淺議煤化工項目設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇范文

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摘要：設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)是煤化工項目前期技術(shù)工作的基礎(chǔ),對于項目技術(shù)選擇和工程設(shè)計意義重大。文章根據(jù)煤化工項目建設(shè)經(jīng)驗,提出了煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇的基本程序,將設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)指標和專用指標,針對每種指標的特點,探討了煤質(zhì)數(shù)據(jù)確定過程中的一些關(guān)鍵點以及處理這些問題的一些思路和經(jīng)驗做法。

關(guān)鍵詞：煤化工;設(shè)計基礎(chǔ);煤質(zhì)數(shù)據(jù)

0引言

煤炭是煤化工項目最重要的原料,隨著對煤化工工藝技術(shù)認識的不斷深化,業(yè)內(nèi)基本已經(jīng)形成共識,掌握原料煤的特性是做好煤化工項目的前提。在煤化工項目前期和設(shè)計階段,煤質(zhì)數(shù)據(jù)的選擇具有特別重要意義,關(guān)系到煤化工項目的工藝技術(shù)選擇、投資以及項目建成后的運行可靠性、經(jīng)濟性等。國內(nèi)部分煤化工項目建成后,由于各種原因,使用的原料煤煤質(zhì)嚴重偏離項目設(shè)計采用的煤質(zhì),導(dǎo)致項目或長期不達產(chǎn),或不能長周期穩(wěn)定運行,花費巨資進行技術(shù)改造,這些都與設(shè)計階段煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇不當有關(guān)。目前業(yè)內(nèi)在設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇方面尚沒有形成成熟的標準和方法,煤炭特性本身也具有一定的復(fù)雜性,都給煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇造成困難。煤化工項目設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的選擇涉及到多方面的因素,是一個循序漸進、不斷優(yōu)化的過程。這些因素包括原料煤的來源、項目采用的工藝技術(shù)、煤礦的資源賦存情況、生產(chǎn)情況等,需要綜合分析研究才能確定項目設(shè)計采用的煤質(zhì)數(shù)據(jù)。本文根據(jù)作者從事煤化工項目相關(guān)經(jīng)驗,總結(jié)了煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇的關(guān)鍵點,提出了煤質(zhì)數(shù)據(jù)確定的基本程序、重點指標以及處理一些關(guān)鍵問題的思路和做法。

1設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)確定的基本程序

煤化工項目設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的確定,首先要根據(jù)項目的實際情況,確定原料煤的主要來源,這是開展相關(guān)工作的前提。一般情況下,煤炭來源分為兩種情況:一種是項目具有相對固定的煤炭來源,如國內(nèi)很多大型煤化工項目都由配套的煤礦供應(yīng)原料煤;另一種是項目需要到市場上采購原料煤。不同情況下設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇需要考慮的關(guān)鍵點是有差異的。然后需要詳細了解項目使用的原料煤的煤質(zhì)特點,收集整理煤質(zhì)數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,初步確定項目設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)。設(shè)計采用的煤質(zhì)數(shù)據(jù)的表示方法一般有兩種,可以結(jié)合技術(shù)供應(yīng)商要求選擇采用:一種是采用設(shè)計煤種與校核煤種煤質(zhì)數(shù)據(jù)的表示方法,這時需要選擇兩組煤質(zhì)數(shù)據(jù),分別作為設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)和校核煤質(zhì)數(shù)據(jù)。另一種表示方法是選擇一組煤質(zhì)數(shù)據(jù)作為設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù),然后根據(jù)掌握的煤種煤質(zhì)數(shù)據(jù)情況確定每一項煤質(zhì)指標的波動范圍。設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)一般用來進行工藝設(shè)計,因此亦稱之為工藝設(shè)計煤種數(shù)據(jù),校核煤質(zhì)數(shù)據(jù)或設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的波動范圍一般用來進行設(shè)備設(shè)計或工藝校核,因此,也被稱為設(shè)備設(shè)計煤種數(shù)據(jù)。初步掌握了原料煤的煤質(zhì)情況后,就可以選擇氣化技術(shù)類型。

