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水煤浆气化工艺配煤技术经济研究

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[摘要]GE水煤浆工艺主要采用烟煤为原料,但是贵州主产无烟煤。GE水煤浆装置如果需要采用贵州本地煤,就需要进行烟煤和无烟煤配煤试验。通过采用多种烟煤与无烟煤配比的工程试验,分析各种配煤对生产工艺和技术经济性影响,并拟合曲线,建立煤炭价格与最佳经济配比的数学关系,根据现行煤炭价格,计算出最佳经济配比。

[关键词]GE水煤浆;配煤;技术经济;研究

贵州赤天化桐梓化工有限公司设计年产30万吨合成氨、30万吨甲醇和52万吨尿素。气化装置采用GE公司水煤浆气化工艺技术,配置3台气化炉,每台设计煤浆量为62m3/h,最大煤浆量为72m3/h。根据GE水煤浆工艺技术特点,煤炭原料主要以低灰分、高挥发分的烟煤为主。但是,由于该项目地处贵州省桐梓县,而当地主要生产高灰分、低挥发分的无烟煤。虽然烟煤对GE水煤浆工艺具有良好的适应性,但是产地主要分布在西北一带,运输路途遥远,价格相对较高。而桐梓本地煤虽然运输路途近,价格相对较低,但是对GE水煤浆的适应性差,碳转化率低。因此,研究GE水煤浆工艺配煤的技术经济性,即通过工程技术试验,寻找配煤技术经济性规律,建立数学模型,研究煤炭价格变化与最佳经济性配比的数学关系。

1配煤试验

1.1试验方案

1.1.1试验对象和范围

以气化炉作为研究对象,通过研究桐梓本地煤和北方烟煤的5种配比分别对公司产品煤耗、产品煤成本、产量经济效益的影响,推导最佳配煤比及计算方法,确定某种煤价条件下的最佳配比。

1.1.2数据收集、计算和分析

根据GE水煤浆工艺特点,在稳定煤仓和煤浆槽料位前提下(控制在70%~80%),主要对气化炉煤仓进口原料煤量、煤质及煤浆的组分,气化炉产水煤气的气量和组分,排出的粗细渣量和组分,合成氨和粗甲醇产量、碳洗塔出口水煤气温度和压力等数据进行采集。通过上述采集数据,计算有效气量,粗甲醇折算氨产品计算吨氨煤耗,千方有效气煤耗,千方有效气耗氧,产渣率和碳转化率。通过采集和计算数据,进行对比分析,结合煤质变化,分析造成差异的主要原因。

1.1.3配煤精准度管理

校验频率由每月1次改为每周1次,精准度要达到千分之三。自动采样器每隔30分钟进行取样1次,并将一个班的样进行混合均匀后,再进行分析,避免了以往随机取样造成样品代表性差的问题。将煤场各种煤进行了标识和分类管理,提高配煤人员操作的准确性,安排专职人员日常到煤场进行监督管理,检查物料部配煤台帐,精确到各煤种的每班配量,每周五定时对各种煤进行盘库。

1.2数据收集、统计和计算

2016年5月25日——2016年6月24日,共采集了本地无烟煤和北方烟煤的配煤比(质量比)分别为7︰3、6︰4、5︰5、4︰6和3︰7五种数据,根据生产工艺数据和分析数据,作了数据统计、分析、计算和对比。

1.3主要数据分析

1.3.1耗煤量分析

根据图1,除配煤比为5︰5以外,吨氨煤耗随桐梓本地煤占比增大与增加,且大多数点都在拟合的直线上下。虽然各种配比的转化率相差不大,但是实际获得水煤气中CO、H2量相差较大。北方烟煤中挥发分含量较无烟煤高20%左右,挥发分中主要含各种烷烃和芳香烃,碳活性较好。北方烟煤占比越高,有效气中CO、H2占比越高。桐梓本地无烟煤与北方烟煤的配比越高,煤耗越高。当桐梓煤与北方烟煤比值为7︰3时,吨氨耗煤和千方有效气耗煤分别比桐梓煤与北方烟煤比值为3︰7时的高6.81%和8.17%。当配比为5︰5时,由于煤浆浓度和挥发分含量达到一个较为理想的中间值,因此兼顾了北方煤和桐梓本地煤的优点,吨产品耗煤和有效气耗煤达到一个较低值。

