复合床煤气化（共7篇）
复合床煤气化 篇1
摘要：本文是针对复合床煤气化工艺系统下, 对于特殊工况下仪表选型以及控制系统所设计的一种方案, 根据文中所阐述的不同工况下仪表的不同选型要点, 可以选择出符合煤气化中含煤颗粒以及高温的工况下的仪表, 文中还介绍了控制系统的选型方案, 为同类工艺下仪表选型提供了参考依据。
关键词：复合床煤气化,温度仪表,压力仪表,流量仪表,物位仪表,控制阀,控制系统
1煤化工发展及国内发展现状
大规模煤化工商业运行是从南非开始, 南非丰富的煤资源奠定了煤化工发展的基础, 人们也找到了通过一系列技术手段来生产出原油的能源替代品。煤化工产业发展与油价紧密联系, 在油价居高不下的时代, 煤化工的发展更加展现出其优势。高油价推动煤气化技术发展, 人们在不断研究煤化工的过程中, 不断追求精益求精的技术方案来推动煤化工的发展。目前煤化工主要涉及两大领域, 一种是煤液化制油品, 煤液化制油品又分为直接液化工艺和间接液化工艺, 国内神化内蒙100万吨/年煤制油采用的是煤直接液化工艺, 煤间接液化工艺有SASOL间接液化、SHELL间接液化、中科院间接液化等, 山西潞安16万吨/年煤制油、山西晋城10万吨/年煤制油等企业都采用这种间接液化工艺。另外一种领域是煤气化制化工产品, 采用的工艺通常有固定床/流化床工艺和气流床工艺, 其中固定床/流化床工艺相对成熟的公司有Lurgi和BGL, 气流床工艺相对成熟的工艺有Shell的干粉加压气化工艺, 以及Texaco/GE Energy的水煤浆加压气化工艺。煤化工经过几十的发展, 已经达到了技术先进、工艺成熟、产品优良的水平。人们也在不断创造新的工艺手段来优化工艺, 本文所涉及的煤气化工艺为流化床与气流床复合的一种工艺, 本文所介绍的是在此工艺工况下仪表选型的相关知识。
2工艺工况介绍
未加工的粗煤, 经过破碎、分筛、传输等工序, 进入气化炉燃烧, 在煤燃烧产生的高温条件下, 煤颗粒与空气、氧气、水蒸气等充分混合接触, 发生碳的还原反应, 实现煤的气化, 产生的粗煤气进行进一步加工、净化, 形成清洁煤气。这其中设置了备煤、气化、净化等工序, 实现由粗煤到清洁煤气的转化。备煤工序是将粗煤经破碎至直径10mm煤粒经干燥后送至气化工序, 测量介质多为常温、常压下含有煤颗粒的介质。气化工序是煤颗粒经高温燃烧, 与气化剂在气化炉中进行反应, 生成的煤气进入净化工序, 灰渣经渣斗排出气化炉, 测量介质多为高温下介质。净化工序是将产生的粗煤气进行脱硫处理, 从而生产出符合环保要求洁净的煤气, 在这个工序中, 测量介质多为含硫具有腐蚀性的介质。以上就是复合床煤气化的主要工艺及工况情况。
3特殊工况下仪表选型及相关问题
3.1温度检测仪表。根据以上介绍的工况, 测量介质多为高温含有煤颗粒的介质, 这种情况下应该选用带有耐磨保护套管的温度检测仪表, 选型重点是对保护套管材质的选择, 可以选择CYT101或者CYT104, 其中CYT101是一种新型高温耐磨合金, 具有较高的高温强度和优异的耐磨性能, CYT104也能够耐高温气流及颗粒的冲刷, 二者区别是CYT101最高使用温度为1200°C, 而CYT104最高使用温度为1000°C。净化工序中, 测量介质多为含硫具有腐蚀性的介质, 保护套管可以选择耐腐蚀的304或者316等材质。测量气化炉中温度比较高的煤气, 可以选择分度号为S或者R的热电偶, 最高测量温度可以达到1100°C, 配合使用GH3039的保护套管。
3.2压力检测仪表。对于测量含有煤颗粒以及具有腐蚀性的介质压力, 有两种解决方案, 一种是使用具有隔膜的压力测量仪表直接测量, 另一种是采用反吹的方法进行间接测量。采用隔膜压力测量时, 需注意隔离液的测温范围, 如需要其它隔离液相关参数, 可参阅相关标准规范。膜片采用金属膜片316或316L。
反吹方法需要注意吹气流体的压力要高于被测对象的最大操作压力, 在吹气管路上设置过滤器以及止回阀, 防止气路堵塞以及气体反冲。
3.3流量检测仪表。气化工序中大部分流量测量介质均为纯净的气体、液体测量, 一般选用孔板流量计以及电磁流量计等常用流量计即可满足要求。对于大口径流量测量, 优选超声波流量计, 采用对夹方式。
3.4物位检测仪表。对于备煤工序中固体料位的测量, 均采用非接触式的雷达物位计, 其优点是不受压力变化、温度变化、烟尘等环境影响。根据所测量范围不同, 选择喇叭天线形式也有所区别, 窄角喇叭最大测量范围70m, 宽角喇叭最大测量范围35m。
3.5控制阀。在控制阀进行选型的过程中, 需要考虑以下几个特殊问题。控制阀需要控制进入气化炉燃烧的煤粉的流量, 煤粉具有很强的磨蚀性, 选型的重点就是要克服这种很强的磨蚀性, 也就是对阀体材质的选择, 阀内件选择不锈钢阀杆, 煤粉主要是对阀芯、阀座以及衬里的磨蚀性比较强, 所以这里采用碳化钨材质;由于煤粉颗粒细小, 容易顺延阀杆破坏填料, 选择波纹管密封的双阀盖形式, 有效地阻止煤粉损坏填料;阀芯选用“U”型孔的, 直接减少粉碳的残留;在上阀盖预留吹扫口, 可以利用氮气或二氧化碳的吹扫来防止煤粉在波纹管、阀芯、阀流通口等处的堆积, 防止阀门的失效。
还有一种黑水工况, 主要特点是介质具有腐蚀性, 且介质中含固体颗粒, 冲刷情况比较严重, 这种情况阀体采用316L材质, 阀内件采用碳化钨/斯泰莱合金;阀出口采用文丘里结构, 降低闪蒸或冲刷的破坏。
3.6控制系统。控制系统采用艾默生Delta V控制系统, 采用控制器冗余, 电源及网络冗余, 计算机与控制器采用以太网进行数据交换。设置一个工程师站, 六个操作员站。数字量输入输出模板选24VDC、16通道模板, 中间继电器隔离;温度信号选专用热电阻、热电偶模板;模拟量输入输出模板选用8通道模板, 加隔离器。机柜间摆放控制机柜、安全栅柜以及继电器柜。控制室还设置UPS间, UPS后备时间30分钟以上, 380V进220V出, 带通用网络通讯接口, 在主系统显示其状态并报警, 容量采用40KVA。
控制系统满足面向生产过程的控制功能及速度要求, 具备连续过程控制、批量控制和一般顺序控制的功能, 能够完成生产过程的数据采集和初步处理, 数据显示和记录, 以及数据设定和生产操作等功能。通过人机接口界面进行人机对话、修改过程参量并改变设备运行状态。
结束语
本文对复合床煤气化装置内各类仪表选型进行了详细介绍, 尤其对于煤气化特殊工况下仪表选型要点进行了详细阐述, 根据特殊工况, 有的仪表选型是采用特殊材质、结构, 有的仪表选型是采用特殊测量手段, 有的则是二者结合。为同类工艺下仪表选型提供了参考。
参考文献
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固定床熔渣气化实验研究 篇2
固定床熔渣气化技术由于具有气化效率高、气化强度高、蒸汽耗量低、废水产生量少、有效气产率高及产品气中甲烷含量高等优势,广泛用于合成气及天然气生产领域。
目前已有的固定床熔渣气化技术主要为引进技术,国内对固定床熔渣气化技术研究较少,特别是对于核心区反应状态、高温区炉衬耐火性能等研究更少。随着煤制天然气项目的陆续上马,开展固定床熔渣气化技术的相关研究,特别是针对适用于高灰熔点煤的熔渣气化技术研究意义重大。
1 实验部分
1.1 实验方法与流程
研究采用熔渣气化热态试验装置。该装置内径500 mm,从上至下分别为煤仓、炉体及灰仓。在炉体内上部内衬耐火材料,炉体高温反应区装有水冷壁,水冷壁内衬耐火材料,底部安有渣池,在炉体底部排渣口附近装有窥视口,可实时监测装置内的反应及排渣情况。装置见图1。
实验选用粒度为6~20 mm的原料煤加入煤仓,在热态装置操作过程中,通过打开煤仓下部的电动闸板阀,原料煤进入炉内。热态装置的下部对称布置四个喷嘴,气化剂通过喷嘴进入炉内,并与炽热的煤焦发生气化反应。气化反应产生的高温煤气与上部煤料换热后离开热态装置,进入喷淋洗涤装置进行冷却、除尘,除尘后的煤气去火炬焚烧。
1.2 实验样品制备与分析
实验前将原煤进行破碎,并筛分至粒度为6~20 mm。同时,对粒度为6~20 mm的实验用煤进行工业分析、元素分析、全水、发热量、焦渣特征、全硫、灰熔融性温度及灰成分测定,表1至表4为煤质分析结果。
从表1至表4可以看出实验用煤为不黏煤,水分、灰分含量低,挥发分含量高,热值较高,硫含量低。该煤灰成分中碱性氧化物(Fe2O3+Ti O2+Ca O+Mg O+K2O+Na2O)质量百分含量处于40%~50%之间,煤灰中酸性氧化物与碱性氧化物之间发生固相反应,形成共熔体,使灰熔点整体降低[2]。这从表2~3灰熔融性温度可以看出。由于实验用煤的灰熔点较低,因此该煤适合应用于固定床熔渣气化装置。
2 结果与讨论
煤气化过程中的基本化学反应如下[3]:
2.1 撞击湍流区物料反应分析
