乾粉煤

乾粉煤氣化工藝是當代先進的煤氣化工藝之一，具有原料適應性廣、冷煤氣效率高，碳轉化率高、比氧耗低等特點。乾粉煤氣化工藝對原料煤粉的灰分含量有一定的要求。如Shell工藝中氣化爐採用水冷壁結構和“以渣抗渣”的設計理念，如果煤中灰分含量過低將不利於爐壁的抗渣保護，影響氣化爐使用壽命；如果煤中灰分含量過高，勢必使得氧耗煤耗增加。

基本介紹

• 中文名：乾粉煤
• 外文名：Dry pulverized coal
• 用途：燃料
• 分類：煤炭
• 學科：熱力學

概念

在乾粉煤氣化工藝中，使用靜電分選技術對高灰分含量的煤粉進行線上脫灰處理，實現灰分含量的定量調控，可以保證入爐煤質的穩定，提高煤氣化裝置運行的穩定性和經濟性，具有重要的研究意義。乾粉煤氣化工藝主要有聯邦德國克虜伯-柯柏斯公司的K-T工藝、荷蘭皇家殼牌公司的Shell工藝，Krupp-Uhde公司的Prenflo工藝、西門子公司的GSP工藝以及正在開發的西安熱工研究院的兩段式工藝等。

乾粉煤氣化工藝煤質的靜電分選調控研究

研究背景

國內生產廠家多採用配煤來解決單一煤種無法滿足工藝需求的問題。通過將兩種或幾種不同種類、不同性質的煤混配在一起，可以得到一種符合煤氣化工藝煤質要求的混煤，例如將灰分含量高和灰分含量低的兩種煤配成灰分含量適中的煤。混配的煤種必須要做到就近或者就地取材，這對於煤礦較少，或煤種單一的工業區，將會加大煤的運輸成本。同時，如果在配煤的時候混合不均勻，將導致煤質的波動，影響煤氣化運行。對於灰分過低的煤，除了配煤，還可以採用氣化生成的飛灰循環來提高原煤的灰分含量，而對於灰分含量過高的煤，即使通過配煤也可能無法達到煤氣化工藝對煤質的要求。

對灰分含量過高的煤進行分選可以降低煤中灰分含量。在選煤領域，國內外普遍採用浮選對微細粒煤進行脫灰處理，此法必須配備龐雜的煤泥水處理系統，並且分選產品需要脫水或者烘乾，投資大，運行成本高，能耗大，生產過程中還會造成一定程度的環境污染。摩擦靜電分選作為一種先進的乾法分選技術，工藝簡單，不需要龐雜的煤泥水處理系統，而且煤粉經磨煤系統製成粉料後，礦物已大部分解離出來。若能與磨煤系統相結合，將電選機的給料口和精煤出料口直接插入磨煤系統的送粉管路與氣化爐之間，完成線上脫灰，無論從技術工藝角度還是從經濟效益角度來看都是一條理想的途徑，因此對於煤粉摩擦靜電分選技術的研究具有重要的意義。

研究進展

以煤粉的摩擦靜電分選為研究對象，研究了礦物顆粒的摩擦荷電特性並建立相應的摩擦荷電模型，為強化煤粉摩擦荷電過程提供理論指導；探索了荷電顆粒在電場中的動力學規律，有助於摩擦靜電分選系統的設計以及分選參數的最佳化；研究了煤粉摩擦靜電分選過程中各個工藝參數對分選效率的影響，為強化煤粉摩擦靜電分選提供指導。

考察了方解石、高嶺土、石英和黃鐵礦這四種煤中伴生礦物的摩擦荷電特性，還應該研究單一煤顆粒的摩擦荷電特性，這樣才能更好地指導煤粉摩擦靜電分選過程。但是，難點在於無法得到完全純淨的煤粉，只能用低灰分含量的煤粉作為實驗原料。多用浮選法製備灰分含量較低的精煤，經過浮選藥劑處理後，煤顆粒的表面性質發生了變化，這會導致顆粒摩擦荷電特性的變化。因此，用浮選方法製得的精煤不適合作為考察煤顆粒荷電性質的原料。在後續工作中，可以選擇合適的煤種，通過多級靜電分選製備超低灰分含量的煤粉作為實驗原料，考察單一煤顆粒的摩擦荷電特性及煤與礦物混合物的荷電特性，以建立更加完善的荷電模型。

