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浅议煤化工项目设计煤质数据选择

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摘要:设计煤质数据是煤化工项目前期技术工作的基础,对于项目技术选择和工程设计意义重大。文章根据煤化工项目建设经验,提出了煤质数据选择的基本程序,将设计煤质数据分为基础指标和专用指标,针对每种指标的特点,探讨了煤质数据确定过程中的一些关键点以及处理这些问题的一些思路和经验做法。

关键词:煤化工;设计基础;煤质数据

0引言

煤炭是煤化工项目最重要的原料,随着对煤化工工艺技术认识的不断深化,业内基本已经形成共识,掌握原料煤的特性是做好煤化工项目的前提。在煤化工项目前期和设计阶段,煤质数据的选择具有特别重要意义,关系到煤化工项目的工艺技术选择、投资以及项目建成后的运行可靠性、经济性等。国内部分煤化工项目建成后,由于各种原因,使用的原料煤煤质严重偏离项目设计采用的煤质,导致项目或长期不达产,或不能长周期稳定运行,花费巨资进行技术改造,这些都与设计阶段煤质数据选择不当有关。目前业内在设计煤质数据选择方面尚没有形成成熟的标准和方法,煤炭特性本身也具有一定的复杂性,都给煤质数据选择造成困难。煤化工项目设计煤质数据的选择涉及到多方面的因素,是一个循序渐进、不断优化的过程。这些因素包括原料煤的来源、项目采用的工艺技术、煤矿的资源赋存情况、生产情况等,需要综合分析研究才能确定项目设计采用的煤质数据。本文根据作者从事煤化工项目相关经验,总结了煤质数据选择的关键点,提出了煤质数据确定的基本程序、重点指标以及处理一些关键问题的思路和做法。

1设计煤质数据确定的基本程序

煤化工项目设计煤质数据的确定,首先要根据项目的实际情况,确定原料煤的主要来源,这是开展相关工作的前提。一般情况下,煤炭来源分为两种情况:一种是项目具有相对固定的煤炭来源,如国内很多大型煤化工项目都由配套的煤矿供应原料煤;另一种是项目需要到市场上采购原料煤。不同情况下设计煤质数据选择需要考虑的关键点是有差异的。然后需要详细了解项目使用的原料煤的煤质特点,收集整理煤质数据,对数据进行统计分析,初步确定项目设计煤质数据。设计采用的煤质数据的表示方法一般有两种,可以结合技术供应商要求选择采用:一种是采用设计煤种与校核煤种煤质数据的表示方法,这时需要选择两组煤质数据,分别作为设计煤质数据和校核煤质数据。另一种表示方法是选择一组煤质数据作为设计煤质数据,然后根据掌握的煤种煤质数据情况确定每一项煤质指标的波动范围。设计煤质数据一般用来进行工艺设计,因此亦称之为工艺设计煤种数据,校核煤质数据或设计煤质数据的波动范围一般用来进行设备设计或工艺校核,因此,也被称为设备设计煤种数据。初步掌握了原料煤的煤质情况后,就可以选择气化技术类型。

气化技术类型的选择是综合煤质、项目产品方案、环保、技术经济等多方面考虑后确定的,但煤质无疑是决定气化技术类型最重要的技术因素。目前,已经商业化应用的气化技术类型主要有固定床加压气化、水煤浆气化、干粉煤气化、流化床气化等,虽然每一种气化技术的煤种适应性都在不断扩大,但每一种气化技术都有自己最适合处理的煤种,相关研究报道已经很多,在此不再赘述[1]。对于具有相对固定的煤炭来源的煤化工项目,必须根据目标煤炭煤质情况选择气化技术。对于从市场上采购煤炭的煤化工项目,选择气化技术时考虑更多的是产品方案和技术经济因素,但也要充分考虑项目可以实现经济便利获取的煤炭煤质对气化工艺的适用性。确定了气化技术类型后,要根据气化技术对煤质指标进行复核和补充研究,确定最终采用的设计煤质数据。该阶段的工作重点是根据所选气化技术类型对煤质的要求,复核掌握的煤质数据,研究各种情况下是否满足气化工艺需要,补充缺少的煤质分析项目数据。该步骤是确定设计煤质数据的最后一步,如果没有发现煤质数据与气化技术之间的严重不匹配情况,一般就可以最终确定采用的设计煤质数据。

2设计煤质数据主要指标和确定

表征煤质的指标有很多,根据煤化工项目设计需要,设计煤质数据的主要指标可以分为两类:第一类是基础指标,是开展项目设计的基础数据;第二类是专用指标,根据工艺技术特别是气化技术选用情况需要专门考虑。

2.1基础指标及确定

基础指标包括全水、工业分析、元素分析、硫含量、热值等,基本上都是目前商品煤交易中涉及的指标,也是煤化工项目工艺设计的基础数据,对项目的经济性具有较大影响。这些指标的确定,通常具有较多的参考资料和数据。如果项目有配套煤矿,可以结合该煤矿的精勘资料、生产煤质数据和采样分析数据综合分析后确定项目设计煤质数据;如果项目主要从市场上采购煤炭,就要对主要采购渠道的煤质进行调研,综合考虑项目经济性提出项目设计煤质数据。

