水煤漿氣化工藝配煤技術經濟研究范文

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[摘要]GE水煤漿工藝主要采用煙煤為原料，但是貴州主產無煙煤。GE水煤漿裝置如果需要采用貴州本地煤，就需要進行煙煤和無煙煤配煤試驗。通過采用多種煙煤與無煙煤配比的工程試驗，分析各種配煤對生產工藝和技術經濟性影響，并擬合曲線，建立煤炭價格與最佳經濟配比的數學關系，根據現行煤炭價格，計算出最佳經濟配比。

[關鍵詞]GE水煤漿；配煤；技術經濟；研究

貴州赤天化桐梓化工有限公司設計年產30萬噸合成氨、30萬噸甲醇和52萬噸尿素。氣化裝置采用GE公司水煤漿氣化工藝技術，配置3臺氣化爐，每臺設計煤漿量為62m3/h，最大煤漿量為72m3/h。根據GE水煤漿工藝技術特點，煤炭原料主要以低灰分、高揮發分的煙煤為主。但是，由于該項目地處貴州省桐梓縣，而當地主要生產高灰分、低揮發分的無煙煤。雖然煙煤對GE水煤漿工藝具有良好的適應性，但是產地主要分布在西北一帶，運輸路途遙遠，價格相對較高。而桐梓本地煤雖然運輸路途近，價格相對較低，但是對GE水煤漿的適應性差，碳轉化率低。因此，研究GE水煤漿工藝配煤的技術經濟性，即通過工程技術試驗，尋找配煤技術經濟性規律，建立數學模型，研究煤炭價格變化與最佳經濟性配比的數學關系。

1配煤試驗

1.1試驗方案

1.1.1試驗對象和范圍

以氣化爐作為研究對象，通過研究桐梓本地煤和北方煙煤的5種配比分別對公司產品煤耗、產品煤成本、產量經濟效益的影響，推導最佳配煤比及計算方法，確定某種煤價條件下的最佳配比。

1.1.2數據收集、計算和分析

根據GE水煤漿工藝特點，在穩定煤倉和煤漿槽料位前提下(控制在70%~80%)，主要對氣化爐煤倉進口原料煤量、煤質及煤漿的組分，氣化爐產水煤氣的氣量和組分，排出的粗細渣量和組分，合成氨和粗甲醇產量、碳洗塔出口水煤氣溫度和壓力等數據進行采集。通過上述采集數據，計算有效氣量，粗甲醇折算氨產品計算噸氨煤耗，千方有效氣煤耗，千方有效氣耗氧，產渣率和碳轉化率。通過采集和計算數據，進行對比分析，結合煤質變化，分析造成差異的主要原因。

1.1.3配煤精準度管理

校驗頻率由每月1次改為每周1次，精準度要達到千分之三。自動采樣器每隔30分鐘進行取樣1次，并將一個班的樣進行混合均勻后，再進行分析，避免了以往隨機取樣造成樣品代表性差的問題。將煤場各種煤進行了標識和分類管理，提高配煤人員操作的準確性，安排專職人員日常到煤場進行監督管理，檢查物料部配煤臺帳，精確到各煤種的每班配量，每周五定時對各種煤進行盤庫。

1.2數據收集、統計和計算

2016年5月25日——2016年6月24日，共采集了本地無煙煤和北方煙煤的配煤比(質量比)分別為7︰3、6︰4、5︰5、4︰6和3︰7五種數據，根據生產工藝數據和分析數據，作了數據統計、分析、計算和對比。

1.3主要數據分析

1.3.1耗煤量分析

根據圖1，除配煤比為5︰5以外，噸氨煤耗隨桐梓本地煤占比增大與增加，且大多數點都在擬合的直線上下。雖然各種配比的轉化率相差不大，但是實際獲得水煤氣中CO、H2量相差較大。北方煙煤中揮發分含量較無煙煤高20%左右，揮發分中主要含各種烷烴和芳香烴，碳活性較好。北方煙煤占比越高，有效氣中CO、H2占比越高。桐梓本地無煙煤與北方煙煤的配比越高，煤耗越高。當桐梓煤與北方煙煤比值為7︰3時，噸氨耗煤和千方有效氣耗煤分別比桐梓煤與北方煙煤比值為3︰7時的高6.81%和8.17%。當配比為5︰5時，由于煤漿濃度和揮發分含量達到一個較為理想的中間值，因此兼顧了北方煤和桐梓本地煤的優點，噸產品耗煤和有效氣耗煤達到一個較低值。

