随着气化工艺选取的不同,其对煤品质的要求也不尽相同。高活性、高挥发分的烟煤是德士古水煤浆气化工艺的首选煤种。
1.总水分
总水包括外水和内水。外水是煤粒表面附着的水分,来源于人为喷洒和露天放置中的雨水,通过自然风干即可失去。外水对德士古煤气化没有影响,但如果波动太大对煤浆浓度有一定影响,而且会增加运输成本,应尽量降低。
煤的内水是煤的结合水,以吸附态或化合态形式存在于煤中,煤的内水高同样会增加运输费用,但更重要的是内水是影响成浆性能的关键因素,内水分越高成浆性能越差,制备的煤浆浓度越低,对气化时的有效气体含量、氧气消耗和高负荷运行不利。
2.挥发分及固定碳
煤化程度增加,则可挥发物减少,固定碳增加。固定碳与可挥发物之比称为燃料比,当煤化程度增加时,它也显著增加,因而成为显示煤炭分类及特性的一个参数。煤的变质程度影响着煤的反应活性,变质程度低的反应活性较高,变质程度高的反应活性较低。在水煤浆气化这种气流床的流动方式中,煤与气体接触时间很短。所以要求煤有较高的反应性能。当然,如果某种煤的反应较差,可以减小颗粒粒度来弥补。
3.煤的灰分及灰熔点
灰分虽然不直接参加气化反应,但却要消耗煤在氧化反应中所产生的反应热,用于灰分的升温、熔化及转化。灰分含有率越高,煤的总发热量就越低,浆化特性也较差。灰分含量的增高,不仅会增加废渣的外运量,而且会增加渣对耐火砖的侵蚀和磨损,还会使运行黑水中固含量增高,加重黑水对管道、阀门、设备的磨损,也容易造成结垢堵塞现象,因此应尽量选用低灰分的煤种,以保证气化运行的经济性。
德士古气化炉是液态排渣气化炉,因此,尽可能采用低灰熔点的煤比较好,如果要气化灰熔点比较高的煤,则需要加入助熔剂。
4.助熔剂
助熔剂的种类及用量要根据煤种的特性确定,一般选用氧化钙(石灰石)或氧化铁作为助熔剂。石灰石及氧化铁特别适宜作助熔剂的原因在于:它们是煤的常规矿物成分,几乎对系统没有影响,流动性与一般的水煤浆相同,加入后又能有效地改变熔渣的矿物组成、降低灰熔点和黏度。加入助熔剂后气化温度的降低将使单位产气量和冷煤气效率提高、氧耗明显降低,但同时也会使碳转化率稍有降低,排渣量加大,过量加入石灰石还会使系统结垢加剧。
在筛选煤种时,宜选择灰熔点较低的煤种,这可有效地降低操作温度,延长炉砖的使用寿命,同时可以降低氧耗、煤耗和助熔剂消耗。
5.灰渣黏温特性
煤种不同,渣的黏温特性差异很大。有的煤种在一定温度变化范围内其灰渣的黏度变化不大,也即对应的气化操作温度范围宽,当操作温度偏离最佳值时,也对气化运行影响不大;有的煤种当温度稍有变化时其灰渣的黏度变化比较剧烈,操作中应予以特别注意,以防低温下渣流不畅发生堵塞。可见,熔渣黏度对温度变化不是十分敏感的煤种有利于气化操作。
水煤浆气化采用液态排渣,操作温度升高,灰渣黏度降低,有利于灰渣的流动,但灰渣黏度太低,炉砖侵蚀剥落较快。根据有些厂家的经验,当操作温度在1400℃以上每增加20℃,耐火砖熔蚀速率将增加一倍。温度偏低灰渣黏度升高,渣流动不畅,容易堵塞渣口。只有在最佳黏度范围内操作才能在炉砖表面形成一定厚度的灰渣保护层,既延长了炉砖寿命又不致堵塞渣口。液态排渣炉气化最佳操作温度以灰渣的黏温特性而定,一般推荐高于煤灰熔点30~50℃。
6.粉煤的粒度
粉煤的粒度对碳的转化率有很大影响。较大的颗粒离开喷嘴后,在反应区的停留时间比小颗粒的停留时间短,而且,颗粒越大气固相的接触面积减小。这双重的影响结果是:使大颗粒煤的转化率降低,导致灰渣中的含碳量增大。另外,粉煤的粒度对煤成浆性能有着重要影响,粒度过大,则水煤浆浓度下降;否则,反之。
7.可磨指数
一般多用哈氏可磨指数表示煤的可磨性,它是指煤样与美国一种粉碎性为100的标准煤进行比较而得到的相对粉碎性数值,指数越高越容易粉碎。煤的可磨指数决定于煤的岩相组成、矿质含量、矿质分布及煤的变质程度。易于破碎的煤容易制成浆,节省磨机功耗,一般要求煤种的哈氏可磨指数在50~60以上。
综上所述,从技术角度来看,水煤浆加压气化技术可以适用于大多数褐煤、烟煤及无烟煤的气化。但从经济运行角度来看,在筛选煤种时可将以下指标作为参照进行比较:煤种的内水以不大于8%为宜、灰分宜小于13%;以灰熔点小于1300℃的煤种为佳,但灰熔点太低对气化采用废锅流程不利,易使废锅结焦或积灰;尽可能选择煤中有害物质少、可磨性好、灰渣黏温特性好的煤种;尽可能选择年限长、储量大、地质条件相对好、煤层厚的矿点,以保证供煤质量的稳定。