兰炭在鲁奇气化炉中的应用

胡贤贤

(山西潞安煤基合成油有限公司，山西 长治 046103)

引 言

鲁奇气化炉属于固定床气化炉的一种，是以煤炭为原料，以蒸汽和氧气为气化剂，进行气化反应，目前在各种气化炉中实绩较好[1-2]。为解决煤基合成油公司块煤原料供应紧张的问题，拓宽块煤来源，探索鲁奇炉对不同煤种的适应性，我公司先后进行了三次兰炭试烧。试烧过程中，我们通过不断优化气化炉的汽氧比、氧负荷等工艺条件，试烧比例从刚开始的30%兰炭逐渐增加到100%兰炭，最终得出兰炭在气化炉中试烧的各种数据，为下一步持续运行提供可靠的操作依据。

1 试烧工作准备

1.1 准备工作

我公司气化车间有鲁奇气化炉6台，分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#气化炉，通常生产情况下五开一备。为确保试烧过程顺利进行和数据的多样性、可靠性，我们选用工况较好的气化炉进行试烧，分别在2#和4#炉上进行30%兰炭掺烧，在6#炉上进行30%过度到100%兰炭试烧。

1.2 兰炭的工业分析

本次试烧煤种为兰炭，它是利用神府煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的，作为一种新型的炭素材料，具有固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性。试烧前，公司对兰炭进行了工业分析，以便掌握煤质情况对工艺调控做好指导。表1为兰炭工业分析结果，可见，兰炭水分、灰分含量较高，灰熔点较高，有利于制气[3]。

表1 兰炭煤质分析数据

2 试烧过程

2.1 4#炉试烧过程

本次兰炭试烧选择4#气化炉做为试烧对象，自2013年3月12日6:30分开始，至2013年3月14日21:00分结束，前后经历了近62.5小时，具体试烧情况说明如下。

4#气化炉烧地煤5 000 Nm3/h氧负荷、汽氧比6.15 kg/Nm3稳定运行情况下。4#煤仓剩余料位约3.2 m、3.1 m，按试烧方案备煤开始上约30%兰炭。根据试烧兰炭方案汽氧比提至6.55 kg/Nm3。随后根据运行情况，负荷提至6 500 Nm3/h，提负荷后汽氧比降至6.1 kg/Nm3，运行至结束。

2.2 2#炉试烧过程

本次试烧从5月15日2:40分开始至5月16日24:00结束，共计约46个小时；1:30为试烧准备，2#气化炉负荷设定为5 000 Nm3/h，汽氧比6.0 kg/Nm3，工况较为稳定；根据运行情况，汽氧比最终降至6.15 kg/Nm3。随后运行过程中，工况运行稳定，运行至试烧结束。

2.3 6#炉试烧过程

6#炉上进行30%过度到100%兰炭试烧，在运行过程中与2#炉试烧基本一致。

3 试烧结果

3.1 4#炉试烧结果

表2为4#炉试烧所产粗煤气的全分析，从表中可看出粗煤气的有效成分为63.1%。

表2 4#炉产粗煤气全分析

灰锁温度得到了有效控制，基本上在370 ℃左右维持运行；出口温度偶尔波动，最高波动至645 ℃，但在可控范围之内。从运行数据来看，产气量有明显提高，工况比较稳定。负荷在6 500 Nm3/h时，煤锁打循环比之前运行时多加3～4锁，并且在缺煤的情况下法兰温度上涨较快。

3.2 2#炉试烧结果

表3为2#炉试烧所产粗煤气的全分析，从表中可看出粗煤气的有效成分为61.51%，与4#炉试烧所得结果相近，说明了试烧数据的可靠性。试烧过程中，工况基本稳定，各工艺指标均在正常范围，2#出口保持在490 ℃～550 ℃；相比上一次4#炉试烧兰炭，本次2#炉试烧工况有明显提高；相比上一次4#炉试烧兰炭，从最后结果看，本次试烧汽氧比进一步优化，粗煤气的其他有效成分有所改善。

表3 2#炉产粗煤气全分析

3.3 6#炉试烧结果

表4为6#炉试烧所产粗煤气的全分析，从表中可看出粗煤气的有效成分为64.49%。相比公司之前所用的全地煤，有效成份产量略占优势。同时证明气化炉在兰炭100%条件下可以正常运行，且兰炭反应活性高；兰炭100%时，粗煤气CO含量较高；气化炉夹套耗水量明显降低；同负荷条件下，兰炭耗煤量增加、灰中残炭量基本持平。

表4 6#炉产粗煤气全分析

从工艺运行来看，无论是掺烧还是100%兰炭都适应鲁奇炉用煤，且在氧负荷6 000 Nm3以下时工况基本稳定，出口温度基本稳定保持在450 ℃～500 ℃，平均比烧常村煤气化炉低70 ℃、夹套耗水量平均比烧常村煤气化炉降低3.29 m3/h、甲烷含量降低、CO含量高，氢碳比更适宜费托反应；但当100%兰炭氧负荷6 000 Nm3以上时，因其固定碳含量低、灰分含量高造成加煤排灰次数频繁，不易操作。

4 对试烧结果的评价

4.1 气化炉加煤排灰

随兰炭比例增大，加煤排灰频率也不断增加，为了适应目前高灰份煤质，气化炉由原来的两把刮刀，改为三把刮刀，以保证气化炉的正常运行。由于煤灰锁加煤排灰过度频繁，炉篦长期持续高转速运行，各气化炉均表现出设备损耗较大的问题。

4.2 灰锁温度

进行不同兰炭配比的情况，由于灰份较高，灰锁温度达到了有效控制，一般情况下控制在280 ℃～330 ℃，在烧仓煤和地煤时灰锁温度350 ℃～400 ℃，灰锁温度达到了有效控制，延长了灰锁设备备件的使用寿命。

4.3 粗煤气出口温度

氧负荷在6 000 Nm3运行时工况基本稳定，出口温度基本稳定保持在450 ℃～500 ℃，平均比烧常村煤气化炉低70 ℃，工况更容易控制，保证系统的稳定运行。

4.4 不同比例煤灰锁打循环情况(如表5)

表5 不同比例煤灰锁打循环情况

5 结论

利用兰炭在潞安煤基油合成公司气化车间三台鲁奇气化炉上进行完全工业化试烧，所有数据采集阶段运行相对稳定可靠，数据的重现性好。试烧证明，兰炭用于鲁奇气化炉原料是可行的。试烧过程中发现，气化炉粗煤气出口温度低，同时灰锁温度得到了有效控制，且高负荷试烧中，气化炉运行较为平稳。