1.3.2產渣率分析、耗氧量、碳轉化率和熱值分析

通過幾組數據對比分析，各種配比產渣量隨著桐梓本地煤占比升高而增大，這與桐梓本地煤灰分較高相關。桐梓本地煤比例越高，有效氣的耗氧量越高，增大了空分運行成本。根據數據表，當桐梓煤與北方煙煤比值為7︰3時，千方有效氣耗氧分比桐梓煤與北方煙煤比值為3︰7時的高4.96%，即千方有效氣多耗高壓蒸汽0.05噸。以渣為計算依據，各種配比碳轉化率相差很小，氣化溫度達到1350℃及以上溫度時，煤中碳轉化率均接近化學平衡。但是粗渣中殘碳受煤種影響較大，尤其是桐梓本地煤占比越高，粗渣殘碳越高。北方煙煤比例越高，混合煤的熱值越低，主要原因是混合煤中固定碳含量較低。例如，收到基固定碳在桐梓煤與北方煤比例為7︰3時，比在桐梓煤與北方煤比例為3︰7時高3.5%。

1.3.3產硫量分析

桐梓本地煤與北方煙煤比值越大，混合后煤中總硫含量越高，因此，當桐梓煤與北方煙煤比值為7︰3時，煤中硫含量比桐梓煤與北方煙煤比值為3︰7時的高85%，即增加450m3/h硫化氫氣體，每天可增大硫磺產量15.5噸。

2技術經濟分析

2.1工藝最低消耗分析

根據試驗數據，當桐梓本地煤：北方煙煤比例為3:7和5︰5時，噸產品耗入爐煤消耗最低，分別為1.422t/t和1.435t/t，有效氣耗煤分別為0.674t/km3和0.702t/km3。

2.2現行煤價的成本分析

根據各種配比下噸氨和有效氣的消耗數據，結合當前北方煙煤、桐梓本地煤的采購煤價和蒸汽價格(桐梓本地煤與北方煙煤采購均價分別為460元/噸和650元/噸，高壓蒸汽價格為120元/噸)，編制了噸氨耗煤和有效氣耗煤的成本表。

2.3配比與煤價的關系式推導

2.3.1擬合直線

利用噸氨煤耗與配比擬合一條直線，如圖1直線，根據上述氨煤耗和配比數據，計算方程式系數：a=0.058，b=1.392即得方程式：y=0.058x+1.392(1≥x≥0)式中y為噸氨煤耗，x為桐梓本地煤占入爐煤的比率。

2.4經濟效益與配比的關系

根據產品價格、不同配比產量和消耗的關系建立經濟效益關系式。因為合成氨涉及消耗原材料較多，本次只以噸氨耗煤計入消耗成本。具體關系式推導如下：效益=收入-消耗=產量×[產品單價-煤耗成本]根據各種配比的煤耗成本，可以計算經濟效益。從最大經濟效益中選擇最大效益對應的配比作為最佳經濟效益配比。通過計算，根據現行煤價和產品液氨銷售價格，當桐梓本地煤與北方煙煤配比為5︰5和6︰4時，經濟效益較高。

3結論

根據試驗及運行數據，桐梓本地煤與北方煙煤配比越高時，噸氨消耗、產渣率、水煤氣硫含量、灰分及殘碳較高，有效氣產率較低。其中，桐梓本地煤與北方煤比例為3︰7和5︰5，噸產品耗煤較低。根據試驗數據和現行煤價，桐梓本地煤與北方煤比例為7︰3、6︰4和5︰5時，噸氨耗煤和有效氣煤耗的成本較低。從經濟效益來看，當桐梓本地煤與北方煙煤配比為5︰5和6︰4時，經濟效益最高。通過數學分析，建立了水煤漿經濟配比與煤耗成本的數學關系式，用于指導生產實際。

參考文獻

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作者：付國 單位：貴州赤天化桐梓化工有限公司