从目前世界煤炭气化技术发展的现状看,国外主要使用加压固定床、加压流化床以及加压气流床，而我国目前仍使用8000多台常压固定床煤气发生炉和水煤气炉，所产煤气主要用作工业燃气和生产合成氨与尿素的原料气。在“在七五“期间，我院从美国引进攻性台?100mm固定床加压气化小型试验装置，气化炉设计压力5.0Mpa,运行压力3.0Mpa。利用此装置评价过许多煤种在加气化条件下的工艺特性，为煤种的深加工与开发提供了可靠的技术参数，也进行过各煤种的常压固定床空气气化试验研究。
    2003年，对这台固定床加压气化小型试验装置进行了技术改造，改用计算机控制气化炉的操作参数，更新气化剂过热器，便气化试验条件更易于控制。下面介绍利用这台加压固定床小试装置测试常压空气气化过程中9个煤种的消耗指标、煤气产率、煤气组成、煤气热值和气化效率等，并对9个试验煤种固定床常压空气气化的适应性进行了分析研究。这9个煤种是分别来自孙村矿、华丰矿、朝阳矿、协庄矿、鄂庄矿、张庄矿等矿区的气煤或气肥煤，鹤壁三矿贫瘦煤，前岭无烟煤和朝鲜无烟煤。

一、常压空气气化试验流程
    9种煤常压空气气化化试验程见图1。经破碎、筛分制备成6-13mm的原料煤送入加压煤斗，在气化炉操作过程中，煤由输煤螺旋给料机送入气化炉，采用无级调速电机可灵活调节送煤速度。计量后的蒸馏水经柱塞泵送蒸汽发生器产生蒸气，再去蒸汽过热器加热，蒸气流量实行手动调节。空气经气体质量流量计计量后与过热蒸汽混合，从气化炉底部进入气化炉，经与灰渣层换热后与炽热的煤焦发生气化反应。气化过程生成的灰渣经螺旋输灰器由可调速电机驱动排入灰斗。气化产生的高温煤气在与新加入的煤料换热后离开气化炉顶部，在间接换热式煤气冷凝冷却器中被冷却，分离出冷凝液后经沉降罐脱除夹的液固杂质。煤气经涡街流量计计量，然后点火放空。少量煤气经进一步净化、干燥，由HP 5890气相色谱仪进行煤气组成的分析，使用定硫管分析煤气中含硫组分。煤气冷凝液定期排放，并进行收集、计量和取样化验. 试验系统涉及的温度、流量等重要参数由计算机采集和显示。气化炉气化段每隔100mm高度在两侧对称装有14去热电偶，以随时跟踪检测气化炉内料层温度的变化情况。常压固定床气化试验的主要操作参数为加煤量、气化剂流量等，本试验可以测试煤气流量、煤气组成、冷凝组成、冷凝液量及其成分、灰渣量及其成分等。

二、煤质化验结果
    9种煤经取样送国家煤炭质量督检验中心进行煤质化验与分析。结果见表1 。煤质分析结果表明，所有煤种水汾均低。对照《中国常压固定床煤气发生炉用煤标准》。孙村煤和张庄煤的灰分小于12.00%，属于常压固定床气化特级用煤；前岭无烟煤为一级；鹤壁贫瘦煤和朝鲜无烟煤灰分高，超过二级；其余煤种属于二级。从发热量分析，除朝鲜无烟煤灰种发热量均能满足要求。前岭无烟煤和朝鲜无烟煤的挥发分较低，鹤壁煤中等，其余煤种较高。除前岭无烟煤朝鲜无烟煤外，其他煤种均具有较强的粘结性。从元素分析结果看，前岭无烟煤固定碳含量最高，孙村煤和张庄煤次之，鄂庄煤最低，其余煤种居中。除华丰煤和张庄煤为高硫煤外，其余煤种均为低硫煤。总的来看，固定碳含量的高低基本与煤的发热量高低顺序一致。灰分低、挥发分高的煤，固定碳含量也高，因而发热量也高。
    从煤质的CO2反应性看，鹤壁煤反应性最低，张庄煤、鄂庄煤、华丰煤、朝鲜无烟煤、前岭无烟煤、孙村煤和朝阳煤按顺序依次递增。灰熔融性分析结果显示，孙村煤、协庄煤和鄂庄煤灰熔融性温度很高，朝阳度灰熔融性温度最低，其他煤居中。
    综合煤质分析结果可以认为：前岭无烟煤是最适合常压固定床空气气的原料，朝鲜无烟煤用作常压床空气气化效果不会太好。而其他煤种由于具有较强的粘结性，不适合用作常压固定床的气化原料。

