吕丹丽
（河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城476600）
［摘 要］河南龙宇煤化工有限公司500 kt/a甲醇装置设置1台壳牌气化炉，设计操作压力3.80～3.95 MPa、操作温度1 400～1 600 ℃，设计投煤量2 000 t/d，于2008年4月投产，整体运行情况较好，最长连续运行周期253 d。为探讨煤粉参数对气化炉运行工况的影响，基于2024年11月的实际生产数据等，通过试验设计，采用不同煤种与调整煤质参数的方法进行试验。试验结果表明，入炉煤灰分、挥发分和水分等参数对壳牌气化炉运行工况有显著影响，灰分推荐控制指标为15%～20%，此时粗煤气中有效气（H2+CO）含量较高；挥发分最佳区间为28%～32%，此时气化效率＞84%，结焦风险可控；水分推荐控制指标为5%～8%，可兼顾磨煤经济性与炉况稳定性。本试验研究可为壳牌气化炉的优化运行提供一些理论支持，为实际生产中煤种选择与煤质控制提供一点参考。
［关键词］壳牌气化炉；影响因素；煤粉参数；灰分；挥发分；水分；试验设计；试验结果分析
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）06-0005-04
0 引 言
河南龙宇煤化工有限公司（简称龙宇煤化）壳牌气化系统（配套500 kt/a甲醇装置）设置1台气化炉，设计操作压力3.80～3.95 MPa、操作温度1 400～1 600 ℃，设计投煤量2 000 t/d，于2008年4月投产，整体运行情况较好，最长连续运行周期253 d。壳牌气化炉（Shell气化炉）作为一种先进的煤气化技术，已在全球范围内得到广泛应用[1]。在当前能源转型与环保要求日趋严格的背景下，优化气化炉的运行效率尤为重要[2]。入炉煤煤质参数对气化炉的运行工况具有至关重要的影响[3]，目前关于入炉煤粉参数对壳牌气化炉运行工况影响的研究尚不深入，这制约了壳牌气化技术的进一步提升[4]。
鉴于此，本研究旨在探讨入炉煤的各项参数（如灰分、挥发分及水分等关键煤质参数）对壳牌气化炉运行工况的可能影响。通过试验设计，采用不同煤种与调整煤质参数的方法，研究这些参数变化对壳牌气化炉工况的实际影响，即通过系统的试验设计与数据分析，期望揭示这些参数与气化炉运行效能之间的内在联系，从而为壳牌气化炉的优化运行提供科学依据[5]。试验结果表明，灰分、挥发分和水分的差异均会导致气化炉运行工况显著变化，进而影响气化效率与粗合成气质量，通过调控入炉煤参数，可有效提高气化炉的运行效率与稳定性，进而提升煤化工装置的整体经济效益与环保效益。以下基于2024年11月龙宇煤化的实际生产数据等作一分析与探讨。
1 煤粉参数及其影响
壳牌气化炉运行过程中，入炉煤粉参数对气化炉的运行工况有着显著的影响[6]。这些参数主要包括灰分、挥发分、水分等，它们通过不同的方式影响着气化炉的运行效能。
1.1 灰分
灰分是煤中不可燃的矿物质残留物，其在气化过程中的影响不容忽视。灰分的高低直接影响着炉渣的形成，高灰分的煤在气化过程中会产生更多的炉渣，这些炉渣在气化炉底部积累，需定期排放，不仅增加了排渣单元的负荷，还可能影响气化炉的连续稳定运行；如果排渣不及时或排渣单元出现故障，可能导致气化炉堵塞，影响气化过程的正常进行。灰分也会影响气化炉的换热效果，炉渣在气化炉内壁形成一层渣层，在一定程度上起到了保护炉壁的作用，渣层对气化炉的换热效果具有双重影响——一方面，渣层可以起到一定的保温作用，减少气化炉壁的热量损失；另一方面，过厚的渣层会阻碍气化炉内的热量传递，降低气化炉的热效率，导致气化效率下降。因此，合理控制煤的灰分与渣层厚度是优化气化炉换热效果的关键[7]。
据2024年11月龙宇煤化的实际生产数据，当入炉煤粉灰分分别为5%、10%、15%时，炉渣产生量分别为100 kg/h、180 kg/h、240 kg/h，排渣单元负荷分别为60%、75%、90%，气化效率分别为85%、80%、75%。可以看到，原料煤灰分越高，炉渣产生量越大，排渣单元负荷越重，气化效率越差。
1.2 挥发分
挥发分是煤在加热过程中释放出的气体和轻质烃类化合物，其含量与煤的反应活性密切相关。高挥发分的煤具有更高的反应活性，这意味着在相同条件下煤的气化反应速度更快，可更快地转化为粗合成气，可在较低的温度下开始气化反应，从而提高气化效率。选择入炉煤时，应优先考虑挥发分较高的煤种。不过，虽然高挥发分有利于提高气化效率，但过高的挥发分也可能导致气化炉内温度过高，加速煤的热解，增加结焦的风险，故气化高挥发分煤时需严格控制气化炉温度，以避免结焦等问题的发生。
据2024年11月龙宇煤化壳牌气化炉的实际生产数据，当入炉煤粉挥发分分别为20%、30%、40%时，气化反应速度分别为0.5 mol/s、0.8 mol/s、1.2 mol/s，气化效率分别为70%、78%、85%，结焦风险分别为低、中、高。可以看到，随着原料煤挥发分的增加，气化反应速度与气化效率均有所提升，但过高的挥发分会增加气化炉结焦风险。
1.3 水分
原料煤水分对气化炉运行工况也有显著影响。适量的水分有助于煤的破碎和输送，但过高的水分会增加磨煤单元的能量消耗并影响气化炉的稳定运行[8]。水分在气化过程中会吸收大量热量并转化为蒸汽，从而降低气化炉的温度并影响气化效率，合理控制入炉煤水分对于优化气化炉的运行工况至关重要。
据2024年11月龙宇煤化的实际生产数据，当入炉煤粉水分分别为5%、10%、15%时，磨煤单元能耗分别约15 kW·h/t、20 kW·h/t、25 kW·h/t，气化效率分别约82%、78%、74%。可以看到，随着原料煤水分的增加，磨煤单元能耗上升，气化效率则有所下降。
2 试验设计与方法
2.1 试验材料和设备
更多内容详见《中氮肥》2025年第6期