为考察撞击湍流区物料反应状况,在热态试验过程中,突然停炉并通氮气,对湍流区反应物进行筛分,测定粒度分布,并取样进行工业分析。撞击湍流区反应物料粒度分布和工业分析,数据如表5和表6所示。
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%
从表5看出,撞击湍流区的反应物料以小于2 mm为主,物料粒度组成随料层变化不明显。从表6看出,撞击湍流区参与反应物料组成以固定碳为主,反应物料组成随料层变化也不明显。上述研究表明,撞击湍流区的反应物料混合均匀,熔渣气化装置在运行过程中无沟流、偏烧现象。由于撞击湍流区反应物料粒径较小且组成以固定碳为主,因此整个区域反应剧烈,主要发生碳的燃烧反应,放出大量热量,整个区域温度较高。
2.2 反应后液渣分析
为了考察实验用煤在反应过程中的转化状况及反应后生成的灰渣形态,实验结束后,待炉内液渣完全冷凝,对冷凝后的液渣进行取样,进行工业分析和灰成分分析,分析结果如表7和表8所示。
%
从表7看出,熔渣气化炉排出的灰渣中固定碳含量很少(质量分数不大于1%),实验用煤中的碳几乎全部参与了气化反应,整个过程碳转化率高。
对比表4和表8可以看出,灰渣成分中的硫及碱金属含量明显减少,Si O2及Al2O3的质量分数明显提高,说明实验用煤中的硫及碱金属在反应过程中已以气体形态被煤气带走。由于反应后的灰渣中Si O2含量较高,因此冷凝后的液渣主要呈现玻璃态。
2.3 耐火材料运行分析
为了选择适用于固定床熔渣气化装置运行环境的耐火材料,热态实验初期,在热态装置内上部浇注纯的刚玉捣打料。然而,经历一次热态实验后,耐火材料表面产生了大面积裂纹,甚至出现局部区域严重脱落现象。原因是,热态试验装置在运行过程中存在急冷、急热问题,而纯刚玉捣打料抗热震性能较差。
针对热态装置内上部耐火材料运行过程中出现的问题,研究采用在刚玉捣打料内部掺混钢纤维,钢纤维的质量分数在10%左右。从实验结果看,掺钢纤维的刚玉捣打料表面较光洁、基本无裂纹,说明掺钢纤维的刚玉捣打料较纯刚玉捣打料抗热震性能显著提高。原因是钢纤维的掺入加强了耐火材料内部的紧密连接,并且钢纤维的导热性能较好,耐火材料的一部分热量可通过钢纤维传导至炉壁,降低了耐火材料的使用温度。
为了选择适用于撞击湍流区高温环境的耐火材料,在水冷壁内侧浇注掺混5%钢纤维的刚玉捣打料。从实验结果看,耐火材料表面有少许裂纹,但并不严重,分析原因如下:一方面,刚玉捣打料中掺混钢纤维后,耐火材料内部连接更紧密;另一方面,耐火材料外侧水冷壁的冷却作用降低了其所受的热侵蚀。
为了进一步提高水冷壁内侧耐火材料使用性能,将钢纤维掺混比例从5%提高到10%。从实验结果看,耐火材料表面完好、无裂纹。由此说明,钢纤维掺混比例提高后,耐火材料使用性能显著增强。
2.4 水冷壁运行分析
为了考察撞击湍流区水冷壁在极端高温下的性能,将固定床熔渣气化装置内的温度短暂升高至1 800℃,此时检测到耐火材料热面温度最高也仅为1 300~1 400℃,而水冷壁热面温度基本维持在200~300℃之间,冷面温度接近常温。由此说明,撞击湍流区水冷壁即使在极端高温工况下,对其内部耐火材料仍具有良好的冷却效果。具体如图2和图3所示。
实验结束后,观察到水冷壁内侧耐火材料表面形成了冷凝渣层,由于冷凝渣层绝热性能好,能起到“以渣抗渣”作用,保护了耐火材料。因此,撞击湍流区水冷壁的设置可有效延长高温区耐火材料的使用寿命。
3 结论
(1)撞击湍流区反应物料组成以固定碳为主,物料组成随料层变化不明显。
(2)熔渣气化产生灰渣固定碳含量极低,灰渣所含硫及碱金属含量较反应前明显减少,Si O2及Al2O3的含量明显提高。
(3)纯刚玉捣打料抗热震性能差,刚玉捣打料中掺入10%的钢纤维可显著提高其抗热震性能。
(4)熔渣区水冷壁设置可有效降低耐火材料表面温度,延长其使用寿命。
摘要：为了研究固定床熔渣气化炉核心区反应状态、炉衬耐火材料应用性能及水冷壁冷却效果,在熔渣气化热态试验装置上进行了连续12 h实验;结果发现,撞击湍流区反应物料组成以固定碳为主,随料层变化不明显;反应产生灰渣含碳量极低,灰渣中硫及碱金属含量较反应前明显减少,Si O2及Al2O3的相对含量明显提高;纯刚玉捣打料抗热震性能差,掺入10%钢纤维可显著提高其抗热震性能;设置水冷壁可有效降低耐火材料表面温度,延长其使用寿命。
关键词：固定床,熔渣,煤气化,耐火材料,水冷壁
参考文献
[1]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用[J].化学工业,2011,29(7):34-39.
[2]刘新兵,陈茺.煤灰熔融性的研究[J].煤化工,1995(2):48-52.
复合床煤气化 篇3
气流床气化过程实际上是煤炭在高温下的热化学反应过程, 涉及气化剂与煤之间的反应, 以及反应产物与煤、反应产物之间的化学反应, 因此, 气流床煤气化反应是一个及其复杂的反应体系。在此反应体系中, 煤会发生一系列复杂的物理变化和化学变化, 主要过程有粉煤的干燥、裂解, 挥发分的析出、燃烧, 以及煤焦、挥发分与气化剂的反应等。这些变化主要取决于煤种, 同时也受温度、压力和气化炉型式等的影响。
1 气化过程的主要反应
1.1 热解过程的主要反应
煤热解的化学反应异常复杂, 其间反应途径甚多。煤热解反应通常包括裂解和缩聚两大类反应。在热解前期以裂解反应为主, 而热解后期以缩聚反应为主。一般来讲, 热解反应的宏观形式为:
1.1.1 裂解反应
根据煤的结构特点, 裂解反应大致有四类。
1) 桥键断裂生成自由基。桥键的作用在于联系煤的结构单元, 在煤的结构中, 主要的桥键有:-CH2-CH2-, -CH2-, -CH2-O-, -O-, -S-S-等。它们是煤结构中最薄弱的环节, 受热后很容易裂解生成自由基。并在此后与其他产物结合, 或自身相互结合。
2) 脂肪侧链的裂解。煤中的脂肪侧链受热后容易裂解, 生成气态烃, 如CH4, C2H6, C2H4等。
3) 含氧官能团的裂解。-OH煤中含氧官能团的稳定性顺序为:-CH>=C=O>-COOH
羟基 (-OH) 最稳定, 在高温和有氢存在时, 可生成水。碳基 (=C-O) 在400℃左右可裂解生成一氧化碳。羧基 (-COOH) 在200℃以上即能分解, 生成二氧化碳。含氧杂环在500℃以上也有可能断开, 放出一氧化碳。
4) 低分子化什物的裂解。煤中以脂肪结构为主的低分子化合物受热后熔化, 并不断裂解, 生成较多的挥发性产物。
通常煤在热解过程中释出挥发分的次序依次为:H2O, CO2, CO, C2H6, CH4, 焦油, H2。
上述热分解产物通常称为一次分解产物。
1.1.2 二次热分解反应
一次热分解产物中的挥发件成分在析出过程中, 如受到更高温度的作用, 就会产生二次热分解反应。主要的二次热分解反应有以下四类:裂解反应、芳构化反应、加氢反应、缩合反应。因此, 煤热解产物的组成不仅与最终加热温度有关, 还与是否发生二次热分解反应有很大关系。
在煤热解的后期以缩聚反应为主。当温度在550-600℃范围内时, 主要是胶质体再固化过程中的缩聚反应, 反应的结果是生成了半焦。当温度更高时, 芳香结构脱氢缩聚, 即从半焦转变为焦炭。
1.2 气化过程的主要反应
气化反应按反应物相态的不同而划分为两种类型的反应, 即非均相反应和均相反应。前者是气化剂或气态反应产物与固体煤的反应;后者是气态反应产物之间相互反应或与气化剂的反应。在气化装置中, 由于气化剂的不同而发生不同的气化反应, 亦存在平行反应和连串反应。煤气化反应一般分为三种类型碳一氧之间的反应、水蒸气分解反应和甲烷生成反应。
1.2.1 碳一氧之间的反应碳与氧之间的化学反应主要有:
上述反应中, 碳与二氧化碳之间的反应C+CO2=2CO是一较强的吸热反应需在高温条件才能进行反应。除此反应外, 其他三个反应均为放热反应。
1.2.2 碳与水蒸气的反应
在一定温度下, 碳与水蒸气之间发生下列反应:
上述两反应均为吸热反应。反应生成的一氧化碳可进一步和水蒸气发生如下一氧化碳变换反应:
该反应为一放热反应。
1.2.3 甲烷生成反应
煤气中的甲烷, 一部分来自煤中挥发物的热分解, 另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢气反应以及气体产物之间反应的结果。
上述生成甲烷的反应, 均为放热反应。
1.2.4 煤炭中还含有少量元素氮 (N) 和硫 (S) 等
它们与气化剂以及反应中生成的气态反应产物之间可能进行的反应如下:
由此产生了煤气中的含硫和含氟产物。这些产物有可能产生腐蚀和污染, 在气体净化时必须除去。其中含硫化合物主要是H2S, COS、CS2和其他含硫化合物仅占次要地位。在含氮化合物中, NH3是主要产物, NOx (主要是NO以及微量的NO2) 和HCN为次要产物。上述反应对气化反应的化学平衡及能量平衡并不起重要作用。气化反应为煤炭气化的基本化学反应。不同气化过程即由上述或其中部分反应以串联或平行的方式组合而成。上述反应方程式指出了反应的初终状态, 能用来进行物料衡算和热量街算, 同时也能用来计算由这些反应方程式所表示反应的平衡常数。但是, 这些反应力程式并不能说明反应本身的机理。
2 气流床煤气化工艺性能主要评价指标
2.1 有效气体成分含量
煤气是CO、H2、CO2、CH4、N2、NOx、H2S、SO2等多组分混合气体, 同时还含有未完全反应的O2和水蒸气, CO和H2是煤气中的主要成分气体, 其总量一般在70%以上。对于煤气燃烧利用而言, CO和H2是煤气中关键的可燃成分, 增加CO和H2的含量, 可以提高煤气的热值。同时, 对于合成氨、甲醇等煤化工工业而言, CO和H2是重要的原料气。在煤化工生产过程中煤气中的CO需先经变换工段与水发生变换反应, 生成H2和CO2, 再对CO2进行脱除, H2用于氨/醇合成。因此, CO%, H2%以及 (CO+H2) %反映了煤气的有效成分的结构构成, 是煤气质量效果评价的极为重要指标。其计算公式如下:
式中:Pcomponent%为CO%, H2%或 (CO+H2) %;Vcomponent为煤气中CO, H2%或 (CO+H2) 的气体体积, m3;Vsingas为煤气体积, m3。
2.2 煤气产率
煤气产率是反映煤气化产量效果评价的重要指标。煤气产率是指气化单位重量的原料煤所得到的标准状态下煤气体积数, 其计算公式如下:
式中, Rsingas为煤气产率 (m3/kg) ;Vsingas为煤气体积, m3;Wcoal为反应煤重量, kg。
2.3 碳转化率
碳转化率是指在气化过程中消耗的 (参与反应的) 总碳量占入炉原料煤中碳量的百分数, 其计算公式如下:
式中:ηc为碳转化率;Qoven-carbon为入炉煤碳含量;Qash-carbon为未反应灰碳含量, 包括飞灰碳含量和灰渣中的碳含量。
2.4 煤气化消耗指标
煤气化消耗指标是反应气化过程经济性的评价指标。煤气化消耗指标是指生产单位煤气有效成分 (CO+H2) 所消耗的煤炭量或气化剂量。工业上, 单位煤气有效成分常采用1000m3的 (CO+H2) 为单位。煤气消耗指标主要包括比煤耗、比氧耗、比汽耗。其计算公式如下:
式中:CONScoal, oxgen, water对应于煤、氧气的比耗 (kg/*, *表示1000m3) ;Wconsumption对应于煤、氧气的实际消耗量, kg;V (CO+H2) %产生的有效煤气 (CO+H2) 的体积, m3。
考察上述煤气化性能评价指标, 可以看出这些气化性能评价指标并不完全独立。其中有效气体含量指标 (CO+H2) %与CO%和H2%完全相关, 而各类消耗指标比煤耗、比氧耗和比汽耗与产气率、碳转化率及己知的工艺条件如投煤量、氧量和蒸汽量等相关。鉴于此, 本文研究所涉及的煤气化性能评价指标仅取相互独立的评价指标, 具体为CO%、H2%、产气率和碳转化率。
3 结束语
总之, 为了实现高碳资源的低碳化利用, 我们必须逐步改变当前这种传统意义的煤炭转化利用方式, 转而促进能够有效提高煤炭转化效率和质量, 且环保效益好的以煤气化为核心的新型煤化工的有序发展, 而气流床煤气化技术将在新型煤化工中发挥着重要作用。
参考文献
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[2]郭森, 周学双, 杜啸岩.煤气化工艺清洁生产及环境保护分析[J].煤化工, 2008, 36 (6) :13-16.
复合床煤气化 篇4
1 加强原料煤的管理,分类、分级合理使用
劣质煤的机械强度差,在运输过程中很容易破碎,原料煤含粉率高低对床层的透气性有着很大的影响,另外劣质煤的含碳量较低,矸石含量较高,而原料煤含碳量的高低直接影响炉温,矸石含量对整个生产过程能耗的高低有着极大的影响。因此在原料的运输、筛分过程中必须保证筛选质量,严格监控原料含粉率、矸石含量。我单位将原料含粉率控制在5%～8%之间,矸石含量控制在20%以下。
筛选出的无烟粉煤,掺入一定比例的粘土和腐殖酸钠搅拌混合,再沤化一段时间后挤压成扁球状,烘干制成型煤,型煤的固定碳含量只有65%左右,灰分含量为25%左右,其粒度均匀,通风性较好,可用作ϕ2.65 m煤气发生炉生产半水煤气的原料。
2 积极进行技术改造
为了适应市场变化,实现可持续发展,我单位根据自身实际情况,多次改造蒸汽流程、半水煤气流程、生产过程的控制系统及煤气发生炉与劣质煤制气有关的部件。
2.1 蒸汽流程的改造
气化工序所用蒸汽的来源有四个:一是煤气发生炉夹套锅炉自产的低压饱和蒸汽,二是吹风气回收装置中余热锅炉生产的高压过热蒸汽,三是各台煤气发生炉上下吹煤气显热回收装置(废热锅炉)所生产的低压饱和蒸汽,四是热电车间送来的中压饱和蒸汽。
为了提高气化强度,节能降耗,煤气发生炉所用蒸汽,最好选择200 ℃左右的过热蒸汽。为了实现上述目标,可将原有蒸汽流程作如下改造:先将单台发生炉上下吹煤气显热分散回收改为多台发生炉上下吹煤气显热集中回收,再将其与夹套锅炉所生产的饱和蒸汽均压合并一起送入蒸汽过热器交换热量后送蒸汽缓冲罐,吹风气回收装置中余热锅炉生产的高压过热蒸汽、热电车间送来的中压饱和蒸汽,经减压后送入蒸汽缓冲罐。蒸汽缓冲罐出口设置蒸汽总管,再由总管分别送至各发生炉入炉蒸汽总阀前。蒸汽总管压力维持在0.1 MPa最佳。缓冲罐的台数、容积、出口总管直径,应根据运行煤气发生炉的台数而定,确定原则:不论多少台炉子同时使用蒸汽,一定要保证蒸汽总管压力稳定在0.1 MPa左右。影响蒸汽总管压力恒定的因素,除了缓冲罐的容积、出口蒸汽总管的直径,还有蒸汽的减压方法。因此,在蒸汽流程中应配置灵敏度较高的减压装置,以保证蒸汽系统压力稳定。
2.2 半水煤气生产流程改造
原来的半水煤气流程系统阻力较大,直接影响发生炉的气化强度,余热回收不完全,热损较大。余热集中回收的半水煤气流程系统阻力较小,对气化强度的影响较小,热量损失也小。选用此流程余热回收效果很好。
2007年我单位新建4台ϕ2.65 m煤气炉,采用了余热集中回收的半水煤气流程,取消了原流程中的燃烧室、废热锅炉、洗气箱、煤气三通阀、蒸汽三通阀、空气总管上的孔板,改为4台发生炉共用一台锅炉,各炉采用上下行煤气阀,增加一个煤气总阀和干式水封,上行系统增加一台旋风除尘器。建成后投入运行,效果很好。在使用余热集中回收的半水煤气流程时,确定了合理的煤气总管直径,避免因总管横截面积过小,导致系统阻力升高,影响煤气炉气化强度。
2.3 控制系统的技术改造
为了保证煤气发生炉工况稳定、长周期运行,1994年我单位将煤气发生炉的控制系统由原来的机械、水压控制系统改为油压、计算机寻优控制系统。投入运行后,煤气发生炉的故障率、日常维护费用、检修费用直线下降,发生炉工况日趋稳定,运行周期不断延长。2007年我单位为了进一步节能降耗,投巨资建成DCS控制系统。用DCS系统实现了控制室集中对整个造气生产过程的主要工艺参数进行自动监测和控制,并完成实时监测指示、自动调节、顺序控制、安全联锁、报警、趋势记录和报表生成。
2.4 煤气发生炉相关部件的改造
选用设计理念新颖、结构合理、材质优良、破渣能力强的七层新型炉箅。使用该炉箅,有利于使用劣质无烟煤生产半水煤气。同时,又调整煤气炉的高径比,将其控制在2∶1左右,将煤气炉上部出气口移至炉顶,这样做可以有效增加炭层高度。针对不同的原料特性、加装(或撤销)外防溜板、割短(或加长)内防溜板。这样做可以有效地防止溜炭现象的发生。
3 科学合理选择工艺条件
3.1 循环时间的选择
由于劣质煤的热稳定性较差,循环时间宜短不宜长。但是循环时间过短,则各自动阀门动作频繁,阀门的使用寿命缩短,设备故障率上升,影响发生炉的长周期稳定运行,导致其日常维修费用及大修费用上涨,影响企业的经济效益。因此,尽量将ϕ3.6 m发生炉的循环时间控制在160～168 s之间,将ϕ2.65 m发生炉的循环时间控制在110～120 s之间。
3.2 吹风百分比的选择
因为劣质煤的热稳定性较差,其在高温下会迅速破裂,增加床层阻力,导致入炉一次风流量下降,气化层温度下降,气化强度降低。吹风时间过长,就会发生上述现象,所以吹风时间宜短不宜长。吹风百分比一般控制在18%～25%,对于ϕ3.6 m发生炉,应控制在32～39 s之间;对于ϕ2.65 m发生炉,应控制在22～25 s之间。
3.3 入炉风量、入炉风压的选择
