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摘 要：分析了原料煤的水分、灰分、固定碳和挥发分、粒度、结渣性5种主要工矿因素对PKM气化炉工作性能的影响，提出了针对性的处置措施。
关键词： PKM气化炉 煤质 工作性能
一、PKM气化工艺简介
PKM加压气化工艺是一种逆流自热式煤气生产工艺，采用PKM型气化炉为转化设备，原料以依兰长焰煤为主，在表壓2.8Mpa、900～1000℃温度下，用气化剂（高压蒸汽和氧气）生产粗煤气。产品净化后一部分作为城市燃气，另一部分作为甲醛合成原料气。研究表明：原料煤的性能对气化炉工作性能具有显著影响。受开采及储运条件的影响，长焰煤的煤质常常无法达到工作要求，降低了气化炉工作的稳定性，限制了生产能力。下面就煤质对气化炉运行的影响及应对措施进行讨论。
二、原料煤质对气化炉工作性能的影响
1.水分影响
由于依兰长焰煤采取露天和斜井开采方式，雨、雪季节开采的原煤含水量高，对气化会造成诸多不良影响，突出表现在：（1）原料煤水分过高会导致筛分困难、挂壁、膨料等一系列问题，加大气化的难度。（1）大量水分汽化造成能耗、氧耗上升；（2）压力升高增大了气化炉负荷，促使煤块崩裂粉化，导致入炉煤中粉煤含量过高；（3）产生大量含酚废水，加大污水处理的投入。
2.灰分影响
原料煤灰分较高时，会降低气化剂及气化产物的传热及传质速度，进而阻碍原料煤气化，降低燃烧区和气化区的工作温度。与此同时，灰区的渗入大量碳核颗粒的燃烧进一步升高灰区温度，不但浪费原料，还会降低煤气产率。同时，原料煤灰分较高，会导致气化床各反应层温度紊乱，灰分燃烧后的排渣及煤气带出热量增加，降低气化炉热效率。正常情况下，灰区与灰锁罩的温度控制在350℃以内，压力箱的温度控制在380 ℃以内。灰区温度的增高，会加速气化炉压力箱和密封材料的老化，降低的密封性能，缩短使用周期。此外，原料煤灰分高导致排灰频繁，加大对气化炉炉篦、阀门、管线、刮板机的磨损，浪费大量的灰锁充压蒸汽和煤锁吹扫蒸汽。
3.固定碳和挥发分影响
作为制备煤气的核心成分，固定碳的含量直接影响气化炉的煤气产率。原料煤中固定碳含量高，气化炉运行煤气产率也高。挥发分含量高会提高气化炉的中油和焦油等副产品的产率，加重产品分离负荷，降低煤气产率。
4.粒度影响
当气化剂含尘量一定时，原料煤粒度减小，会降低气化炉的氧耗、汽耗，提升设备的经济性。如原料煤粒度过细，将会使气流粉煤含量增大、夹带物增多，这样会增大原料损失，出现喷淋冷却器釜底积煤，床层结渣和沟流，甚至管束堵塞等一系列故障，影响气化炉的正常气化，加大设备维修难度。
5.结渣性影响
原料煤的结渣性包括灰熔点和灰性能两个二级指标，结渣性是直接影响PKM气化炉的气氧比和气化强度，是气化炉的一核心性能指标。提高灰熔点高，可以相应提高气化炉的工作温度，减低气氧比，减少含酚废水的生产，提高气化炉的运行经济性。原料煤的灰性能会影响气化操作温度范围，原料煤的灰性能好，气化操作温度波动就小，炉内也不易发生结渣现象。
三、提高气化炉工作性能的措施
1.升高气化炉反应温度
温度对化学反应速率影响十分显著，气化炉内原料的分解、气化、燃烧，速度都随着温度的升高而加快。处于生产效率和设备维护的综合考虑，压力箱内温度控制在380 ℃以下，灰区及灰锁罩区温度控制在350℃以下。
2.延长原料煤的滞留时间
