煤化工气化炉工艺技术在煤化工企业掺烧中的应用

时间：2024-07-28

赵品

（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州 253000）

对煤炭能源进行清洁使用的主要措施即为制气，当前该措施已经受到了煤炭行业的充分重视，但是对于其中产生的废弃物，如果直接进行填埋或是排放，不仅需要大幅占用土地，还能够导致环境受到严重影响。而若将其直接投入到热动力站燃烧炉中实施燃烧处理，将可能导致设备使用安全以及使用效果受到影响。为了科学合理地处理废弃物，可以选择应用煤化工气化炉工艺技术，以针对废气污染物进行合理的掺烧，以起到保护环境和节约能源的作用。可见针对煤化工气化炉工艺技术在煤化工企业掺烧中的应用策略进行分析具有重要意义。

1 掺烧技术

1.1 概念

掺烧技术也就是煤炭在燃烧炉内进行燃烧时，将若干其他性质的物质按照合理的比例进行掺配之后，投入到燃烧炉之中与煤炭共同进行燃烧。该项技术的基本原理在于针对不同物质不同成分进行科学合理的掺配混合，以提升燃烧炉中的燃烧效率，并减少煤炭使用量，同时可以起到保护环境和节约成本的作用。

1.2 作用

1.2.1 优化煤炭资源的应用

煤炭燃烧时，在其中插入一定量的其他物质，可以促使燃烧炉中的燃烧条件得到优化，同时还可节约煤炭资源，使其利用率得到提升，也就可以节约相关的人力资源成本、运输成本等。

1.2.2 扩大燃料范围

在煤炭进行燃烧时，合理掺入其他可燃烧物质，可以使燃烧炉燃烧过程不再依赖单一的煤种，也就可以在一定程度上突破燃烧炉对于煤种提出的要求，使企业的燃料选择主动权得到提升。

1.2.3 提升燃烧炉燃烧效率

对燃料结构进行合理调整，使掺烧的煤炭能够逐渐适应炉型，也就有利于对飞灰的含碳量进行控制，从而显著提升燃烧炉中的燃烧效率，也就可以提升煤化工企业的经济效益。

1.2.4 提升燃烧炉安全性

在燃烧炉进行运行的过程中，极易出现炉膛结渣情况，这一情况能够导致燃烧炉机组整体的经济性及安全性均受到严重威胁，而对掺烧模式进行应用，其中将可能出现更为复杂的结渣情况，但是若能够对不同物质与煤炭进行合理掺烧，同时对配比进行有效调整，则可对结渣现象起到较好的缓解作用，也就能够提升燃烧炉机组在生产过程中的经济性和安全性[1]。

1.2.5 改善环境

在对煤炭进行燃烧的过程中，极易导致大量污染物产生，并使环境污染情况不断加剧，甚至能够导致人体健康以及人类生存环境受到损害，而在煤炭之中加入不同的物质实施掺烧，同时注意合理调整其中的配比，则有利于对污染物的排放起到控制作用，从而可以降低煤炭燃烧和排放所导致的环境污染程度。

2 掺烧气固废弃物的技术难点

2.1 含尘焦油输送

在燃烧煤炭之后，熔渣气化炉之中极易产生焦油，其中包含数种不稳定因素，可能导致输送管道以及输送泵中发生堵塞情况，且分离器中的沉降物料难以排出，也就能够导致设备正常运行受到影响。含尘焦油自身具有黏稠度高、含水量高、易结团等特点，不能直接应用于掺烧工作当中，且焦油的提炼和运输工作的难度均较大，并且，因为含尘焦油对于温度变化的敏感度较高，仅能够在70℃±5℃的状态下处于性质稳定的状态，在此状态下，含尘焦油具有较好的流动性，而若环境温度在60℃以下，含尘焦油则发生凝结，若环境温度在80℃以上，焦油的流动性则会大幅提高，但同时也更容易出现碳化情况。在焦油发生碳化之后，能够呈现出圆球状，且具有弹性，易在管道壁上粘连，还能够导致气体正常流动受到影响，若不及时清除，在温度持续上升的过程中，碳化速度更快，管道堵塞情况的发生率更高。所以，在开展含尘焦油处理工作的过程中，顺利开展输送工作并对其流动性进行有效控制属于难点问题[2]。

