气化用煤的性质及指标要求

煤的性质对煤气化过程及气化炉型的选用和设计有重要影响,对煤气化工艺设计至关重要。煤的性质包括煤的水分、灰分、挥发分、机械强度、黏结性、反应性、粒度分布及化学组成等。

水分

煤的水分含量随煤变质程度不同而有很大差别,高变质程度的无烟煤,水分一般小于5%,而低变质程度的煤如褐煤有的水分可达40%以上。不同气化炉对原料煤的水分适应性不同。固定床气化炉因逆流操作,可以适应的水分高达35%,这时要求灰分小于1%。沸腾床气化炉则要求水分含量低于5%,否则需要预干燥。对气流床气化炉,煤中水分可代替部分气化用蒸汽,但消耗部分供给热。

灰分及灰熔点

灰分在气化过程中具有催化及传热介质等作用。但原料煤灰分含量越高,煤气化灰渣的后处理工艺越复杂。因此,一般情况下,煤的灰分要尽可能低。不同原料煤其灰分含量从2%到4%以上不等。

固定床固态排渣炉中,灰分以机械方式由炉底排出,液态排渣时,灰分以熔融状态排出。因此对于固态排渣气化炉一般要求灰熔点在1200℃以上。如煤的灰熔点较低,则需加入适当添加剂,提高灰熔点。对于液态排渣气化炉要求用灰熔点较低的煤。如灰熔点较高则需加入助熔剂,如Fe 、CaO、MgO等降低灰渣熔点和黏度。煤的灰熔点一般在1080~1525℃,灰熔点在1430~1700℃的煤为一级难熔煤,灰熔点在1200~1430℃的煤为二级中等熔结煤,灰熔点在1030~1200℃的煤为三级易熔煤。煤的灰熔点主要与灰分组成有关。

黏结性

煤的黏结性是指煤在隔绝空气条件下,加热转化、熔融,形成胶体的能力。煤的黏结性通常可用胶质层厚度(Y)、黏结指数(G)、罗加指数(G R. I. )或自由膨胀序数表征。

一般常压气化炉要求煤的自由膨胀序数<2.5或胶质层最大厚度Y<16mm,加压气化炉则要求原料煤的自由膨胀序数<1。煤的黏结性不利于气化过程的进行,对于Y值较高的煤,需在炉内黏结区设置搅拌装置。对强黏结性煤如Y>20mm时,则需进行破黏预处理。

反应性

如前综述,煤的气化反应性是指一定温度下,煤与不同气体介质如CO 、O 、水蒸气相互作用的反应能力。通常以被还原为CO的CO 量占通入CO 总量的体积分数,即CO 还原率d CO ,作为反应性指标。

不同煤种的反应性有很大差别,反应性高的煤,气化反应速率快,效率高。反应活性高有利于甲烷生成,可在较低温度下与煤气发生气化反应,减少氧耗。此外,由于反应活性高,耗水蒸气少而不致使灰熔融。

影响煤气化活性的因素主要有两个方面:一是煤热解半焦的表面活性及孔结构,二是煤的灰分组成及碳形态结构。由于表面积越大,表面反应活性物种越多,反应活性就越高。灰中一些组分如CaO、K CO 、Fe SO 等有利于气化反应的进行。

粒度分布,机械强度,热稳定性

对固定床气化炉,要求原料煤块度为25~100mm的均匀中块煤,块度均匀,气化炉内气流阻力小,气体分布均匀,有利于提高气化炉的生产能力,并可减少细粒煤被气流带出气化炉。流化床气化炉要求<8mm的细粒煤,气流床气化炉则要求<0.1mm的粉煤。

气化用煤在进入气化炉之前都应进行筛分和破碎。使气化用煤的机械强度越高越好。热稳定性也称为热强度,是指煤在高温下燃烧或气化过程中对温度剧烈变化的稳定性,即块煤在温度急剧变化时粒度的保持性。热稳定性好的煤,气化过程中粒度保持性能好,不易破碎变细,以致影响气流扩散,降低气化效率。

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