煤质变化对鲁奇炉平稳运行的影响及对策

2022-09-29

1 鲁奇炉运行的煤质指标综述

鲁奇炉作为一种典型的煤气发生炉, 也是煤气化的主要装置, 性能的发挥自然受到原料的影响。事实上, 煤气化工业中对煤质的要求也是形成一定要求的, 包括对煤质中的水分、灰分、挥发分和固定碳等内容。

以下对影响鲁奇炉正常运行的各种指标进行综述。

首先, 煤质中水分含量的影响。本质上说, 煤炭是植物经过碳化作用形成的矿物质, 它的内部构造虽然简单, 但是在形成过程中缠在这许多杂质, 蕴含水分不足为奇。但是煤炭中的水分并不仅仅是单纯的自然水 (外在水分) , 还包括内在水分、化合水。外在水分通过物理手段就可以与煤炭分离, 如风干、晾晒等, 即便是在室温的程度下, 外在水分也是不断流失的。但是内在水分是吸附在煤炭内部的, 通常是直径为0.001毫米的水分子, 必须通过高温加热才能够蒸发 (温度达到105摄氏度以上) 。而煤炭的化合水是通过化学方式和矿物质结合, 含量虽然很小, 但是彻底清除掉就必须以更高的温度才行。

这一般来说, 影响鲁奇炉运行的水分指标中, 重点关注的是外在水分和内在水分, 化合水由于过少不作为重要参考指标。

其次, 煤质的灰分。灰分是一个学术名词, 通常是指燃烧之后的残留物固体。例如煤炭经过燃烧之后, 发生了物理反应和化学反应, 有机成分经过煅烧之后变成了无机盐和氧化物, 剩余的部分就成为灰分。可以简单地理解为, 每天燃烧之后剩下的残渣。煤炭中的灰分和煤炭本身是紧密相连的, 在高温之下, 大部分矿物质都转化成了氧化物, 例如氧化钙、氧化镁、氧化铝等物质。

再次, 煤炭的挥发分。挥发分很显然是和灰分相对应的一个概念, 在隔绝空气的高温环境下发生的挥发性, 即固体直接转化为气体, 这其中包括了每天的有机成分直接气化之后的产物, 也包括水分产生的水蒸气以及其他盐类析出的二氧化碳。需要注意的是, 煤炭在高温下发生的挥发分和挥发物质是两个概念, 因为不是煤炭中固有的成分, 而是在特定高温环境下分解的产物。

第四, 煤炭的固定碳。固定碳, 是在鲁奇炉中参与气化反应的基本成分, 是指在经过挥发分之后, 剩下的固体部分 (焦渣) , 固体部分减去灰分, 就是固定碳。

煤经热解出挥发分之后, 剩下的不挥发物称为焦渣, 焦渣减去灰分称为固定碳。不同煤种, 固定碳含量不同。固定碳是参与气化反应的基本成分。

无机物, 可以是锻烧后的残留物也可以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某种物质中的固体部分而不是气体或液体部分。在高温时, 发生一系列物理和化学变化, 最后有机成分挥发逸散, 而无机成分 (主要是无机盐和氧化物) 则残留下来, 这些残留物称为灰分。计算公式如下:

FC=100- (M+A+V) ;

其中FC为空气干燥煤质的固定碳含量, M为空气干燥煤质的水分含量, A为同等条件下的灰分含量, V为同等条件下的挥发分含量。

2 煤质对气体反映的影响及解决方法

除了上述四种 (水分、灰分、挥发分和固定碳) 影响指标之外, 还有一些其他影响因素, 例如煤质本身的颗粒大小、发热量等, 都对鲁奇炉的运行有影响。以下根据分析原因, 提出影响的鲁奇炉的应对措施。

水分的存在对煤炭本身是没有影响的, 但是对于煤炭工业而言是有害无益的。

无论是内在水分、外在水分还是化和水, 任何一种形式都会造成煤炭运输过程中的负荷增加, 尤其是在较为寒冷或者煤矿环境复杂的地带, 开采、运输都比较困难。例如, 寒冷天气下外在水分和内在水分的作用下, 煤矿发生凝结, 开采装卸非常困难;储存过程中, 煤炭中的水分极容易受到冷热影响, 热胀冷缩的情况下, 煤块容易破裂, 堵塞筛孔, 影响粉碎和筛分;再例如, 水分比例过大的情况下倾倒入鲁奇炉, 煤块会之粘附在炉体内部, 粘附末煤。

一般利用鲁奇炉进行的煤气化工业操作, 是通过加压气化的工艺进行的, 对水分的含量有明确的要求;水分含量过高的煤质, 往往挥发分比较高, 受热逸出的过沉重导致煤块崩碎, 造成鲁奇炉内的煤气含尘量正佳, 同时水分过多的情况下也会造成热能转移过快, 消耗大量能源。所以在鲁奇炉加压气化过程中, 入炉之前煤炭要进行预处理, 水分的含量控制在8%到10%。

相应的, 煤质中的灰分、挥发分和固定碳无法预处理实现需求的效果, 但也需要经过净煤过程, 在一定范围内形成生产的便利条件。

摘要：近年来, 我国经济发展带动了城镇生活及生产区域的重大变革, 这些变革导致对能源形式的需求也发生了变化, 以城市为例, 煤、气、电等多种形式的能源相互掺杂;尤其是随着新能源的开发, 导致我国煤气化工的快速发展, 相应地, 针对鲁奇炉的技改和生产工艺也在发展, 我国虽然蕴含着丰富的煤炭资源, 但正因为如此在出现市场变化的过程中, 出于经济利益考虑会导致煤炭的来源、质量发生频繁变化。本文的研究内容, 是根据针对鲁奇炉中加入煤质的变化, 分析不同的煤质对气化过程的影响, 并提出相应的策略。

关键词：鲁奇炉工艺,煤炭质量,鲁奇炉运行,解决策略