2.2专用指标及确定

专用指标随气化技术不同而异。固定床气化中,需要考虑煤的粒度、热稳定性、机械强度、反应活性、灰熔点;流化床气化中,需要考虑的指标是反应活性、粘结指数和灰熔点;气流床气化中,如果是干粉气化,需要考虑的指标是可磨指数、灰熔点及灰的粘温特性,如果是水煤浆气化,还需要考虑成浆性。气化技术的选择与煤质密切相关,专用指标往往在气化技术选择中具有决定性作用。专用指标的确定,一般情况下可供参考的资料比较少,多数情况下需要通过采样分析获得,但有限的采样分析次数往往造成结果随机性很强,给确定带来困难。

3设计煤质数据选择的关键点

3.1基础指标确定的关键点

长期以来,煤炭的主要用途是作为燃料和炼焦,煤质指标分析方法设计和商品煤的质量指标也主要考虑这些用途。在煤化工中煤的转化过程与煤燃烧或焦化过程存在较大区别,煤化工项目的设计煤质数据确定需要结合采用气化技术的实际情况,部分情况下需要通过专门设计的实验来获取更为可靠适用的数据。基础指标数据的确定可以参考锅炉、炼焦行业的经验,重点是确定发热量、灰分含量、水分含量、硫含量。发热量是工艺设计的重要基础数据,直接影响系统的煤耗、氧耗和能效。煤炭的发热量可以通过洗选和配煤等技术调整,需要结合煤炭的可选性或配煤的经济性等因素综合考虑。一般情况下,不推荐直接采用原煤作为煤化工用煤,原因就在于原煤质量不稳定,经过洗选可以起到稳定煤质的作用,有利于煤化工装置操作和稳定运行。发热量确定后,即可确定灰分含量、水分含量和硫含量。灰分含量和水分含量与煤的发热量高度相关,对于同一煤种,发热量确定后,灰分和水分含量的变动范围就比较小,较易确定。煤化工工艺对于煤中的硫含量适应性很强,硫含量主要影响设备的选材和硫回收装置的设计。对于配套煤矿供煤,要参考煤田详勘等资料综合了解整个井田煤中硫含量的分布情况,很有可能同一井田内既有高硫煤又有低硫煤,这时工艺设计就要考虑高硫煤的使用问题。对于外购煤炭作为原料煤,可以利用煤化工装置处理高硫煤的优势,采购高硫煤作为原料煤降低煤炭采购成本。最终设计采用的硫含量,要根据实际情况在保证安全生产的同时,不提升设备管道材料等级,维持硫回收装置经济稳定运行。

3.2专用指标确定的关键点

专用指标数据收集可供参考的资料一般较少,通常需要采样分析。由于时间、采样的代表性等原因,能够收集到的数据往往非常有限,给专用指标的确定带来困难。解决这一问题,一般可以考虑从三个方面入手。一是加大取样分析频次,持续对煤质数据进行跟踪,及时调整和修正。需要指出的是,要正确对待数据的波动性,调整或修正要慎重。二是充分利用煤田地质勘探阶段煤质调查数据。地质勘探阶段煤质调查的重点在于煤质的通用指标,但也或多或少包含一些专用指标数据,从这些数据中可以初步了解整个煤田的煤质特征。三是按照掌握的煤质内在关系,利用现有数据推算。如煤灰的熔融特性和粘温特性与煤灰的组成之间就具有很强的规律性[2],通过经验公式或相图就可以利用灰分组成数据推算出来煤灰的熔融特性和粘温特性。利用煤岩成分数据也可以较为准确的推断出煤的一些物理性质[3],如机械强度、反应活性等,煤田地质勘探阶段煤质调查一般都将煤岩成分调查作为一个重点,可供采用的数据也比较多。专用指标确定的另一个难点是分析方法的适用性问题。工艺条件对煤的某些特性具有较大影响,如果煤质分析所采用的测试条件和煤在工业使用中的工艺条件差别较大,就有可能造成较大的误差。如煤的粘结性,常压下粘结性较弱的煤种在加压条件下粘结性可能会成倍的增大,如果在工艺设计中没有注意到这个问题,可能就会影响装置的正常运行。煤的机械强度也存在类似的问题,通常情况下强度较好的煤在快速受热时强度可能会急速下降,甚至出现粉化现象。因此,在专用指标的确定过程中要充分考虑分析方法的适用性问题,如有必要,可以进行专题实验研究。

4结语

设计煤质数据的确定,是煤化工项目前期的一项重要技术工作,是开展项目设计的前提条件之一。

(1)设计煤质数据的确定,要建立在对原料煤煤质情况充分了解的基础上,综合考虑工艺技术选择、经济性等因素,按照初步确定—技术复核—调整修正—最终确定的基本程序,形成最终采用的的设计煤质数据。

(2)设计煤质数据可以划分为基础指标和专用指标,根据工艺技术选择情况分别确定。要特别重视专用指标数据的确定对气化技术的选择的作用。

(3)基础指标和专用指标确定过程中,要根据每一项指标的作用,结合煤化工项目的特点,做到具体问题具体分析,特别是数据收集、分析方法适用性等关键问题,对于设计煤质数据确定具有重要作用。

参考文献

[1]步学朋,任相坤,崔永君.煤炭气化技术对煤质的选择及适应性分析[J].神华科技:2009,(05):73-77,81.

[2]台培杰,袁海平,梁钦锋,等.煤灰和熔渣的熔融特性和黏温特性比较[J].华东理工大学学报(自然科学版):2010,36(6):765-770.

[3]解维伟.煤化学与煤质分析[M].冶金工业出版社,2012.

作者:朱向伟 单位:中海油大同煤制气项目筹备组

煤杂志责任编辑:陈老师    阅读:人次