空气中的氧气与原料煤的反应为制气反应提供热量,煤气发生炉的气化强度不仅与入炉风量有着密切的关系,而且还与风压紧密相关。保证并提高气化强度常用的操作手段有以下两种:① 强风短吹;② 弱风长吹。具体采用哪种手段更为有效,应根据原料煤的性质、风压的高低、设备状况来确定。由于劣质煤机械强度、热稳定性、化学活性差,在风量大、风压高、床层阻力小的条件下长时间吹风,极易将存储在炭层中的热量大量带出,造成炉上温度偏高,致使原料煤破碎,床层阻力增加,导致入炉风量下降,气化层温度下降,单炉产气量下降。同时,原料的利用率下降,吹风气带出的显热增加,不利于气化强度的提高,严重时还会使半水煤气氧含量上涨,给后系统的安全生产带来严重影响。在风量小、风压低、床层阻力大的条件下短时间吹风,由于原料煤的固定碳含量偏低、热值偏低、化学活性差、矸石含量大,短时间内不可能迅速将炉温提高,不利于气化强度的提高。通常的做法是,将入炉风压控制在24～25 kPa之间。入炉风量及吹风时间根据原料煤的变化适时作相应的调整,对于ϕ3.6 m发生炉,入炉风量应控制在38～45 km3/h之间。对于ϕ2.65 m发生炉,入炉风量应控制在19～25 km3/h之间。
3.4 入炉蒸汽总量、入炉蒸汽压力的确定
3.4.1 入炉蒸汽压力的确定
从蒸汽和炭的反应机理得知,蒸汽进入炉内后,在参加反应前先被炙热的炭表面吸附,而后与炭发生吸热反应。蒸汽与炭的气化反应速度取决于蒸汽压力的大小、蒸汽的吸附速度及吸附时水蒸气与炭的相互作用速度。以上三个过程的速度常数都是气化层温度的指数函数。
入炉蒸汽压力上涨后,因蒸汽比容减少,即相同质量的蒸汽流量下通过燃料层的流速也随之下降,因而延长蒸汽在炉内的停留时间,有利于蒸汽分解率和气体质量的提高。根据气化动力学原理,入炉蒸汽压力升高,则蒸汽进入燃料层的阻力下降。蒸汽可以以较低流速在较短的时间进入燃料层,为气化反应赢得宝贵的时间,有利于气化强度的提高。通常将入炉蒸汽压力稳定在0.09～0.10 MPa之间。
3.4.2 入炉蒸汽总量的确定
如果说正确使用一次风是提高设备生产能力的关键,那么准确使用蒸汽则是节能降耗、提高气化效率的有力保证。入炉蒸汽总量的大小与气化层温度、炭层高度、一次风流量、入炉蒸汽压力密切相关。一般衡量入炉蒸汽总量是否合适主要依据有以下。① 单炉上、下吹制出半水煤气中二氧化碳的含量是否合格。② 炉渣中固定碳含量的高低,渣块的粒度、硬度、孔隙率的大小。③ 炉面火焰颜色的变化。焰色呈暗红色,渣块粒度偏小,质地疏松,炉渣中含碳量较高;单炉上下吹阶段制出的半水煤气二氧化碳含量偏高,则说明入炉蒸汽总量过大。焰色呈亮橙色,渣块粒度适中均匀,质地疏松,炉渣中含碳量较低;单炉上下吹阶段制出半水煤气二氧化碳含量合格,则说明入炉蒸汽总量与一次风量匹配。火焰呈亮白黄色,渣块粒度大小不一,甚至出现结大块现象,质地坚硬,炉渣含碳量较高;单炉上下吹阶段制出半水煤气二氧化碳含量偏低,则说明入炉蒸汽总量偏小。劣质煤的化学活性差,蒸汽与原料煤发生制气反应所需要的热量多,而劣质煤的热值低,固定碳含量较低,吹风阶段产生并储存在床层中的热量是有限的。入炉蒸汽宜小不宜大,这样有利于气化强度的提高,劣质煤灰分较高,灰熔点较低,若入炉蒸汽总量过小,则会造成结疤、结块,影响气化层的均匀性,制约气化强度的提高,导致气体质量下降,半水煤气中氧含量急剧上涨,直接影响后系统的安全生产。如果入炉蒸汽总量过大,则会导致气化温度、气化强度下降,返焦升高,原料利用率下降,能耗上涨。气体质量下降,半水煤气中氧含量急剧上涨,直接影响后系统的安全生产。因此,当入炉蒸汽压力稳定在0.09～0.105 MPa时,ϕ3.6 m炉入炉蒸汽总量应控制在20～24 t/h之间,ϕ2.65 m炉则控制在10～12 t/h之间。
3.5 上行温度的确定
劣质煤机械强度差、热稳定差、挥发分高、结构松散、吸水性强,所含吸附水和游离水都高于优质煤。若炉上温度过高,块煤入炉后急剧加热,煤中的碳酸盐受热分解析出二氧化碳,这个反应在升温过快时剧烈,易造成煤块破碎,急剧受热的煤块因为内外温差大,不同膨胀系数的物质就会受到大小不同热应力作用,导致煤块破裂。为了保证入炉煤的粒度,使其呈块状进入气化层,让气化层的透气性好,降低吹风阻力,提高吹风效率,可以降低炉上温度,将气化层移到料层的中部,增大干燥层和干馏层的厚度。而气化层的位置是通过调节上、下吹比例来控制和调节的,加大下吹比例可以下移气化层,有利于热量集中,但是由于劣质煤灰分高,灰熔点低于优质煤,气化时如果热量过分集中,会导致热量过剩,在累积效应作用下,会引起结疤、结块现象,严重影响发生炉长周期高负荷稳定运行。气化层过薄会导致料层蓄热能力下降,气化层温度下降,气化强度及气体质量下降。因此,气化层不宜过薄,热量不宜过分集中,应将气化层适当拉长,使其维持一定的厚度。炉上温度也不能控制过低,实践证明将炉上温度控制在330～420 ℃之间是比较合理的。
3.6 下行温度的确定
炉下温度由炉条温度和灰盘温度组成。炉条温度反映灰渣层厚度及气化层位置、气化层温度,灰盘的六个测温点反映灰渣层、气化层的均匀性。炉条温度过低,灰盘的六个测温点温度过低且均匀,则说明气化层温度过低且灰渣层较厚,或者气化层上移,不利于气化强度及气体质量提高。炉条温度过高,灰盘六个测温点温度过高且相差较大,则说明气化层温度过高且灰渣层较薄,或者气化层严重下移,也不利于气化强度及气体质量的提高。劣质煤热稳定性差,灰分含量高,灰熔点低,气化时应尽量将气化层控制在料层的中下部。炉条温度长期过高,易烧坏炉条及炉下传动系统,影响生产。实践证明将炉条温度控制在230～290 ℃之间,灰盘温度控制在300 ℃以下是合理的。
3.7 上、下吹的比例
根据热平衡原理,经过计算可知,吹风阶段产生并储存在床层中的热量平均分配于上吹制气、下吹制气、二次上吹制气过程中时,即使在气化层温度很高的条件下,气化层温度也不会有过大的波动,发生炉也能高负荷、长周期、稳定运行。为寻求合适的上、下吹比例,可将蒸汽用量分解成蒸汽流速乘以各阶段制气时间,蒸汽流速控制热量消耗,制气时间控制火层位置。
在蒸汽总量、入炉蒸汽压力稳定不变的条件下,入炉蒸汽流速恒定不变。在实际生产中,火层位置的调整是通过调节上下吹制气时间来实现的。在入炉原料煤粒度不变的条件下,为了减少气化层热量损失,使气化层处于燃料层的中下部,必须加大下吹比例,延长下吹制气时间。加大下吹比例后,火层下移,热量由分散到集中,气化层温度就会上升。只要二次上吹制气阶段、上吹制气阶段、下吹制气阶段所消耗的热量之和与吹风阶段结束后存储于发生炉燃料层的热量相等,就不会出现超高温生产造成结疤、结块现象,且能提高气化强度。故上吹时间应小于下吹制气时间。一般原则是1≥(上吹制气时间+二次上吹时间)/下吹制气时间≥2/3,具体分配方案应根据原料的性质确定。烧劣质煤的ϕ3.6 m发生炉,上吹时间应控制42～45个数之间,以43、44个数为宜。烧宁夏煤和型煤的ϕ2.65 m发生炉,上吹时间应控制在34～37个数之间。
上、下吹蒸汽流量可以根据蒸汽流速及制气时间通过计算获得。在实际生产中,利用上吹加氮或一次风晩关加氮等措施加以校正即可。从化学反应工程学的角度来看,气化反应过程主要属于扩散控制,上吹制气阶段炉温最高,使用大量蒸汽有利于气化反应的进行,有利于气化强度的提高,有利于气体质量的提高。但是由于原料性质及气化层温度所限,上吹蒸汽用量不可能过大。为了弥补上加氮或一次风阀晩关给上吹制气阶段煤气产量带来的损失,我们在操作上适当地增加上吹蒸汽流量,降低下吹蒸汽流量。一般使上吹蒸汽流量比下吹蒸汽流量大0.5～1 t/h。
3.8 炭层高度的确定
一般将烧劣质煤的ϕ3.6 m炉空层高度定为2.8 m左右,烧宁夏煤ϕ2.65 m炉的空层高度定为1.7 m左右,烧宁夏煤和型煤的ϕ2.65 m炉空层高度1.8 m左右。
3.9 CO2的控制指标
烧劣质煤,将单炉上吹半水煤气中二氧化碳含量控制在7%～8%之间,下吹半水煤气二氧化碳含量控制在5%～6%之间。
3.10 排渣强度、灰渣粒度、加煤量的控制
(1)灰渣粒度的确定
灰渣粒度是由排灰口的大小决定的,我单位一般控制在200～300 mm之间。
(2)排渣强度的确定
排渣强度和加煤量、制气反应的速度、原料煤的灰分密切相关。采用劣质煤制气时的排渣强度大于优质煤制气时的排渣量。总的原则是,加煤量、排渣量、原料煤的消耗量必须平衡。
4 强化训练,提高员工的业务水平
复合床煤气化 篇5
我国是一个煤炭大国。三种类型的煤气化装置在国内都有运行,并且都在运行中继续发展。例如,气流床技术的SHELL炉、GSP炉、航天炉、德士古炉,流化床技术的恩德炉、灰熔聚炉,固定床技术的间歇气化炉、间歇连续两用炉、纯氧连续气化炉。
由于固定床间歇气化在造气车间有烟囱排放吹风烟气,下灰烟尘飞扬,因此,国家发改委要求逐步淘汰间歇块煤气化。但是固定床煤气化技术因为装置建设投资少、原料来源丰富、气化成本较低、操作管理容易以及它的连续化、型煤化、污染资源化、操作管理自动化水平迅速进步,使得固定床煤气化技术毫无退出之意。
实际上,固定床连续气化出口煤气温度和灰渣排出温度均较低。这就奠定了该技术运行成本较经济的基础。这是固定床气化原理决定的。
