在讲解该煤炭检测之前,我们可以需要先了解流化床气化技术。流化床气化技术在工业锅炉生产中早就有着广泛的应用。目前该类技术基本已经形成了以常压温克勒气化炉气化技术、高温温克勒(HTW)气化炉气化技术、灰熔聚流化床气化炉气化技术、循环流化床CFB煤气化技术、恩德炉气化技术、循环流化床CGAS煤气化技术、新奥煤催化气化技术等的主流生产技术。与固定床气化相比,在流化床气化过程中,流化床对床温的稳定性控制比固定床更为严格些,这就要求采购使用的煤质必须符合相关的技术指标。此外煤质的好坏对燃烧温度的有效性调整、污染物排放限量、燃料完全利用率等都有着直接的影响。
一、流化床用煤的检测标准
GB/T 29721-2013《流化床气化用原料煤技术条件》是现行的流化床汽化用煤的国家标准。该标准主要规定的检测指标有全水分、灰分、全硫、煤灰熔融性软化温度、反应性等几个通用的技术要求,相关级别分类介绍的也比较模糊。由于该标准的标龄将近十年,这期间流化床气化技术有了更多分类,对原料煤的检测指标要求也有了新的变化。
以“煤灰熔融性”为例,之前为了避免炉内结渣而破坏气化剂在床层截面上的均匀分布和产生沟流、起 泡、气节等不良现象,流化床的气化温度通常要求低于固定床气化温度,因此需要控制在 850~950℃左右。但是从2015年起,我国《商品煤质量管理暂行办法》开始执行,对包括化工用煤在内的各种用途商品煤质量提出了新的要求。现在中国煤的煤灰软化温度大部分在 1050~1150℃以上,因此,煤灰熔融性不再是限制原料煤选择的主要因素,如果继续以GB/T 29721-2013 中“煤灰熔融性”进行分级,将不具科学性。
二、流化床用煤的推荐检测指标
随着国家“碳中和计划”的全面推行,全社会对用煤行业也形成了广泛关注。流化床气化用煤的质量检测指标需要兼顾煤的工艺性能及环保性能,这时煤炭的灰分、硫分、有害元素(磷、氯、砷、汞等)就成为关注度较高的几个指标。我们通过大量案例发现,现在流化床气化用煤的采购中,大家还是主要以灰分、硫分两个主要指标进行等级划分。
1.灰分检测指标
中国流化床气化用煤主要以陕北、鄂尔多斯、新疆等地的长焰煤和不黏煤为主,灰分总体上较低,而山西、贵州、蒙东等地区试用的流化床气化用煤灰分要高一些。流化床气化用煤的灰分主要受其成煤时代的影响,体现在煤炭供应上,主要表现为不同产地原料煤的煤类和灰分有较大差异。因此我们推荐灰分等级划分如下:
2.硫分检测指标
中国不同煤类硫分差异较显著。侏罗纪煤硫分普遍较低,这一时代的煤类以长焰煤和不黏煤为主。因此,体现在煤类上,长焰煤、弱黏煤的硫分较低,其煤层煤硫分大多在0.5%~1.0%以下,而商品煤硫分(St,d)大多在0.5%以下,这些煤炭资源主要分布于陕北、内蒙古鄂尔多斯、宁夏、新疆等地,是中国目前流化床气化主要的原料煤。 以硫分进行等级划分,推荐如下:
3.有害元素(磷、氯、砷、汞等)检测指标
根据《商品煤质量 管理办法(暂行)》及 GB/T 31356《商品煤质量评价与控制技术指南》的规定,流化床气化用煤的质量需要对磷、氯、砷、汞等有害物质进行控制。而且目前已经出台了GB/T 20475煤中有害元素含量分级系列标准,综合中国煤中各种有害元素的分布特征,以及 GB/T 20475的相关规定,我们推荐流化床气化用煤中各种有害元素的含量检测要求如下:
4.其他推荐检测指标
4.1 全水分
流化床气化用煤中的水分在气化炉下部会得到干燥,通常情况下水分含量越高,干燥时间越长,氧耗也越高。所以为了减少氧耗,同时为了避免输煤系统堵塞,我们应该对原料煤中的全水分进行控制。按照恩德炉的设计要求,原料煤干燥后的水分含量应控制在8%~12%。灰熔聚气化还要求烟煤、无烟煤气化原料要求干燥后的水分含量应控制在5%以内。理论上,我们应该对全水分检测进行要求,但是在实际应用中,由于原料煤在入炉前都需要对水分进行干燥,同时不同煤类的水分差异比较显著,而且煤化程度各有差异,所以全水分进行分别要求并没有什么意义,因此我们推荐统一要求不大于40%即可。
4.2 黏结性
强黏结性的煤容易使气化炉结渣。因此在此推荐流化床气化用原料煤的黏结指数小于50即可,当然小于20最好。
4.3 结渣性和煤灰熔融性温度
煤中矿物质在气化和燃烧过程中,由于灰分的软化熔融而黏结成渣的能力称之为结渣性。对移动床气化炉来讲,大块的炉渣将会破坏床内均匀的透气性,从而影响煤气的质量。对流化床来讲,即使少量的炉渣也会破坏正常的流化状态。煤的结渣性不仅与煤的灰分大小、煤灰的化学组成和灰熔融性温度有关,也与气化的温度、压力、停留时间及煤中小颗粒的比率等有关。一般来讲,煤灰熔融性温度越低,其结渣性越严重。对流化床气化用煤一般要求软化温度ST>1050℃,以避免床内气化高温区结渣,破坏流化床正常操作。
4.4 煤对二氧化碳反应性
由于恩德炉等流化床气化炉的床层温度只有950℃左右,低于一般固定床1100℃左右和气流床的1400℃以上,加之气化剂在气化炉内的停留时间只有数十秒,煤料在气化炉内的停留时间也只有数分钟。因此,从经济角度和实际气化效果看,流化床气化工艺要求原料煤的反应性较高。这样,反应性好的褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤等就是流化床气化工艺的最适宜煤种。一般要求在950℃时煤对CO2反应性应大于60%,且最好大于80%。
综合以上指标,推荐检测要求如下:
以上便是我们推荐流化床汽化用煤采购时,可关注的重点检测指标。相比GB/T 29721-2013中的规定,本文中依据的是国家最新发布的《商品煤质量 流化床气化用煤》意见稿中的内容进行推荐。除了以上指标外,该意见稿还要求对流化床汽化用煤的配煤及杂物控制要求,具体检测要求可参考 GB/T 25960-2010《动力配煤规范》、GB-T 31087-20140《 商品煤杂物控制技术要求》两项标准中的规定。从上文也可以看出,国家对商品煤检测极为重视,其实不仅针对流化床汽化用煤的标准进行了重新修订,还有更多商品煤检测的标准正在编制中,如果大家在采购中有对商品煤检测的疑问?欢迎大留言讨论。
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