2.2 环境污染严重

煤炭进行燃烧之后产生的颗粒体积较小，同时细度较小，但是密度较高，保水性良好，如果其中的含水量已经超过一定范围，煤炭颗粒之中便会出现流动性，进而呈现出沉积析水现象，并极易导致堵塞情况出现。在针对煤化工企业开展调查研究之后，研究结果显示，如果设备中出现堵塞现象，必须立即停止生产并开展疏通工作，由此，煤化工企业的生产效率以及经济效益，均能够在一定程度上受到影响。并且，开展清理疏通工作通常需要较长的时间，对于清理出的废弃物，若随地排放，将导致企业生产环境受到严重影响，若选择填埋的方式进行处理，则需要应用一定程度的人力资源成本和运输成本，同时占据一定的土地面积。

2.3 含水量较大

因为含尘焦油具有含水量多的特点，所以不易乳化，甚至可能呈现出油包水现象，一般来说，煤化工企业开展生产工作时，需要将焦油的含水量控制在4%甚至更少，但是部分设备难以满足该项要求，所以只能通过焦炭过滤器开展处理工作。并且，因为含尘焦油在高温下具有流动性较强的特点，所以其中的水分处理工作和相关的输送工作难度较大。另外，细灰滤渣中的含水量如果上升至一定程度，其中的细小滤渣呈现出块状特点，若将其直接应用于掺烧工作之中，将导致正常的燃烧炉燃烧受到严重不良影响。

2.4 配煤难度较大

在采用掺烧的形式为燃烧炉提供燃料时，必须对其中的配煤比例进行合理控制，若比例与相关要求不符，将有可能导致炉膛结焦等不良情况出现，甚至可能导致燃烧过程熄火。所以，应该首先确定燃烧过程中，与不同物质进行配合的煤炭种类，再对其中的配合比例进行明确，若煤炭在其中的占比过小，即有可能导致熄火现象出现。并且，在应用细渣进行掺烧时，应该对细渣以及煤炭所具有的特点进行充分应用，并以实际情况为基础，合理调整其中的比例。另外，因为细灰滤渣具有发热量不高的特点，将其应用于掺烧工作中，引起燃烧炉熄火的可能性较大，所以如果掺烧燃料中存在细渣占比较大的情况，必须对燃烧过程进行密切关注，以避免出现熄火情况。

2.5 煤气水膨胀气腐蚀

废气中存在的硫物质能够导致燃烧炉膛以及管道中出现腐蚀现象，原因在于，含有硫物质的膨胀气在进入到燃烧炉中之后，需要由回收装置回收硫物质，但是煤气水产生的膨胀气之中包含水、二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷以及硫化氢等多种物质，回收工作难度较大，且易导致燃烧炉的燃烧效率受到影响。

2.6 对其他设备的影响

在开展掺烧实验工作的过程中发现，掺烧工作中存在诸多问题，主要问题是：①根据物质守恒定律，针对燃烧炉适量添加循环物料，将导致烟气中含有更多的物料，也就能够导致燃烧炉受热面出现更加严重的磨损情况；②随着掺烧比例的持续调整，如果燃料的发热量不够稳定，易导致燃烧炉的正常燃烧效率受到影响；③燃烧细灰滤渣易导致大量烟尘产生，并且烟尘中具有颗粒较细、密度较高的特点，对于环境能够造成一定程度的影响，同时也不利于除尘器运行；④细灰滤渣中的灰分含量较大，燃烧效果不良。

3 掺烧过程中煤化工气化炉工艺技术的应用策略

3.1 细灰滤渣的掺烧

3.1.1 脱水和破碎处理

为了使过滤器脱水率得到提升，需要对滤渣含水量进行控制，要求其中的含水量在15%以下，再通过烘干系统开展干燥处理工作，将其中的含水量降低至5%，此时滤渣基本呈现为固体状态，可以针对其开展破碎处理，在与破碎要求相符合之后，可以将其投入到循环流化床燃烧炉膛之中进入燃烧阶段。

3.1.2 应用仓壁振动器

在构建细灰滤渣管道输出系统时，需要对系统中各项材料和设备进行合理选择，主要需要考虑的因素包括各方面的适应力、费用、故障发生率以及运行成本等多个方面，特别是需要对仓壁振动器进行合理选择。在输送系统的分离器下部安装一仓壁振动器，可以有效避免细灰滤渣在料仓之中发生严重的摩擦情况，也就可以避免系统内部出现堵塞情况，由此，细灰滤渣可以随系统运行合理移动位置，也就能够顺利从仓口排出，使相关处理工作的效率得到提升。