而且,企业规模也始终有大中小之分,中小规模的企业也绝不可能完全灭绝,所以,固定床煤气化技术在我国永远不会被淘汰。
1 固定床煤气化技术原理
无论是气流床、流化床、固定床,煤气化的原理都一样。主要化学反应式都是以下几个:
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三者技术原理的差别主要在气化床层的大小和温度的高低。由此,产生了适合各种煤气化技术的气化炉以及适应各种煤气化技术的气化前备煤装置和气化后除尘、换热装置等工艺设备。
固定床气化炉的气化火层非常集中,总是处在炉箅或喷嘴附近。这是因为固定床内煤炭的位置是固定的。首先,气化火层进行气化反应(1)时的速度非常快速。反应(2)、(3)、(4)比起反应(1)虽然慢得多,但也是紧跟的。有效的气化反应只发生在气化火层。其次,固定床炉内的热交换主要是辐射传热,煤炭和灰渣的黑度大、衰减快,造成高温气化火层正常情况下是跑不出去的。因此,固定床造气炉的炉体不用太高,炉出口煤气、炉排出灰渣的温度都比较低,气化火层的热损失比较少,煤气除尘、降温的能量消耗也都比较少。虽然固定床用的煤化学活性最差,但它的比煤耗、比氧耗在三种工艺中却是最低的。
2 固定床煤气化技术发展中急需纠正的一些技术要点
我国固定床煤气化技术可以说是代表了世界水平的。但目前看来工艺操作各有说法,消耗水平和发气能力差距极大,技改的方向众说纷纭。兹将固定床气化技术的几个工艺设备问题,结合工作经验教训进行简单地分析,供大家参考。
2.1 高径比的问题
造气炉引进高径比概念实际上是很牵强的,有些人甚至鼓吹高径比应超过2。显然,这些人是忘记了固定床的床层是固定的这一前提了。因为煤的气化反应只在高温区发生,煤的温度在800 ℃以下时,气化反应已经没有实际效果。根据固定床煤气化技术原理,固定床的气化火层最高温度区不会超出炉箅风帽顶100～200 mm高,你把炉子做得那么高,不是给气化火层往上移创造条件了么。气化火层上移,煤气带出热增多,煤耗会急剧上升。有人说气化炉高度提高,单炉贮煤容积增加,可以相应增加炭层高度和渣层厚度,有利于降低造气炉的煤气温度、提高蒸汽分解率,对造气炉的负荷、消耗和气质均有利。这些说法是不准确的。原因如下。
(1)炭层高度和渣层厚度增加对降低煤气温度作用甚微,原因是煤和渣的导热系数都只有零点几,而气体的导热系数则只有零点零几,靠气固两相对流传热,交换不了多少热量。
(2)蒸汽的分解只在高温的气化火层有效进行,热炭层和灰渣层再高再厚都对它不起作用。
(3)由于炭层高度和渣层厚度增加,造成气化剂进出气化火层的阻力增大,对造气炉的负荷只会不利不会有利。
(4)由于给气化火层上移创造了条件,使得煤耗只会增加。
(5)气质还有可能降低,比如,对间歇气化流程来说,提高造气炉高度会引起吹风气中CO含量升高。制气时还会造成煤气中甲烷含量增加。
2.2 固定床炉系统的中氮流程和小氮流程
现在意义上的中氮流程指有燃烧室、三通阀、洗气箱、高烟囱和倾斜废热锅炉的流程,是原化工部45 kt/a合成氨造气车间的定型设计。而小氮流程指的是装置配置在小型基础上造气炉炉膛却已改大,配套管道阀门相应变得比较紧凑,吹风烟气二次燃烧搬到了吹风烟气余热回收工号的,气化后除尘、降温配置简化并全盘学来中氮自动化程度高的那部分技术的优化流程。
不消说,现在的小氮流程要强于中氮流程。因为,实质上它是中氮流程的优化。
2.3 小氮煤耗为什么比中氮低
煤耗低的原因是制气时间利用率高和气化火层热损失减少。
气化反应始终是只在气化火层进行的。由于送进气化剂和移出煤气的时间缩短,自然就提高了气化火层制气时间利用率,使单位时间煤气产量增加,煤耗也就下降了。况且小氮有炉顶阀,小氮的炉上空间(气化火层到炉顶阀之间的总空间)小,炉下空间相应小(中央风筒小,裤衩管短小,一次风阀、下行阀挨炉体近)。要理解这一点,必须明白气化剂是怎么进炉的,煤气又是怎么出炉的。气体进出气化火层,首先是充满空间,然后是充够空间压力到该压力足以克服炭层或灰渣层的阻力才能来到气化火层或走出气化火层。这个过程是需要时间的。比起气化火层反应速度快得无法计量来,气流进出气化火层所花的时间则是慢到完全可以计量。也就是说可控制。气流进出时间控制得短,制气时间利用率就高。
气化火层热损失的多少主要在于煤气和灰渣离开气化火层,或者说走出炉口、走出灰斗带出热量是多还是少。一般来说,各家炉体散热、夹套锅炉吸热、灰渣排出量显然都差不了多少。所以气化火层热损失的多少主要看煤气和吹风烟气显热、吹风烟气潜热、灰渣残碳。此三项中最重要的是煤气显热。也就是说看上下行煤气温度,因为它的含热量最多。小氮厂炉上下温度≤300 ℃,中氮厂却高得多。所以中氮煤耗高得多。
2.4 许多中氮厂为什么纷纷拆除大炉改上小炉
大炉改小炉实在是很不科学的举措。这样一来,浪费了土地资源又浪费了厂房,严重影响了后工序的负荷。这些人可能是看见小氮厂煤耗低想学习小氮,以为炉子小煤耗就低,不懂得固定床煤气化的基本原理。一些厂改了一台试了试,并没有效果,就收手不改了,还算好。例如贵州化肥厂。一些厂一下子全部由中型炉改成小炉,跨了,工厂倒闭了。例如原平化肥厂。
问题的严重性还在于,迄今为止许多人对固定床煤气化的技术原理仍然没有认识明白,仍然有许多人在指挥着上小炉子,一味地在改高炉膛。
2.5 煤球好还是煤棒好
许多厂的运行实践证明,煤棒气化优于煤球气化。
全部煤球进炉,一个是一个,粒度非常均匀。透气性能太好的结果是炉上温度居高不下,煤气出炉热损失大,灰渣排出未烧透的煤球多。要将炉上温度控制下来,灰渣残碳降下来得有较强的责任心和操作技巧。总之是操作困难。
全部煤棒进炉则不然,200～300 mm长的棒送到炉口时全部已经是40～80 mm的短截。随机堆积的结果是孔隙阻力大,炉出口煤气温度易于控制,灰渣排出未烧透的小短截煤棒不多。显然,煤棒炉比煤球炉好操作得多。这恐怕是印着了水至清则无鱼那句话了。
2.6 渣层的稳定高于一切
气化炉的稳定运行是实现优质低耗的根本。但影响固定床气化炉稳定运行的关键是什么呢?毫无疑问,是炉内结大块。
入炉煤块度均匀、大小颗粒度配比合理、含粉少,气化剂入炉流量平稳,炉箅布风均匀、炉条机排灰能力适当,恰当的百分比,合理的负荷和上下吹比例,合适的蒸汽用量都是保证气化炉稳定运行的基本条件。操作运行当中,固定床炭层高度和气化渣层厚度的稳定是气化炉稳定运行的首要条件。特别是渣层稳定,影响着全局。渣层好坏就是指有没有大块。最好的灰渣层指灰渣的粒度和入炉煤块一样,大小一样、均匀,都是熔渣却极少残碳的那种。这样,气化火层和炉箅层面有相当的安全距离,同时入炉的气化剂能得到均匀分布和预热,但问题是我们无法直接观察渣层和去测量其厚度,这就是渣层控制的实际困难。虽然炉条温度计安装在炉箅第一层缝隙处,应当说和渣层温度存在着一定的相关性,但由于炉条温度计是高温热电偶,测量的是气流温度,等测量到气化火层辐射热时,它跟炉箅一样已经被烧坏了。所以我们测得的炉条温度往往跟下行温度差不了多少就是这个缘故。许多小氮厂并不安装炉条温度计也就是这个缘故。
渣层的厚度,渣层灰渣块的均匀度,关系着造气炉的负荷量、灰渣残碳量。其操作控制主要靠操作工的责任心和对炉况的判断及炉情处置能力。不仅仅是通过调整炉条机的转速,改变排灰量和渣层的厚度,重要的是对全局的分析判断。
千万要明白,炉内大块不是靠炉箅破渣来控制的。炉箅只能实施正常的布风排灰。炉内大块是工艺操作指标与入炉原料品质不匹配造成的,是气化剂进出量不稳定造成的,是工艺参数在操作中控制失误造成的。
渣层的稳定,靠操作指标合理,靠操作工的操作控制责任心和技术水平。
2.7 气化炉负荷的控制
气化炉的负荷能力对应着一定品种品质的原料是肯定的。
随着气化炉负荷的提高,首先是吹风烟气带出热增加,煤气炉出口煤气带出热上升,蒸汽用量会以比负荷提高更大的比例增加,煤气和未反应的蒸汽带走的热量相应增加。同样,炉膛截面气流速度加快,气化剂在气化火层停留时间缩短,蒸汽分解率下降、二氧化碳还原率下降,煤气有效成分降低,综合煤耗将急剧上升。
多大截面的煤气炉,烧什么样的原料煤,只能生产它能够生产出的煤气。你让它多产是要付出高煤耗的代价的。
因此,气化炉的出口煤气温度(包括吹风烟气温度)对蒸汽分解率的影响是十分明显的。
气化炉出口的煤气温度(包括吹风气温度)和蒸汽分解率对气化炉的消耗水平和发气量影响极大。同样的设备、同样的煤种、同样的负荷,炉出口煤气温度越低,蒸汽分解率越高,煤气和未反应的蒸汽带走的显热越少,则煤耗越低,煤气中有效成分愈高,反之亦然。
当然,建造煤气炉是为了生产煤气的,你也不可能为了低煤耗就降低生产负荷,是不是。
2.8 加压夹套锅炉问题
造气炉的夹套锅炉是保护造气炉炉壁不被烧坏用的。因为造气炉气化火层位置在造气炉炉箅附近,其温度高达1 300 ℃。没有水夹套钢铁会被烧坏,如果采用耐火材料做衬里会灰渣挂壁,当然,如采用特殊材料比如涂层也可以,但成本高。所以做水夹套是最佳选择。