原料煤滞留时间在气化炉内细分为固相滞留时间和气相滞留时间。固相滞留时间是指固态原料煤从进入气化室到升温热分解成气体的耗时，气相滞留时间指生物质热解产物中气相产物在热解反应器内的停留时间。煤的热解经历两步反应过程。第一是固相反应，化合物进行聚合脱水，这一步属于快速反应；第二是气相反应，指的是中低分子碳水化合物的裂解、重整等。气相反应进行的程度与反应温度与滞留时间相关，其中主要影响来自滞留时间。在短滞留时间的起始情况下延长气相产物的滞留时间，产品中煤气与甲醛原料气的含量明显增加，但当达到一定值后，增长便会出现停滞，说明不能一味延长滞留时间，通常为300～350s。
3.降低灰分与水分
原料煤需按灰分及粒度等级分仓存贮，入炉前依灰分指标完成精确配煤，在破碎和筛分前进行矸石筛选降低灰分，入炉煤的灰分要控制在15% 内。 针对长焰煤含水高的情况，采用在贮煤场存煤自然脱水、入炉前蒸汽加热滚动筛分的组合方法降低含水量，同时除去大量煤粉，控制入炉煤水分低于3%，满足PKM气化操作要求。
此外，在入炉煤灰分较高时，气化炉的工作负荷增大，为了使气化炉运行稳定，需要加强排灰，在除灰系统中增设缓冲装置，缩短灰锁排空时间，增强拍灰系统的适应性。
4.合理利用粉煤
粉煤的灰分较低、易于气化，是PKM 气化炉的优质原料煤种。由于依兰长焰煤中粉煤量较高，如增加一套粉煤收集成型装置，将其加工成煤砖使用，将大幅提高气化生产效率。
参考文献
[1] 于广锁，牛苗任，王亦飞，等.气流床煤气化的技术现状和发展趋势[J].现代化工，2004，24（5）：23-26.
[2] 肖键，周永刚，赵虹.混煤燃烧过程中飞灰颗粒排放特性试验[J].煤炭学报，2006，31（6）：794-798.
[3] 杨震. 赵振兴. 郭琴琴.等. 煤粉加压气化炉对流段换热特性试验[J]. 重庆大学学报，2011（10）： 82-85+102
[4] 周永刚，肖键，赵虹.混煤燃烧过程中温度对颗粒物生成特性影响的研究[J].环境科学学报，2007，27（3）：426-430.
作者简介：张成，山西潞安煤基合成油公司，1985年生，助理工程师。
关键词： PKM气化炉 煤质 工作性能
一、PKM气化工艺简介
PKM加压气化工艺是一种逆流自热式煤气生产工艺，采用PKM型气化炉为转化设备，原料以依兰长焰煤为主，在表壓2.8Mpa、900～1000℃温度下，用气化剂（高压蒸汽和氧气）生产粗煤气。产品净化后一部分作为城市燃气，另一部分作为甲醛合成原料气。研究表明：原料煤的性能对气化炉工作性能具有显著影响。受开采及储运条件的影响，长焰煤的煤质常常无法达到工作要求，降低了气化炉工作的稳定性，限制了生产能力。下面就煤质对气化炉运行的影响及应对措施进行讨论。
二、原料煤质对气化炉工作性能的影响
1.水分影响
由于依兰长焰煤采取露天和斜井开采方式，雨、雪季节开采的原煤含水量高，对气化会造成诸多不良影响，突出表现在：（1）原料煤水分过高会导致筛分困难、挂壁、膨料等一系列问题，加大气化的难度。（1）大量水分汽化造成能耗、氧耗上升；（2）压力升高增大了气化炉负荷，促使煤块崩裂粉化，导致入炉煤中粉煤含量过高；（3）产生大量含酚废水，加大污水处理的投入。
2.灰分影响
原料煤灰分较高时，会降低气化剂及气化产物的传热及传质速度，进而阻碍原料煤气化，降低燃烧区和气化区的工作温度。与此同时，灰区的渗入大量碳核颗粒的燃烧进一步升高灰区温度，不但浪费原料，还会降低煤气产率。同时，原料煤灰分较高，会导致气化床各反应层温度紊乱，灰分燃烧后的排渣及煤气带出热量增加，降低气化炉热效率。正常情况下，灰区与灰锁罩的温度控制在350℃以内，压力箱的温度控制在380 ℃以内。灰区温度的增高，会加速气化炉压力箱和密封材料的老化，降低的密封性能，缩短使用周期。此外，原料煤灰分高导致排灰频繁，加大对气化炉炉篦、阀门、管线、刮板机的磨损，浪费大量的灰锁充压蒸汽和煤锁吹扫蒸汽。