3.1.3 高位给料

将细灰滤渣投入到燃烧炉时，应采用高位给料的方式，在滤渣持续下降至燃烧炉内的过程中，应该针对滤渣实施进一步的干燥处理，使其中的水分完全蒸发，以提升细灰滤渣的燃烧效率。并且，在燃烧炉内的底部，应使用煤矸石作为燃烧底料，以保障细灰滤渣能够基本实现完全燃烧。

3.2 废气的掺烧

①针对废气开展分析工作，充分了解其中的总量和充分，可以进行掺烧的废气总量相对较少；②从循环流化床燃烧炉的角度来看，若需要在其中适量加入石灰石，以实施脱硫处理工作，则出口处能够显著呈现出二氧化硫含量降低的情况；③因为循环流化床燃烧炉中应用低温燃烧模式，所以燃烧过程中无含硫物质产生，也就不会导致受热面受到腐蚀。

所以一般来说，通过应用气化装置，即能够针对废气开展有效的燃烧处理。首先通过应用气枪将需要进行掺烧处理的废气注入到燃烧炉，废气之中的含硫物质能够得到充分燃烧，但与此同时，在煤气水分离过程中产生的膨胀气不能充分燃烧，且将会有一部分直接排入到空气中，并发出恶臭味道。

在燃烧炉处理废气的过程中，需要直接通过管道将废气输入到燃烧炉，且在此过程中，应该注意对管道压力进行合理控制，避免发生爆炸事故，所以，也可以选择应用气体燃烧器对废气进行输送，并根据废气自身的特点，合理调整燃烧炉高度。另外，应注意针对废气入口位置以及细渣料的给料口位置，进行良好的封闭处理和阻燃处理，以避免出现不良事件。

3.3 含尘焦油的掺烧

①提取含尘焦油样品之后，应针对其开展系统的分析工作，掌握其中的成分和含量，以合理选择开展掺烧工作的设备，同时制定最为适宜的分离工艺定；②根据当前的技术和工艺进行科学合理的创新，以促使含尘焦油分离工作的质量和效率得到提升，也就有利于提升焦油使用效果；③可以适当采用工艺助剂，以降低焦油表面张力，从而可以提升分离效果，原因在于，工艺助剂可以对焦油的黏度以及流动性进行有效控制，也就可以提升分离工作的效果，由此，设备管道不易出现焦油沉积现象，焦油输送的质量和效率均可得到提升，且设备管道清洗频率可适当降低，也就可以起到降低工作强度、节约工作成本的作用； ④需要借助泵开展含尘焦油的过滤工作，以避免后续出现管道堵塞等不良情况；⑤采用开放式操作的模式开展含尘焦油的脱水工作，整体操作环境较为恶劣，为了提升含尘焦油的质量，需要合理设置收集坑或是缓冲池。

4 煤质变化对于燃烧炉运行的影响

采用掺烧模式之后，燃烧炉中所应用的煤质将发生一定的变化，这对于燃烧炉的正常运行将产生诸多影响，原因在于，在通常情况下，燃烧炉中最好能够采用设计煤种作为燃料，或是应用与设计煤种相似度较高的煤种，以保障燃烧过程中各项参数均能够持续处于正常的范围内。但是从近几年的情况来看，一方面，煤炭天然气资源较为紧张，各企业均已逐渐呈现出燃烧原料多元化的特点，另一方面，单一燃烧煤炭极易导致环境受到严重影响，同时各方面成本相对较高。

从整体上来看，煤化工企业应用掺烧模式属于大势所趋，但是在实际应用掺烧模式的过程中，虽然经过科学合理的配比，但仍有可能导致多种不良情况出现：①出力受限。煤质的变化易导致燃烧机组中部分设备处于不能满负荷运行的状态，例如煤灰分发生改变，能够导致其中积灰性和结渣性增加，并增加炉膛受热面积，使其中结渣现象更加严重，也就限制了燃烧炉的正常出力。②设备可靠性降低。在对掺烧模式进行应用的过程中，如果煤质下降，燃烧性能将会下降，进而导致燃烧炉中出现燃烧不稳的情况，由此，燃烧过程中可能逐渐熄火，而如果掺烧燃料之中的灰分含量较高，炉膛内火焰中心将向上移动，并导致内部出现过热情况，甚至可能发生超温爆管现象。