煤气化炉夹套的高度值一般等于炉膛直径,这是为适应宝塔炉箅创建的气化火层位置的。
每台煤气化炉应该有一个独立的汽包,夹套锅炉的汽包应该独立放置到比夹套锅炉高的位置,汽包升降管不得安装任何阀门。这些是国家锅炉安全监察规程规定的。
固定床煤气炉夹套锅炉应该按蒸汽的用途确定需要控制的压力。
许多厂一味地追求加压夹套。以为蒸汽压力高蒸汽品质就好,可以克服造气炉冷壁效应,多产煤气、可以减少气化火层跟夹套锅炉水的温差,降低气化火层热损失。
这些说法并不科学。原因如下。
(1)蒸汽品位是依附于蒸汽的用途的。
(2)冷壁效应的概念在固定床造气炉并不适用,因为气化火层位置的传热主要是辐射传热而不是对流传热,在1 300 ℃的情况下,对流传热是被忽略了的。
(3)生产蒸汽为目的的夹套锅炉拿走热量的多少,不是以气化火层给出热量多少为依据的,而是以蒸汽拿走多少热量来衡量的,要让气化火层减少一些热损失,那得少向它要些热量。
(4)事实上,夹套锅炉压力提高后锅炉水的温度提高,对周围环境散热增加,浪费的热量更多。当然,必须让造气炉夹套锅炉生产高压蒸汽才能将蒸汽送到使用地方时,造气炉夹套锅炉还是应当采用加压夹套的。
现在的问题是,半扣管夹套锅炉的采用非常不合适。原因如下。
(1)以圆形管道耐压能力为依据,认为半扣管也能耐同样压力是错误的。因为形状不一样,设计采用的计算式不能一样。
(2)即使找到合适的计算式,焊缝那么多,必须100%进行探伤认可。实践中做不到。
(3)安徽华泰,湖北金源、楚星等多家在用造气炉半扣管夹套锅炉没有一家是在设计规定压力以上爆炸的,远不到设计操作压力就爆炸了。完全证明此夹套锅炉有严重的安全隐患。
(4)造气炉的夹套内筒有磨损,应定期更换,半扣管夹套锅炉非常容易产生新的安全隐患。
2.9 关于入炉蒸汽缓冲罐
许多人要求在造气炉入炉蒸汽总管增安蒸汽缓冲罐。希望减少蒸汽入炉时的波动。安装后却没有人去看看究竟有没有作用。这种行为实际上是使用者的一厢情愿,对稳定入炉蒸汽压力没什么作用。因为,间歇制气造气炉入炉蒸汽量的波动是由于一台炉用汽或一台炉不用汽造成的,波动值总是在总汽量的25%以上。而且用汽或不用汽很性急,总是要求供汽者立马做到。
蒸汽缓冲罐不像煤气柜那样是能保持恒压的,因为煤气柜是有配重的,所以它能自恒压。煤气柜能保证压缩机一段入口跟气柜一样的压力。蒸汽缓冲罐则不可能。
解决入炉蒸汽波动最好的办法,是每台炉安装一个蒸汽减压阀直接从入炉蒸汽总管取汽。只要把入炉蒸汽总管压力适当提高,减压阀安装位置靠近炉体,入炉蒸汽想进多少就进多少,根本不会受其他炉的影响。
安装缓冲罐不仅对缓和蒸汽入炉的波动毫无用处,反而增加了投资、管理、维护、热损失。
2.10 关于炉箅
固定床造气炉炉箅的重要性不言而喻,但很多人不重视,半个多世纪的时间过去了,仍然没有什么太大的进展。
目前,基本是带破渣筋条的宝塔炉箅一统天下。这是上世纪70～80年代化工部组织对UGI造气炉从原料路线到设备改革的产物。从那以后,原料由焦炭变为无烟煤;炉条机由UGI 2745大的铜制涡轮蜗杆变为J28机架结构;原来爬在灰盘上的灰筋也在清华大学、华东理工大学教授们的设计下改爬到了宝塔炉箅的各层面上。
当时的技术改造对促进煤气化技术进步是有目共睹的。不过现在看来,就炉箅而言,我觉得灰筋爬在宝塔炉箅各个层面上似乎不妥。造气炉内最怕的是结大块。你人为地制造一些大块放在炉箅层面上,这不是害自己吗?好在这些块分布还算均匀,几十年用下来也马马虎虎。但我们还是应该认识到这是一个设计错误。
谈炉箅的破渣,首先必须清楚正常的工艺,炉子里是不应该有大块渣的,炉箅的主要用途更不是让它去破渣的,只不过炉箅的最底下一层,配合夹套内壁下部的夹套保护板,一旦工艺不好结了块对大块渣会起到破碎灰渣的作用这是肯定的。但上面那几层的灰筋则可以说完全没有用,而且只有害处。因为炉条速度是非常慢的,灰筋对灰移动的阻滞作用只会拖延灰离开气化火层的时间,硬要让它熔融硬,要让它结成大块。最底下那层炉箅外边缘的线速度也仅仅只有大约2 mm/s,而且要弄碎渣块是必须固定住它的。
炉箅是合理分配气化剂和引导灰渣顺着夹套内壁跟炉箅之间的通道离开气化火层落到灰盘的储灰腔然后排到灰斗用的。所以炉箅层间缝隙在1、2、3层应当窄些,往下应当宽些。因为灰渣中的细灰比例越到下面越大。炉箅的整体倾斜程度跟炉体的落灰通道宽度要匹配。
严格地说,真正把气化剂均匀分布到气化火层,依靠的是炉箅附近灰渣的粒度均匀,而灰渣粒度的均匀依靠的是入炉原料粒度的均匀和工艺操作指标的合理以及工艺操作控制得当。
工艺控制不当造成灰渣粒度不均匀或细灰挡住炉箅层间缝隙时,操作工往往希望炉箅设计者能让炉箅来解决此问题。昌昱公司的最新一套专利炉箅可能是比较好的解决方案,因为它的层间缝隙上窄下宽,落灰通道宽度和整体倾斜程度比较合理,底下两层炉箅边缘有掀灰铲,能将细灰抬起一条缝来,最大旋径层有割渣刀。
至于间歇生产时下气道带灰多,现在一般的炉箅都已经能妥善解决。
2.11 关于造气炉炉况调优
调优炉况,实质上就是调稳炉况。让造气炉自动运行在预先设定的自己认为良好的工艺环境之中。昌昱公司有一款炉上下温度跟百分比调节自适应专利软件,可能是比较好的。
2.12 关于不停车自动下灰
不停车自动下灰目前正在受到越来越多的企业采用。
基本上有以下几种方式在使用:① 浙江江山化工厂等的水封刮斗挖渣机;② 平顶山富氧连续生产造气炉的上下位圆盘阀出渣装置;③ 鲁山铝厂等的上下位插板阀加皮带输送出渣装置;④ 贵州水晶煤气厂等的水封螺旋出渣机;⑤ 一些厂学习气流床出渣方式的液压推渣机;⑥ 贵州开磷和河南心连心的上位座板阀下位圆盘阀下灰装置。
水封刮渣机的刮斗到底下时,为了刮起灰渣必然受到地下的垂直向上反力,会抬起刮板机,所以用在造气炉是有着原理错误的。其他几种各有优缺点。
这其中恐怕上下位座板阀不停车自动下灰装置更科学更经济合理。因为座板阀在阀板提起时,能触动灰渣,故不容易堵塞出灰口。而且座板阀运行可靠密封性较好。此项技术是昌昱公司2007年在贵州兴化实验成功的。
2.13 关于吹风百分比
间歇生产的吹风百分比,是首要的气化工艺指标。每循环180 s、150 s、120 s,究竟哪种好?决定条件只有一个,就是原料煤的结渣性。
因为固定床炉子是特别要求灰渣必须结小块不能结大块的。而气化火层里的灰又是熔融的,熔融灰量的多少是吹风的氧多少或通氧时间长短决定的。风里的氧21%是固定的。百分比总时间越长,吹风时间肯定会越长。这样,吹风百分比总时间和各阶段时间安排就出来了。
2.14 炉条机和灰盘滚道底盘的运转寿命问题
它们的运转寿命影响到造气炉的运转率。所有的人都希望寿命长,机器也一样。
最近,昌昱公司的几项专利,可能对固定床造气炉的运转寿命会有比较大的好处。
(1)滚道上的球轴承改成了圆锥滚子轴承。
使轴承受力由承受轴向力为主,变为承受径向力为主。符合了滚道上的受力分析实际结果,解决了灰盘跑偏难题。
(2)第一灰道迷宫密封刮上了挡灰帘。
有效挡住炉膛和灰斗细灰、飞灰进入齿轮灰道通路。
2.15 固定床造气炉安全生产问题
固定床造气炉的安全生产,除了上面提到的夹套爆炸以外,最糟糕的是间歇制气一次风管道、阀门爆炸和连续制气灰仓烧烂。
昌昱公司最近的设计方案专利技术可以很有效地消除这些问题。
(1)间歇炉下落开炉顶阀、下落开烟囱阀的安装使用专利技术。
(2)连续炉灰仓灭火装置专利技术。
2.16 关于固定床造气炉系统液压大阀门
固定床间歇制气每一台造气炉,都有14～19个油压大阀门,如果不保温,既浪费热量又烫人。如果保温,又影响操作环境、也影响检修环境。许多厂选择了不保温,或保温好了的却在检修时不得不拆除。
最近,昌昱公司开发了内隔热液压大阀门,既减少散热损失,又还原良好的环境。
3 常压固定床煤气化技术下一步的方向——纯氧连续气化
常压固定床纯氧连续气化工艺,目前已在一些厂实施,表1仅仅罗列了几个。
常压固定床连续气化工艺技术方案,也就是常压固定床纯氧气化工艺技术方案,昌昱公司的技改设计所已经申报了专利。
(1)我国常压连续固定床气化的发展历史
固定床连续气化工艺在我国最早可能是吉化及稍后的淮化、太化首先在常压固定床间歇炉上试运行的。上世纪70年代引进加压固定床连续气化造气的鲁奇炉用于生产硝铵、复合肥。
昌昱公司是2007年开始开发常压富氧连续气化工艺技术的。常压富氧连续气化是在间歇气化工艺基础上发展起来的。由于当时煤价还不是太高,而制氧成本仍相当高,氧成本在煤气总成本中要占25%以上,所以多数厂力不从心,只好要求我们设计间歇、连续两用炉的工艺。
今后,煤价只会越来越高,制氧成本却逐渐下降。今天的纯氧单价已经是0.35元/m3上下,纯氧连续气化的纯氧成本已经只占半水煤气总成本的5%～6%。常压纯氧固定床连续气化得到许多厂的青睐是历史的必然。