3.固定碳和挥发分影响
作为制备煤气的核心成分，固定碳的含量直接影响气化炉的煤气产率。原料煤中固定碳含量高，气化炉运行煤气产率也高。挥发分含量高会提高气化炉的中油和焦油等副产品的产率，加重产品分离负荷，降低煤气产率。
4.粒度影响
当气化剂含尘量一定时，原料煤粒度减小，会降低气化炉的氧耗、汽耗，提升设备的经济性。如原料煤粒度过细，将会使气流粉煤含量增大、夹带物增多，这样会增大原料损失，出现喷淋冷却器釜底积煤，床层结渣和沟流，甚至管束堵塞等一系列故障，影响气化炉的正常气化，加大设备维修难度。
5.结渣性影响
原料煤的结渣性包括灰熔点和灰性能两个二级指标，结渣性是直接影响PKM气化炉的气氧比和气化强度，是气化炉的一核心性能指标。提高灰熔点高，可以相应提高气化炉的工作温度，减低气氧比，减少含酚废水的生产，提高气化炉的运行经济性。原料煤的灰性能会影响气化操作温度范围，原料煤的灰性能好，气化操作温度波动就小，炉内也不易发生结渣现象。
三、提高气化炉工作性能的措施
1.升高气化炉反应温度
温度对化学反应速率影响十分显著，气化炉内原料的分解、气化、燃烧，速度都随着温度的升高而加快。处于生产效率和设备维护的综合考虑，压力箱内温度控制在380 ℃以下，灰区及灰锁罩区温度控制在350℃以下。
2.延长原料煤的滞留时间
原料煤滞留时间在气化炉内细分为固相滞留时间和气相滞留时间。固相滞留时间是指固态原料煤从进入气化室到升温热分解成气体的耗时，气相滞留时间指生物质热解产物中气相产物在热解反应器内的停留时间。煤的热解经历两步反应过程。第一是固相反应，化合物进行聚合脱水，这一步属于快速反应；第二是气相反应，指的是中低分子碳水化合物的裂解、重整等。气相反应进行的程度与反应温度与滞留时间相关，其中主要影响来自滞留时间。在短滞留时间的起始情况下延长气相产物的滞留时间，产品中煤气与甲醛原料气的含量明显增加，但当达到一定值后，增长便会出现停滞，说明不能一味延长滞留时间，通常为300～350s。
3.降低灰分与水分
原料煤需按灰分及粒度等级分仓存贮，入炉前依灰分指标完成精确配煤，在破碎和筛分前进行矸石筛选降低灰分，入炉煤的灰分要控制在15% 内。 针对长焰煤含水高的情况，采用在贮煤场存煤自然脱水、入炉前蒸汽加热滚动筛分的组合方法降低含水量，同时除去大量煤粉，控制入炉煤水分低于3%，满足PKM气化操作要求。
此外，在入炉煤灰分较高时，气化炉的工作负荷增大，为了使气化炉运行稳定，需要加强排灰，在除灰系统中增设缓冲装置，缩短灰锁排空时间，增强拍灰系统的适应性。
4.合理利用粉煤
粉煤的灰分较低、易于气化，是PKM 气化炉的优质原料煤种。由于依兰长焰煤中粉煤量较高，如增加一套粉煤收集成型装置，将其加工成煤砖使用，将大幅提高气化生产效率。
参考文献
[1] 于广锁，牛苗任，王亦飞，等.气流床煤气化的技术现状和发展趋势[J].现代化工，2004，24（5）：23-26.
[2] 肖键，周永刚，赵虹.混煤燃烧过程中飞灰颗粒排放特性试验[J].煤炭学报，2006，31（6）：794-798.
[3] 杨震. 赵振兴. 郭琴琴.等. 煤粉加压气化炉对流段换热特性试验[J]. 重庆大学学报，2011（10）： 82-85+102
[4] 周永刚，肖键，赵虹.混煤燃烧过程中温度对颗粒物生成特性影响的研究[J].环境科学学报，2007，27（3）：426-430.
作者简介：张成，山西潞安煤基合成油公司，1985年生，助理工程师。