Shell煤气化对煤种有广泛的适应性,它几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤。由于采用了粉煤进料和高温、加压气化,对煤的活性、黏结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等煤的一些关键理化特性的要求显得不十分严格。但从技术经济角度考虑也并不是所有煤种均适宜于Shell粉煤气化工艺。煤种及煤的性质对Shell气化的具体影响如下。
1.煤种对Shell气化的影响
煤种不同主要是煤中挥发分含量的不同,Shell气化工艺对煤中挥发分没有特别要求。一般来说,煤中挥发分的含量与煤的反应活性有关系,挥发分含量大的煤反应活性亦高,Shell气化炉要求煤粉与气化剂瞬间反应,因此,要求煤粉的反应活性高一点好,当然,低反应活性的煤通过减小颗粒尺寸的方法也可以很好地气化。
2.水分对Shell气化的影响
Shell气化时,煤中的水分被蒸发出来成为气化剂,随着入炉水分含量的增加,气化时甚至可不加蒸汽。蒸汽加入量过多反而引起能量的浪费,蒸汽的加入主要为调节气化温度。煤中水分高低对粉煤磨制及输送的影响非常大。煤中水分偏高,会显著增加磨煤单元能耗,导致粉煤在储存过程中形成架桥堵塞,给粉煤转储带来不便;Shell粉煤气化工艺要求煤中水分越低越好,原则上要求不超过10%为宜。表3.4.1为入炉煤中水含量对各项气化指标的影响。
表3.4.1 入炉煤中水含量对气化性能的影响
3.灰分对Shell气化的影响
Shell煤气化工艺的重要原理之一就是“以渣抗渣”,所谓“以渣抗渣”是指利用熔融炉渣在气化炉膜式水冷壁上形成一层动态渣层,来保护气化炉内件及耐火材料,防止其承受高温热冲击及高速合成气流的冲刷磨蚀。动态渣层还能有效维持气化炉温度,减少热损,从而对降低气化炉氧耗、煤耗,提高气化炉冷煤气效率有很大帮助。只有煤中灰分含量合适,才能在气化炉膜式水冷壁上形成良好渣层。如果煤中灰分太低,就无法在气化炉膜式水冷壁上形成保护渣层,或形成渣层太薄,达不到保护气化炉内件效果。如果煤中灰分太高,会增加Shell粉煤气化装置的能耗和物耗,相关设备仪表的寿命也会大大缩短。
4.灰熔点对Shell气化的影响
Shell煤气化工艺采用液态排渣,适合气化灰熔点较低的煤。灰熔点超过1350℃时,需要加助熔剂来降低煤的灰熔点。但如果煤的灰熔点过低,在Shell粉煤气化炉上气化时存在转化率偏低、无法挂渣等问题。
5.煤灰黏度对Shell气化的影响
Shell粉煤气化工艺要求气化炉所产炉渣的黏度必须在25~40 Pa·s,该黏度范围内的熔渣能确保气化炉膜式水冷壁上正常挂渣,保证气化炉顺利排渣。如果炉渣黏度太高,则会导致气化炉膜式水冷壁上的液态挂渣流动速度偏慢,大量炉渣容易在气化炉出渣口处累积并形成大渣块,从而给气化炉的排渣带来麻烦。如果炉渣黏度太低,则会导致气化炉膜式水冷壁上的液态挂渣流动速度偏快,液态挂渣的厚度就会减薄,气化炉热损就会随之增加,气化炉的氧耗、煤耗也会相应增大,气化炉挂渣厚度减薄后,高速合成气流对气化炉内件的冲刷磨蚀还会加剧,严重缩短气化炉膜式水冷壁的使用寿命。
6.煤灰黏温特性对Shell气化的影响
因为煤灰黏度对Shell气化有重要影响,所以,煤灰的黏温特性对气化炉运行也有影响。如果气化温度发生变化,煤灰黏度发生很大的变化,则会影响正常挂渣。因此,Shell气化炉要求煤在气化温度范围内有较好的黏温特性。
7.粉煤的粒度对Shell气化的影响
如果粒度偏粗的过多,在粉煤加压输送过程中,就会加剧对设备管道的冲刷磨蚀,从而缩短设备管道的使用寿命。如果粒度太粗,还会大大降低粉煤在气化炉内反应的接触表面积,导致碳转化率直线下降,相应的煤耗也会有所增加。如果粒度偏细的过多,则粉煤较易被压实并形成架桥,给粉煤输送带来困难,同时还会导致粉煤循环不稳定,进而危及煤烧嘴的安全运行。