氣化技術(shù)類型的選擇是綜合煤質(zhì)、項目產(chǎn)品方案、環(huán)保、技術(shù)經(jīng)濟等多方面考慮后確定的,但煤質(zhì)無疑是決定氣化技術(shù)類型最重要的技術(shù)因素。目前,已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的氣化技術(shù)類型主要有固定床加壓氣化、水煤漿氣化、干粉煤氣化、流化床氣化等,雖然每一種氣化技術(shù)的煤種適應(yīng)性都在不斷擴大,但每一種氣化技術(shù)都有自己最適合處理的煤種,相關(guān)研究報道已經(jīng)很多,在此不再贅述[1]。對于具有相對固定的煤炭來源的煤化工項目,必須根據(jù)目標煤炭煤質(zhì)情況選擇氣化技術(shù)。對于從市場上采購煤炭的煤化工項目,選擇氣化技術(shù)時考慮更多的是產(chǎn)品方案和技術(shù)經(jīng)濟因素,但也要充分考慮項目可以實現(xiàn)經(jīng)濟便利獲取的煤炭煤質(zhì)對氣化工藝的適用性。確定了氣化技術(shù)類型后,要根據(jù)氣化技術(shù)對煤質(zhì)指標進行復(fù)核和補充研究,確定最終采用的設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)。該階段的工作重點是根據(jù)所選氣化技術(shù)類型對煤質(zhì)的要求,復(fù)核掌握的煤質(zhì)數(shù)據(jù),研究各種情況下是否滿足氣化工藝需要,補充缺少的煤質(zhì)分析項目數(shù)據(jù)。該步驟是確定設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的最后一步,如果沒有發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)數(shù)據(jù)與氣化技術(shù)之間的嚴重不匹配情況,一般就可以最終確定采用的設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)。

2設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)主要指標和確定

表征煤質(zhì)的指標有很多,根據(jù)煤化工項目設(shè)計需要,設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的主要指標可以分為兩類:第一類是基礎(chǔ)指標,是開展項目設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);第二類是專用指標,根據(jù)工藝技術(shù)特別是氣化技術(shù)選用情況需要專門考慮。

2.1基礎(chǔ)指標及確定

基礎(chǔ)指標包括全水、工業(yè)分析、元素分析、硫含量、熱值等,基本上都是目前商品煤交易中涉及的指標,也是煤化工項目工藝設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對項目的經(jīng)濟性具有較大影響。這些指標的確定,通常具有較多的參考資料和數(shù)據(jù)。如果項目有配套煤礦,可以結(jié)合該煤礦的精勘資料、生產(chǎn)煤質(zhì)數(shù)據(jù)和采樣分析數(shù)據(jù)綜合分析后確定項目設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù);如果項目主要從市場上采購煤炭,就要對主要采購渠道的煤質(zhì)進行調(diào)研,綜合考慮項目經(jīng)濟性提出項目設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)。

2.2專用指標及確定

專用指標隨氣化技術(shù)不同而異。固定床氣化中,需要考慮煤的粒度、熱穩(wěn)定性、機械強度、反應(yīng)活性、灰熔點;流化床氣化中,需要考慮的指標是反應(yīng)活性、粘結(jié)指數(shù)和灰熔點;氣流床氣化中,如果是干粉氣化,需要考慮的指標是可磨指數(shù)、灰熔點及灰的粘溫特性,如果是水煤漿氣化,還需要考慮成漿性。氣化技術(shù)的選擇與煤質(zhì)密切相關(guān),專用指標往往在氣化技術(shù)選擇中具有決定性作用。專用指標的確定,一般情況下可供參考的資料比較少,多數(shù)情況下需要通過采樣分析獲得,但有限的采樣分析次數(shù)往往造成結(jié)果隨機性很強,給確定帶來困難。

3設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)選擇的關(guān)鍵點

3.1基礎(chǔ)指標確定的關(guān)鍵點

長期以來,煤炭的主要用途是作為燃料和煉焦,煤質(zhì)指標分析方法設(shè)計和商品煤的質(zhì)量指標也主要考慮這些用途。在煤化工中煤的轉(zhuǎn)化過程與煤燃燒或焦化過程存在較大區(qū)別,煤化工項目的設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)確定需要結(jié)合采用氣化技術(shù)的實際情況,部分情況下需要通過專門設(shè)計的實驗來獲取更為可靠適用的數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)指標數(shù)據(jù)的確定可以參考鍋爐、煉焦行業(yè)的經(jīng)驗,重點是確定發(fā)熱量、灰分含量、水分含量、硫含量。發(fā)熱量是工藝設(shè)計的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),直接影響系統(tǒng)的煤耗、氧耗和能效。煤炭的發(fā)熱量可以通過洗選和配煤等技術(shù)調(diào)整,需要結(jié)合煤炭的可選性或配煤的經(jīng)濟性等因素綜合考慮。一般情況下,不推薦直接采用原煤作為煤化工用煤,原因就在于原煤質(zhì)量不穩(wěn)定,經(jīng)過洗選可以起到穩(wěn)定煤質(zhì)的作用,有利于煤化工裝置操作和穩(wěn)定運行。發(fā)熱量確定后,即可確定灰分含量、水分含量和硫含量。灰分含量和水分含量與煤的發(fā)熱量高度相關(guān),對于同一煤種,發(fā)熱量確定后,灰分和水分含量的變動范圍就比較小,較易確定。煤化工工藝對于煤中的硫含量適應(yīng)性很強,硫含量主要影響設(shè)備的選材和硫回收裝置的設(shè)計。對于配套煤礦供煤,要參考煤田詳勘等資料綜合了解整個井田煤中硫含量的分布情況,很有可能同一井田內(nèi)既有高硫煤又有低硫煤,這時工藝設(shè)計就要考慮高硫煤的使用問題。對于外購煤炭作為原料煤,可以利用煤化工裝置處理高硫煤的優(yōu)勢,采購高硫煤作為原料煤降低煤炭采購成本。最終設(shè)計采用的硫含量,要根據(jù)實際情況在保證安全生產(chǎn)的同時,不提升設(shè)備管道材料等級,維持硫回收裝置經(jīng)濟穩(wěn)定運行。

