原料煤是影响煤气产量、质量及生产操作条件的重要因素,不同煤种对煤气化会产生不同的影响,即使同种煤各性能参数不同也会对煤气化产生不同的影响,由于各种煤变质程度的不同,其本身物化性质不同,在加压气化反应中煤气产率、煤气组成均有不同。
1.煤种对加压气化的影响
(1)煤种对煤气组成和产率的影响
鲁奇气化炉出炉煤气由干馏层产生的干馏煤气和气化层产生的气化煤气两部分组成。煤化程度加深,煤中的挥发分含量减少,固定碳含量增加,则出炉煤气中干馏煤气比例下降,而气化煤气比例上升。干馏煤气中CH 4 和CO 2 含量较高,气化煤气中则主要含有CO和H 2 ,因此,煤化程度越深的煤气化所得煤气中,CO和H 2 的比例越大。
煤气的产率与煤中碳的转化方向有关,煤中挥发分越高,转变为焦油的有机物就越多,转入到焦油中的碳也就越多,进行气化的碳就少,煤气的产率就会下降。
(2)煤种对气化剂消耗的影响
煤化程度变深,会使气化过程所消耗的氧气和水蒸气用量越多,可从如下几方面解释。煤化程度加深,煤中挥发分含量减少,固定碳含量增加,用于气化的碳多了,消耗的气化剂就多。此外,煤化程度加深,煤中氢和氧元素比例减少,碳元素比例增大,造气反应需要更多氢和氧,则气化剂的消耗量增加。
(3)煤种对气化能力的影响
煤化程度变深,煤的气化反应活性减小,气化反应率度下降,碳转化率也会降低,气化炉的生产能力会显著降低。
2.水分对加压气化的影响
鲁奇加压气化中,煤中的水分在干燥层中被蒸发出来成为水蒸气进入气化炉顶部空间。因此,煤中水分如果过高,会增加干燥所需要的热量,从而增加了氧气消耗,降低了气化效率;水分过高,还会增加燃料层中干燥层厚度,使得其他各料层变薄,影响各层中气化反应的正常进行;此外,水分过多,还会增大后续煤气水分离负荷。
3.灰分对加压气化的影响
鲁奇加压气化中,煤中的灰分含量对气化反应一般影响不大,但随着煤中灰分的增大,灰渣中的残碳总量增大,燃料的损失增加。另外灰分增大后,带出的显热增加,从而使气化过程的热损失增大,热效率降低。
随着煤中灰分的增大,加压气化的各项消耗指标,如氧气消耗、原料消耗、原料煤消耗等指标上升,而煤气产率下降。
4.灰熔点对加压气化的影响
由于鲁奇加压气化技术是固态排渣气化炉,一般要求灰熔点越高越好。低灰熔点的煤,在气化炉燃烧层易形成灰渣熔融,即通常所说的灰结渣。结成的渣块导致床层透气性差,造成气化剂分布不均,致使工况恶化,气化床层紊乱,煤气成分大幅度波动,严重时将导致恶性事故的发生。另外,灰结渣易将未反应的炭包裹,使炭未完全反应即被带出炉外,使炭转化率下降。
5.煤的黏结性对气化过程的影响
煤的黏结性是指煤在高温干馏时的黏结性能。黏结性煤在气化炉内进入干馏层时会产生胶体,这种胶体黏度较高,它将较小的煤块黏结成大块,这使得干馏层的透气性变差,从而导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移,使气化过程恶化。因此,鲁奇气化炉不适合气化黏结性较强的煤。
6.煤的化学活性的影响
煤的化学活性是指煤同气化剂反应时的活性,也就是指碳与氧气,二氧化碳和水蒸气反应的难易程度。煤种不同,其反应活性是不同的。一般煤化程度越浅,煤的反应活性越高,则发生反应的起始温度就越低。在气化温度相同时,煤的反应活性越高,则气化反应速度越快,反应接近平衡的时间越短,炭转化率越高。鲁奇气化炉受到排灰等因素的限制,气化温度不是太高,因此,鲁奇炉适合气化反应活性较高的煤。