含量低于8%, 煤氣的帶出物低于015t/d; 型煤爐的運轉周期在2年以上。

四、尚存的問題：

( 1) 鑒于型煤制氣的單爐產能僅是同類型塊煤造氣爐的70%, 目前多數情況下采用在塊煤中摻燒50%~60%型煤的方法。

( 2) 由于型煤造氣爐的爐頂溫度要高于塊煤造氣爐100e 以上, 因此有必要通過聯合鍋爐進行集中回收技術, 集中回收造氣爐的上下吹煤氣的熱量。

( 3) 從氣體成分上看, 半水煤氣中的CO2含量要高出同等塊煤造氣爐2%以上, 使有效氫含量有所降低, 所以綜合利用CO2 更有必要。

( 4) 由于爐溫較低, 其蒸汽分解率低于同等塊煤造氣爐10%。

   型煤技術是我國當前發展潔凈煤技術產業化的七項技術之一, 它具有投資少、建廠周期短、見效快、節能和環保效益顯著的特點。

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