乾粉煤氣化裝置配套變換裝置中的腐蝕

來自乾粉煤氣化裝置的粗煤氣，經CO變換裝置轉化為適合甲醇合成反應或氨合成反應的合成氣。粗煤氣和合成氣中含有H₂、CO₂、H₂S、COS、NH₃、HCN等腐蝕成分，工藝介質中通常含有飽和蒸汽、冷凝水、Cl^-等腐蝕影響因素，操作溫度從常溫到高溫，因此乾粉煤氣化裝置配套變換裝置腐蝕種類多樣，腐蝕機理複雜。如下就可能發生的腐蝕種類、腐蝕機理和選材要求進行了簡要說明。

二氧化碳腐蝕

CO₂乾氣本身不具有腐蝕性，但CO₂極易溶於水，當其溶於水後形成碳酸，就具有腐蝕性。CO₂腐蝕最
典型的特徵是呈現局部的點蝕，輪癬狀腐蝕和台面狀坑蝕。其中，台面狀坑蝕過程是最嚴重的一種情況，這種腐蝕速率可達20mm/a。

腐蝕主要取決於溫度、CO₂分壓及水的存在。在一定溫度下，隨著CO₂分壓增加，溶液pH值下降，腐蝕速率增加；在CO₂蒸發點溫度下，溫度的升高，腐蝕速率增加。工程中常選用13Cr不鏽鋼(如0Crl3、410S)，18Cr-8Ni不鏽鋼(如304或304L)，來防止CO₂腐蝕。

變換裝置的工藝冷凝液中溶解有一定量的CO₂，為防止腐蝕，輸送這些工藝冷凝液的管道和設備可考慮採用13Cr不鏽鋼或18Cr-8Ni及其以上不鏽鋼(採用300系列奧氏體不鏽鋼時應注意防止氯化物應力腐蝕開裂和硫化物應力腐蝕開裂）。

濕硫化氫腐蝕

關於濕硫化氫腐蝕環境的定義，各國和/或工程公司都有規定。常用的規定是由美國腐蝕工程師協會提出的，如在NACE MR0103--2005標準中，對濕硫化氫腐蝕環境作了如下規定：引起硫化物應力腐蝕開裂(SSC)的環境條件應是含有游離水(以液相存在)且具有如下條件之一者：

（1）游離水中溶解有>50mg/L的H₂S；

（2）游離水的pH值<4且存在有溶解的H₂S；

（3）游離水的pH值>7.6且游離水中溶解有20mg/L的氫氰酸(HCN)並存在有溶解的H₂S；

（4）工藝氣體中H₂S的絕對分壓>0.0003MPa。

同時認為：如果提高溫度不會消除液相中的游離水，提高溫度將增加充入氫量。高溫促進H₂S分解(從而產生更多單原子氫)，增加單原子氫在金屬中的擴散速率，從而促進氫的充入。但是，潛在開裂的可能在接近常溫時最大化。這一重要特徵是因為金屬在高溫時易被充人氫，當溫度降到較低時(如停車)，開裂隨之發生。

對於碳鋼設備，濕硫化氫可以形成兩方面的腐蝕，即均勻腐蝕和濕硫化氫腐蝕開裂。濕硫化氫腐蝕開裂的形式主要包括：氫鼓泡(HB：Hydrogen Blistering)、氫致開裂(HIC：Hydrogen-Induced Cracking)、硫化物應力腐蝕開裂(SSC：sulfide Stress Cracking)和應力導向氫致開裂(SOHIC：Stress-Oriented Hydrogen—Induce Cracking)等四種。

變換裝置中的一些在操作過程會出現飽和蒸汽或開停車狀態下會產生冷凝的工藝管線和設備，以及一些輸送工藝冷凝液的管線和設備，應考慮濕硫化氫腐蝕，採用耐硫化物應力腐蝕開裂的材料，應滿足NACE MR0103—2005中的相應要求。