三、煤种的气化适应性和气化指标
3.1煤种的气化适应性
    从煤质分析结果看，孙村、华丰、朝阳、协阳、鄂庄、张庄和鹤壁各矿煤种具有较强的粘结性，不适宜作常压固定空气气化的原料。然而这些煤种主要用于地下气化，实践表明尽管这些煤种的粘结性很强，但它们适合进行地下气化。在地面进行常压固定床气气化，主要是为了模拟地下气化的条件，取得气化工艺操作参数，为地下气化工程的可行性研究和设计提供参考数据。
    要想得到以上各粘结性强的煤种的常压固定床空气气化的基础数据，必须对原煤进行预理。先将部分待试验煤种进行干馏破粘，得到煤焦，再将原煤与煤焦混合均匀，破碎筛分成6-13mm的煤与煤焦混合物。经过预处理的煤样能够满足常压固定床空气气化的要求。前岭无烟煤和朝鲜无烟煤的常压固定床空气气化试验的煤样则按常规方法制备。
    常压空气气化操作温度的控制非常重要，它是提高煤气产量、优化煤气质量、降低生产成本的关键因素。在实际生产操作中，温度的控制与煤种的CO2反应性和灰熔融性温度有关。一般反应性好的煤，操作温度可当低一此；而反应性差的煤，为提高气化强度和煤气质量，必须保证高温使气化层操作温度尽可能接近煤灰的软化温度（一般比软化温度低50-100℃），但要防止燃烧层最高温度超过软化温度造成灰渣结成大块。常压空气固定床气化的最佳温度的控制，是通过调节加入水蒸气的量来实现的。水蒸气的多少是影响固定床气化炉煤灰结渣行为和排灰操作的决定性因素，也是影响气化过程运行经济性的重要因素，也是影响气过程运行经济的重要因素，是气化炉主要的调温手段。通过它将气化炉操作温度控制在最佳值，可以达到最高的生产能力和最好的经济效益。
    试验证明，经过预处理的9个煤种在?100mm固定床气化炉中，经过合理的操作控制，基本能够适应常压空气气化的要求，达到常压空气气化的工艺指标。

3.2气化指标
    9种煤的常压固定床空气气化技术经济指标见表2。在常压固定床空气气化所得各项气化指标中有些指标相近，但由于煤种煤质的差异以及操作制度的不同，有的气化指标也不同。

（1）炉内最高温度对煤气质量的影响
在操作控制上，除朝阳煤反应性好、较化温度低一些，炉内最高温度控制在1 100℃左右以外，其他煤种的炉内最高温度均达到或超过1 150℃。在不超过软化温度的情况下，操作控制温度越高，煤种反应性越好，煤气质量越好。尽管张庄煤反应活性低，但由于悄村煤和张庄煤炉内最高温度控制在1280左右，加上这2种煤灰产率和水分较低，因些煤气质量最好。
（2）煤气低热值
    在经过预处理的粘结性较强的煤种中，孙村煤和张庄煤煤气低热值近，煤气产率相近，煤耗量相等。鹤壁煤由于煤种反应活性低，灰分较高，因而煤气低热值较低。朝阳煤反应性比协庄煤高，但2种煤的煤所低热值相近。华丰煤和鄂庄煤反应性相近，这两种煤煤质特性比较相近，只是鄂庄煤灰分较高，因而煤气低热值相近，前者低热值稍高是由于其煤质固定碳含量稍高。前岭无烟煤是气化的优质原料，煤气低热值优于一般煤种。朝鲜无烟煤由于灰分高，作为常压固定床空气气化的煤种，所得煤气质量是最差的（正如前面煤质分析所预料的那样），煤气低热值只有4.15MJ/m3。
（3）煤气组成
    煤气中氢含量主要与原煤中氢组分含量以及气化蒸汽消耗量和蒸汽分解率关。在常压固定空气气化的煤气中，孙村煤、华丰煤和朝阳煤气化蒸汽消耗量较低，协庄煤气化蒸汽消耗量虽然较高，但蒸汽分解率较前3种煤低，所以这4种煤所产煤气中H2组分含量均低于CO。鄂庄煤和张庄煤气化蒸汽消耗量较其他煤种高，故产生煤气H2组分含量低于CO。鹤壁贫瘦煤、前岭无烟煤原煤中氢组分含量低于CO。朝鲜无烟煤原煤氢组分含量很低，气化蒸汽分解率虽较高，但是蒸汽消耗量很少，故所产煤气中H2组分含量也低于CO。煤气中H2S含量与原煤硫含量相对应，原煤硫含量最高的华丰煤产生的煤气中H2S的体积分数高达6010×10-6，其次是张庄煤，最低是鹤壁煤，仅为122×10-6。硫含量高，意味着煤气脱硫成本高，相应作为地下气化用煤，煤气净化成本也高。
（4）其他指标
    各种煤焦油产率主要与原煤挥发分有关，也与煤质有关。前6种煤主要为气煤或气肥煤，焦油产率很低，而前岭无烟煤和朝鲜无烟煤无焦油产生。由于前岭无烟煤和朝鲜无烟煤无焦油产生，因而煤的2种气化效率相等，其他煤种的气化效率基本上在正常水平。为了维持较高的反应炉温，加入的水蒸气量比较少，因而各煤种蒸汽分解率也比较高。
（5）试验结果与工业装置数据的比较
与工业气化炉相比，小型气化炉气化过程热损失 较大，导致少数煤种试验的气化率偏低，气化炉煤气出口温度偏低。根据与中试气化炉的比较和数学模型预测，估计在大型气化炉装置上，煤气出口温度将达500-550℃，因此在设计大型气化炉时，应考虑相关出口部件的耐热性。小型气化炉所采用的9种煤的空气气化气化强度为219-410 kg/（m2.H）,其值与中试置相比偏低,根据这9种煤的煤质特性,用在大中型装置上,气化强度可维持在较高的水平.

四、结语
从这9种煤的常压固定床空气气化的适应性研究和气化指标分析,可以确定在?100mm加压固定床气化炉上进行的煤种常压空气气化所得工艺参数是可靠的。虽然与中试或大型工业气化炉相比，存在着一些差别，但无论是气化消耗指标，还是所得煤气组成、煤气热值、气化强度、气化效率等参数，经过适当处理与修正，可直接用于工业气化装置的可行性研究或初步设计。

参考文献：

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