(2)固定床常压连续气化跟固定床常压间歇气化的比较
所谓纯氧气化都应该是连续气化,如果纯氧气化还间歇生产,实在是太可惜了。
纯氧气化的根本性优点,是去除了进入气化火层的惰性气体(如氮气等既不参与气化反应反而带出气化火层里高温炭的热量),提高了气化剂的分压,提高了炉内高温炭热量利用率。
复合床煤气化 篇6
1 湿法气流床气化灰水系统工艺概述
1.1 黑水处理
气化炉激冷室底部的气化黑水和洗涤塔底部的洗涤黑水经过多级闪蒸, 回收热量, 浓缩的黑水送往澄清槽进行沉降澄清, 澄清槽底液送往真空过滤器进行液固分离, 至此, 黑水处理完成。
1.2 灰水循环
经过沉降澄清后, 澄清槽上部清液溢流至灰水槽中, 由低压灰水泵返回气化系统循环使用。由新鲜水、变换冷凝液、低压灰水等组成的较为干净的灰水在脱气水槽中脱除氧及酸性气体后通过高压灰水泵送往洗涤塔循环使用。
从图中可看出进入系统的水, 主要是后续变化冷凝液和新鲜水。后续变换冷凝液从洗涤塔、高温热水器、脱气水槽进入系统。为了防止系统循环水中可溶性盐及腐蚀性离子累积产生结垢、腐蚀, 部分低压灰水作为废水送至界区外处理, 通过向脱气水槽不断补充新鲜水来维持系统的水平衡。
2 灰水系统中常见的堵塞、腐蚀问题
湿法气流床气化技术灰水系统中堵塞、腐蚀问题最为严重。笔者通过对使用湿法气流床气化技术的厂家调研, 发现在灰水系统中, 多家工厂都曾出现不同程度的黑水、灰水管道、阀门堵塞、腐蚀的问题。如气化炉与洗涤塔去闪蒸的黑水管线和阀门堵塞, 尤其是在烧嘴雾化效果差或气化炉带水严重时, 会使黑水中灰渣沉积在管道内, 造成管道严重堵塞[1]; 高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器进口工艺管道、阀门多次出现腐蚀、穿孔的现象, 管道磨损泄漏, 大量黑水外喷, 造成严重污染和水资源的浪费;阀门阀芯磨损严重, 关闭不严, 在开停车时无法处理系统, 运行时调节系统困难, 严重时引起系统跳车, 必须清洗结垢管道和更换磨损管道阀门, 更换和维修费用高[2,3]; 高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器黑水出口管道内壁结有大量垢片, 堵塞黑水出口并堵住液位调节阀, 难以处理, 操作危险性大, 极易发生人身烫伤事故[4]。
3 堵塞、腐蚀原因分析
3.1 堵塞原因分析
管道、阀门堵塞的污垢主要是化学结垢、水中微溶物质析出、悬浮物沉积造成的。气化灰水系统管道、阀门堵塞主要有两方面原因, 一是黑/灰水中CaCO3和MgCO3结垢脱落引起堵塞;二是黑水中悬浮的大量灰渣发生局部沉降引起堵塞。下面就这两个方面引起的堵塞进行分析。
3.1.1 结垢堵塞
煤、新鲜水、助熔剂及后续系统返回的冷凝液是湿法气流床气化的主要原料, 它们是灰水系统中产生结垢的根源。因为原料煤中存在钙、镁矿物质, 石灰石 (CaCO3) 被用作助熔剂, 新鲜水中也存在少量的Ca2+、Mg2+, 原料经过混合成浆气化后, 部分钙、镁元素以Ca2+、Mg2+形式存在于水中, Ca2+、Mg2+可与灰水中的生成CaCO3和MgCO3。CaCO3和MgCO3溶解度极小, 在25℃时的溶解度为9.327×10-5mol/L和5.099×10-3mol/L, 两者混合后的水溶液的硬度为 (CaCO3计) 519.227mg/L, 当系统水中Ca2+、Mg2+的浓度大于519.227mg/L (25℃) , 并且水中有大于这个量的存在时, 系统就会有沉淀生成, 形成结垢, 吸附在管道表面, 当达到一定的厚度后, 受装置不稳定运行流体的冲击以及开停车时黑水温度急剧变化, 结垢产生膨胀而脱落, 堵塞黑水管线以及调节阀。
目前运行装置, 真空闪蒸后进入澄清槽的黑水中pH值、碱度及硬度数据见表1。
变换冷凝液含氨量高是造成系统结垢的重要因素。后续系统返回的变换冷凝液送入洗涤塔、高温热水器、脱气水槽循环利用, 这部分水中氨的含量较高, 造成灰水系统氨含量高, pH升高, 碱度升高, 转化为, 灰水中的浓度增加, 促进CaCO3、MgCO3形成结垢。后期高压灰水泵进口结垢、灰水换热器管程结垢、气化炉激冷水管线结垢、洗涤塔循环泵的结垢, 实质上就是整个灰水系统结垢现象的表现。
3.1.2 灰渣堵塞
湿法气流床气化采用的原料煤中含8%～20%的灰分, 在装置运行过程中, 气化反应产生的大量煤灰和未反应的残碳悬浮在黑水中, 当黑水出口管道由于操作条件发生变化或者是系统发生故障造成黑水在管内流速过低时, 会使黑水中悬浮物沉积而堵管, 加上管道上的流量计及调节阀的口径很小, 加速黑水管道的堵塞, 对整个气化系统造成严重危害。如果洗涤塔底堵塞使塔内积聚下来的细灰无法排出, 细灰随洗涤塔循环泵送入气化炉激冷环, 加剧了激冷环的堵塞, 进而影响气化炉液位, 气化炉液位不稳定, 常使工艺气带有大量的灰与水进入洗涤塔, 引起洗涤塔工艺气带水带灰, 增加洗涤塔下部灰量, 发生堵塞, 形成恶性循环。
3.2 腐蚀原因分析
气化炉和洗涤塔来的黑水是由气、液、固三相组成, 其固体悬浮物和浊度较高, 而且液相中含有Cl-、S2-、CO
3.2.1 冲蚀
山东华鲁恒升气化装置在1年的运行中, 高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器进口工艺管道、阀门多次出现腐蚀、穿孔的现象, 给正常生产带来了极大的困难。严重时这些部位的管道、阀门使用不到7～10天就出现穿孔[5]。现就管道、阀门及阀后弯头穿孔损坏原因进行分析。
黑水在高压管道内快速流动时, 高温热水器、低温热水器前减压角阀前后的压差大, 经过角阀减压后, 静压能转变为动能, 流速急剧增加, 黑水管道中的硬颗粒灰渣对管道产生冲刷、侵蚀。尤其在角阀节流口, 流体流速最高, 产生强大的动能, 对角阀阀芯、阀座及阀后球阀的阀芯、阀体及管道带来严重的冲刷磨损, 导致内部材料表面暴露在腐蚀性流体中, 进一步承受腐蚀和冲蚀。
流体经过阀后弯头成曲线运行, 产生离心力, 使流体在弯曲管道内的内外侧流速发生变化, 使黑水向外侧集中, 弯头出口外侧流速大, 内侧流速小, 角阀后的弯头出口外侧冲刷腐蚀非常激烈, 使高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器黑水进口管线角阀后弯头磨损、穿孔。
3.2.2 气蚀
管道上的金属构件使管道内径有细微的变化, 当流体经过缩口, 流速变大, 压力降低。当流束扩展进入更大的区域, 速度下降, 压力增加。如果缩口处的压力降到流体该温度下的饱和蒸汽压力以下, 流束中就有小汽泡形成。如果下游压力恢复到高于液体的饱和蒸汽压力, 汽泡迅速凝结破裂, 产生局部空穴, 高压水高速占有原汽泡的空间, 形成一个冲击力。管道上各种构件导致管道内部压力不断地起伏、突变, 致使气泡形成及破灭现象在金属表面反复发生, 破坏金属表面钝化膜和膜下金属, 使得正在使用的阀芯、阀座表面的材料被冲击成蜂窝状的小孔。这就是气蚀对管道、阀门的破坏。
3.2.3 化学腐蚀
H2S和HCl是影响管道、阀门选材的重要因素。灰水系统中硫和氯的主要来源是原料煤和新鲜水。硫和氯是煤中的含量较高的有害元素, 新鲜水中含有少量的Cl-, 原料经过混合成浆气化后, 硫和氯大部分转化为H2S和HCl。它们能够溶解到水中形成酸进而腐蚀管道、阀门。下面我们就硫、氯两种腐蚀进行分析。
溶解于水中的硫化氢电离形成H+与S2-, S2-可与普通碳钢中的Fe发生离解反应生成FeS。在pH值>6, 生成的FeS覆盖碳钢的表面, 有较好的保护作用。煤气化生成的H2S, 大部分存在工艺气中, 不易溶于水, 形成氢硫酸比较难, 由H2S引起的腐蚀不是主要问题。[5]黑水中存在二氧化碳、氯离子、残酸等腐蚀性组分, 使硫化氢的腐蚀作用大大加强。氯离子的存在会阻碍保护性的硫化铁膜在钢铁表面的形成。
氯化氢易溶于水, 在水溶中电离形成H+与Cl-, Cl-极易破坏不锈钢表面形成的防腐蚀的钝化膜。Cl-能优先地有选择地吸附在不锈钢的氧化膜上, 把氧原子排挤掉, 然后与氧化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物, 结果在基底金属的特定点上形成小蚀坑, 产生点腐蚀。而一旦形成坑点以后, 由于闭塞电池的作用, 坑外的Cl-将向坑内迁移, 而带正电荷的坑内金属离子将向坑外迁移, 从而形成电化学腐蚀, 加强了点腐蚀。点腐蚀又会诱发应力腐蚀, 最终导致管道产生各种腐蚀缺陷。
4 应对措施
湿法气流床气化灰水中灰渣、CaCO3、MgCO3、S2-和Cl-的存在不可避免, 为了减轻管道、阀门的堵塞和腐蚀, 可以采取以下应对措施。
4.1 原料选择