1.3.2产渣率分析、耗氧量、碳转化率和热值分析

通过几组数据对比分析,各种配比产渣量随着桐梓本地煤占比升高而增大,这与桐梓本地煤灰分较高相关。桐梓本地煤比例越高,有效气的耗氧量越高,增大了空分运行成本。根据数据表,当桐梓煤与北方烟煤比值为7︰3时,千方有效气耗氧分比桐梓煤与北方烟煤比值为3︰7时的高4.96%,即千方有效气多耗高压蒸汽0.05吨。以渣为计算依据,各种配比碳转化率相差很小,气化温度达到1350℃及以上温度时,煤中碳转化率均接近化学平衡。但是粗渣中残碳受煤种影响较大,尤其是桐梓本地煤占比越高,粗渣残碳越高。北方烟煤比例越高,混合煤的热值越低,主要原因是混合煤中固定碳含量较低。例如,收到基固定碳在桐梓煤与北方煤比例为7︰3时,比在桐梓煤与北方煤比例为3︰7时高3.5%。

1.3.3产硫量分析

桐梓本地煤与北方烟煤比值越大,混合后煤中总硫含量越高,因此,当桐梓煤与北方烟煤比值为7︰3时,煤中硫含量比桐梓煤与北方烟煤比值为3︰7时的高85%,即增加450m3/h硫化氢气体,每天可增大硫磺产量15.5吨。

2技术经济分析

2.1工艺最低消耗分析

根据试验数据,当桐梓本地煤:北方烟煤比例为3:7和5︰5时,吨产品耗入炉煤消耗最低,分别为1.422t/t和1.435t/t,有效气耗煤分别为0.674t/km3和0.702t/km3。

2.2现行煤价的成本分析

根据各种配比下吨氨和有效气的消耗数据,结合当前北方烟煤、桐梓本地煤的采购煤价和蒸汽价格(桐梓本地煤与北方烟煤采购均价分别为460元/吨和650元/吨,高压蒸汽价格为120元/吨),编制了吨氨耗煤和有效气耗煤的成本表。

2.3配比与煤价的关系式推导

2.3.1拟合直线

利用吨氨煤耗与配比拟合一条直线,如图1直线,根据上述氨煤耗和配比数据,计算方程式系数:a=0.058,b=1.392即得方程式:y=0.058x+1.392(1≥x≥0)式中y为吨氨煤耗,x为桐梓本地煤占入炉煤的比率。

2.4经济效益与配比的关系

根据产品价格、不同配比产量和消耗的关系建立经济效益关系式。因为合成氨涉及消耗原材料较多,本次只以吨氨耗煤计入消耗成本。具体关系式推导如下:效益=收入-消耗=产量×[产品单价-煤耗成本]根据各种配比的煤耗成本,可以计算经济效益。从最大经济效益中选择最大效益对应的配比作为最佳经济效益配比。通过计算,根据现行煤价和产品液氨销售价格,当桐梓本地煤与北方烟煤配比为5︰5和6︰4时,经济效益较高。

3结论

根据试验及运行数据,桐梓本地煤与北方烟煤配比越高时,吨氨消耗、产渣率、水煤气硫含量、灰分及残碳较高,有效气产率较低。其中,桐梓本地煤与北方煤比例为3︰7和5︰5,吨产品耗煤较低。根据试验数据和现行煤价,桐梓本地煤与北方煤比例为7︰3、6︰4和5︰5时,吨氨耗煤和有效气煤耗的成本较低。从经济效益来看,当桐梓本地煤与北方烟煤配比为5︰5和6︰4时,经济效益最高。通过数学分析,建立了水煤浆经济配比与煤耗成本的数学关系式,用于指导生产实际。

参考文献

[1]胡云凯,娄伦武.无烟煤在GE水煤浆气化装置的应用总结[J].氮肥技术,2014,35(4):24-26.

[2]蔡书琴,杜俊.水煤浆配煤试验研究与应用[J].化肥工业,2015,42(4):31-33.

[3]邹杰,许玲玉.水煤浆浓度变化对煤气化工艺的能耗影响分析[J].煤化工,2016,44(2):50-53.

[4]张洪伟,谢玉杰,梁彦辉.水煤浆浓度影响因素研究[J].洁净煤技术,2013,19(3):71-73.

作者:付国 单位:贵州赤天化桐梓化工有限公司

水煤浆气化工艺配煤技术经济研究责任编辑:张雨    阅读:人次
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