3.2專用指標確定的關(guān)鍵點

專用指標數(shù)據(jù)收集可供參考的資料一般較少,通常需要采樣分析。由于時間、采樣的代表性等原因,能夠收集到的數(shù)據(jù)往往非常有限,給專用指標的確定帶來困難。解決這一問題,一般可以考慮從三個方面入手。一是加大取樣分析頻次,持續(xù)對煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行跟蹤,及時調(diào)整和修正。需要指出的是,要正確對待數(shù)據(jù)的波動性,調(diào)整或修正要慎重。二是充分利用煤田地質(zhì)勘探階段煤質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)。地質(zhì)勘探階段煤質(zhì)調(diào)查的重點在于煤質(zhì)的通用指標,但也或多或少包含一些專用指標數(shù)據(jù),從這些數(shù)據(jù)中可以初步了解整個煤田的煤質(zhì)特征。三是按照掌握的煤質(zhì)內(nèi)在關(guān)系,利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)推算。如煤灰的熔融特性和粘溫特性與煤灰的組成之間就具有很強的規(guī)律性[2],通過經(jīng)驗公式或相圖就可以利用灰分組成數(shù)據(jù)推算出來煤灰的熔融特性和粘溫特性。利用煤巖成分數(shù)據(jù)也可以較為準確的推斷出煤的一些物理性質(zhì)[3],如機械強度、反應(yīng)活性等,煤田地質(zhì)勘探階段煤質(zhì)調(diào)查一般都將煤巖成分調(diào)查作為一個重點,可供采用的數(shù)據(jù)也比較多。專用指標確定的另一個難點是分析方法的適用性問題。工藝條件對煤的某些特性具有較大影響,如果煤質(zhì)分析所采用的測試條件和煤在工業(yè)使用中的工藝條件差別較大,就有可能造成較大的誤差。如煤的粘結(jié)性,常壓下粘結(jié)性較弱的煤種在加壓條件下粘結(jié)性可能會成倍的增大,如果在工藝設(shè)計中沒有注意到這個問題,可能就會影響裝置的正常運行。煤的機械強度也存在類似的問題,通常情況下強度較好的煤在快速受熱時強度可能會急速下降,甚至出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。因此,在專用指標的確定過程中要充分考慮分析方法的適用性問題,如有必要,可以進行專題實驗研究。

4結(jié)語

設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的確定,是煤化工項目前期的一項重要技術(shù)工作,是開展項目設(shè)計的前提條件之一。

(1)設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)的確定,要建立在對原料煤煤質(zhì)情況充分了解的基礎(chǔ)上,綜合考慮工藝技術(shù)選擇、經(jīng)濟性等因素,按照初步確定—技術(shù)復(fù)核—調(diào)整修正—最終確定的基本程序,形成最終采用的的設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)。

(2)設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)可以劃分為基礎(chǔ)指標和專用指標,根據(jù)工藝技術(shù)選擇情況分別確定。要特別重視專用指標數(shù)據(jù)的確定對氣化技術(shù)的選擇的作用。

(3)基礎(chǔ)指標和專用指標確定過程中,要根據(jù)每一項指標的作用,結(jié)合煤化工項目的特點,做到具體問題具體分析,特別是數(shù)據(jù)收集、分析方法適用性等關(guān)鍵問題,對于設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)確定具有重要作用。

參考文獻

[1]步學(xué)朋,任相坤,崔永君.煤炭氣化技術(shù)對煤質(zhì)的選擇及適應(yīng)性分析[J].神華科技:2009,(05):73-77,81.

[2]臺培杰,袁海平,梁欽鋒,等.煤灰和熔渣的熔融特性和黏溫特性比較[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版):2010,36(6):765-770.

[3]解維偉.煤化學(xué)與煤質(zhì)分析[M].冶金工業(yè)出版社,2012.

作者:朱向偉 單位:中海油大同煤制氣項目籌備組