管道、阀门堵塞、腐蚀问题的源头是原煤和新鲜水的质量问题。选用低灰分、低灰熔点、低硫氯的优质煤, 可以有效的控制堵塞、腐蚀问题, 但优质煤储量有限, 价格较高, 可以通过优劣质煤的配煤试验, 选择最优化的煤种组合及最佳配煤比例, 控制混煤的灰分小于20%、灰熔点小于1350℃, 硫质量含量小于2.0, 氯质量含量小于0.5, 通过配煤也可减少助熔剂 (CaCO3) 的加入, 使优质煤和劣质煤取长补短, 综合利用。进入系统的新鲜水应严格控制氯离子含量, 使系统灰水中氯离子含量不高于300mg/kg, 尽量减少系统水的置换量, 减少成本, 降低黑水管道、阀门的腐蚀。
4.2 材料使用
黑水中的硫化氢和氯离子对奥氏体不锈钢有腐蚀作用。铁素体-奥氏体不锈钢及钛钢的抗腐蚀能力较好, 可以用作黑水管道、阀门材料, 但材料及加工成本过高, 目前工业设计中要求控制Cl-浓度在300mg/kg以下, 可以适当的降低材料要求, 且因黑水基本偏碱性, 结垢问题远远大于腐蚀问题。目前工业生产证明, 黑水管道材料选择304L或碳钢加腐蚀裕度, 黑水管道上的阀芯、阀座密封面采取超音速喷涂、镍基喷焊、硬质合金喷焊防磨蚀已不成问题。在灰水系统中, 对易磨损腐蚀管道可采用内衬提高管道的抗腐蚀能力。如高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器进料管减压阀后直管段以及弯头处磨损严重, 采用普通碳钢内堆焊耐磨金属或衬耐磨陶瓷, 可以减缓磨损, 定期检测、更换。
4.3 工艺改进
减少高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器进料管线的弯头, 尽量采用直管, 减少了该管道被冲透泄漏的可能性;将高磨损区改为法兰连接, 方便更换。
高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器进料管道内堆焊耐磨金属或衬陶瓷的同时, 适当加大调节阀后管道及弯头的内径, 以此来降低阀后黑水的流速, 减少了黑水对管道的冲蚀程度。
高温热水器、低温热水器、真空闪蒸器的黑水出口管线, 从罐体中下部引出, 使用上吸式排出黑水, 罐内黑水出口处设折流挡板, 以避免大块灰渣进入黑水管道。罐底锥部为排污管线, 并配置冲洗水管线, 定期冲洗, 以便罐体底部的灰渣垢片等沉积物及时排出, 避免管道的垢堵。
4.4 操作管理
定期检测高压灰水泵的出口悬浮物含量, 以便急时控制灰水结垢问题。
定期切换黑水过滤器对滤网进行冲洗, 避免灰分被带入激冷环。
控制黑水管道一定的流速 (～2.0m/s) , 防止黑水中悬浮物积聚与沉积;每次停车后对黑水管线采用高压水与大量冲洗水进行冲洗, 保证了黑水管线的畅通。
4.5 助剂的添加
在进入澄清槽的黑水中添加适量的絮凝剂, 将灰水中悬浮物控制在较低的水平, 降低灰水系统的阻垢难度, 从而降低水质处理的成本。在循环灰水进入洗涤塔循环利用之前, 在脱气水槽及灰水槽出口管道加入分散剂, 使灰水中CaCO3、MgCO3悬浮于水中, 易被水流冲走, 这样就避免了垢层在管道表面的沉积。工业生产虽然都添加了絮凝剂和分散剂, 但并不能彻底解决结垢问题, 只能缓解结垢状况。当煤种变化或系统工况变化时, 分散剂的效果并不理想。应对不同的絮凝剂和分散剂进行试验, 筛选出最佳的助剂, 尽可能采用技术性能好的助剂。定期检测黑水、灰水固含量及结垢状况, 选择最佳添加量。
5 建议
通过对湿法气流床气化灰水系统堵塞、腐蚀问题的分析, 提出一些建议, 缓解管道、阀门的堵塞和腐蚀问题, 但要彻底解决问题, 还需进一步探索, 这是国内外煤气化工作者共同面临的任务和课题。
(1) 进一步的研究改进工艺过程, 降低结垢、腐蚀, 如通过改造灰水流程, 把pH、碱度、硬度较高的水质混合, 使系统中的Ca2+、Mg2+尽可能沉淀、通过沉降过滤, 减少灰水系统悬浮物含量。
(2) 加强耐磨新材料的开发研究, 减少腐蚀, 减少管道、阀门的更换。
(3) 研究开发更加高效的絮凝剂和分散剂, 如在高温、高压下不分解, 效果明显的絮凝剂及低温下效果好分散剂。
参考文献
[1]王旭宾.德士古煤气化渣水系统堵塞问题的探讨[J].上海化工, 1998, 23 (5) :30-33.
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[4]朱冬梅, 吕传磊, 聂成元, 等.水煤浆加压气化装置黑/灰水系统改造[J].化肥设计, 2002, 40 (4) :48-49.
复合床煤气化 篇7
1 灰含量和助熔剂的基本概念
灰含量是指入气化炉粉煤中灰所占的质量, 助熔剂一般是指可以降低其物质的软化、融化或者液化温度的物质。灰含量的变化和助熔剂的添加会很明显地影响粉煤气化工艺指标, 研究其变化对气化炉稳定操作的引导以及优化控制都有极其重要的意义。
2 灰含量对气流床粉煤气化炉性能的影响
为了更好地研究气化炉粉煤中灰[1]含量的变化对气化炉运行稳定性能的影响, 先要控制住其它的变化因素, 使其它因素保持不变, 也就是让进入气化炉的氧气、粉煤流量等不发生变化, 而只考虑入炉粉煤中灰含量的变化, 这是一种常见的研究方法, 专业术语称之为控制变量法。无论是低灰量的煤还是高灰量煤, 它们影响趋势基本相同。对于低灰量煤来说, 当煤中的灰含量发生变化、逐渐增加的时候, 煤的高位热值也就是无灰干基元素会对应减少, 高灰量煤也是这样, 区别在于变化的幅度不一致。另外, 在一样的气化温度条件下, 当灰含量增加的时候, 氧煤比会相应降低, 有效气产率也会相应降低, 比煤耗会逐渐增加, 比氧耗也会有一定的增加, 低灰量和高灰量煤影响规律一样, 只是对应的幅度不一样。与此同时, 伴随灰含量的增加, 灰渣热的损耗也会变多, 有效气产率减少, 这就会促使冷煤气的效率相应地降低。由此可见, 在一致的气化操作温度条件下, 当灰含量增加的时候, 有效气产率以及冷煤气的效率会因此而降低, 但是比煤耗以及比氧耗会相应地增加。
当煤中的灰含量逐渐增加的时候, 气化温度的变化非常明显, 有大幅度的上升。当气化温度比灰熔点低的时候, 气化炉就不能够顺畅地进行液体排渣。还有一点, 当氧煤比不变的时候, 灰含量的增加会促使煤热值降低, 但是氧碳比的增加会促使气化温度迅速上升。当入炉煤中的灰含量每波动百分之一的时候, 气化温度就会发生大概正负15~27 (9) 的波动。所以, 工业操作过程中需要时刻注意入炉煤中气化温度受到灰含量波动的影响, 需要把气化操作的参数进行相对应的调整, 这样才可以确保气化炉能够正常运行。
3 助熔剂对气流床粉煤气化炉性能的影响
对于高灰熔点的煤品种而言, 加入助熔剂[2] (常见的助熔剂为碳酸钙) 可以调节改变气化炉操作温度, 灰分组成也会有所变化, 灰分比例会有所提高, 这样一来自然而然就会影响气化炉的性能。以某实验为例子来讲, 从而用来考察不一样的助熔剂量条件下气化炉的性能以及消耗规律, 通过这样的考察可以指导气化炉的实际操作。气化炉操作的温度一般取比灰熔点高一百摄氏度的温度, 通过多次调整发现:开始一段时间, 当助熔剂量占入炉粉煤量的质量分数增加时, 灰熔点会逐渐降低, 当质量分数达到某一个点再增加的时候, 灰熔点也在相应地升高。
另外, 助熔剂的加入量对气化消耗也会有影响。当助熔剂添加含量占入炉粉煤量的比值逐渐增大的时候, 其比煤耗以及比氧耗却在下降, 这就可以得出结论:虽然加入助熔剂会把灰分比例提高, 但是只有适宜的助熔剂量才可以把气化操作温度明显地降低, 提高了有效气产率并且降低了煤耗和氧耗。针对不一样的煤品种, 它的灰熔点会伴随助熔剂添加量而变化, 但趋势并不一致, 最低的灰熔点所对应的助熔剂添加量还得通过实验来确定。需要强调的是, 影响气流床粉煤气化炉性能的因素不单单只有灰含量和助熔剂, 还有其它的多种多样的因素, 这里只是着重讲灰含量以及助熔剂, 这两个因素的影响毕竟是比较显著的。
4 结语
气流床粉煤气化炉给工业化生产提供了很大的方便, 也促进了工业发展, 加快了工业化生产进程, 它占据了越来越重要的地位, 也发挥着越来越重要的作用。与此同时, 当知道灰含量及助熔剂对气流床粉煤气化炉性能的影响时, 人们操作该设备会更加规范, 多加注意这些影响事项, 并在已有的基础上对设备做出一些改进和创新, 这样一来就可以很好地提高设备性能, 也就是提高了设备的使用效率, 气流床粉煤气化炉就会更加受到青睐, 使用更加有利, 收获更大效益, 前景也才会更加美好。
摘要：气流床粉煤气化炉是一种比较常见的设备, 在工业生产中广泛使用, 占有举足轻重的作用, 而性能往往是设备的主要参考指标, 气流床粉煤气化炉性能受煤中灰含量和助熔剂的影响最大。
关键词：灰含量及助熔剂,气化炉性能,影响
参考文献
[1]龚福林.神东气化用煤在不同灰分下煤质指标的变化情况[J].煤质技术, 2013, 6 (3) :10-13.