加压气化技术（共8篇）
加压气化技术 篇1
航天炉粉煤加压气化技术是由北京航天万源煤化工工程技术有限公司在壳牌和德士古等煤制合成气工艺的基础上自主开发, 在保留了借鉴工艺优点的基础上增加了航天炉技术的独创性。根据相关介绍可知, 航天炉技术在应用于建设工业化示范项目的时候并未经过中小型测试, 然而该技术的应用却基本满足应用项目的要求, 极大程度上确保了工业化建设的速度。下面就让我们来了解一下航天炉粉煤加压气化装置的主要情况。
一、完成粉煤加压气化工作所需装置的主要介绍
通常情况下, 完成粉煤加压气化工作所需的装置由四个单元构成, 第一个就是完成磨煤和干燥工作的U1100单元, 完成粉煤加压和输送工作的U1200单元, 实现粉煤气化的U1300单元以及处理渣和灰水的U1400单元。
在U1100单元里具有两条1开1备的运行生产线, 以此来确保装置的连续运转, 装置里的U1200单元能够对储存的粉煤进行加压, 并将粉煤输送到料罐。作为气化装置核心的U1300单元, 能够实现粉煤的燃烧, 制造气激冷和设备的清洁工作, 最后的U1400单元则进行装置的黑水处理和循环利用工作。
二、航天炉粉煤加压气化技术的主要特点
1. 航天炉粉煤加压气化技术必须使用适应性较强的原料煤
航天炉粉煤加压气化装置经过试烧之后, 试烧人员观察得知, 原料煤粒度会对碳的转化过程造成影响, 另外, 如果原料煤含有的水分过高就会降低U1200单元煤粉的输送效率, 如果原料煤内部的灰分较少, 试烧过后渣就无法顺利挂在水冷壁上, 因而航天炉内部无法拥有稳定的保护渣层。综上所述, 航天炉粉煤加压气化技术必须要使用适应性较强的原料煤。
2. 应用此技术缩短了开停车的时间, 提高了负荷升降的速度
应用航天炉粉煤加压气化技术之后, 通过对装置的运行情况进行观察, 装置操作人员观察到开停车时间大大缩短, 并且负荷升降的速度得以提高。主要表现在如下两个方面:一、应用航天炉技术之后停车到开车这一段过程最多只需消耗两个小时;二、在投料的时候, 要想使气化炉负荷从40%增加到100%也最多消耗两小时。上述两点都大大降低了物料的消耗数量, 并用最少的资源合成最优质的氨产品。
3. 应用此技术能提高监控的安全性和便捷性
与其他煤制合成气工艺相比, 航天炉技术将火焰检测器转换成高清晰度的摄像头, 通过摄像头, 监控人员就可以通过总控制室的显示屏得知航天炉中的情况, 与火焰检测器相比, 摄像头的应用大大提高了监控的安全性和便捷性。
三、航天炉的结构特征
一般来讲, 航天炉主要由组合式烧嘴、含水冷壁的气化炉燃烧室、承压空壳和承压外壳组成。组合式烧嘴主要包括点火烧嘴、开工烧嘴和粉煤烧嘴。气化炉燃烧室中的水冷壁能够抵抗高温和熔渣的侵蚀, 并在中压锅炉循环泵的帮助下保证水的循环, 并完成副产蒸汽的热量吸收任务。承压空壳又称为激冷室, 能够进行室内水浴。
四、航天炉技术与其他煤制合成气方法的比较分析
1. 与壳牌煤制合成气相比航天炉技术的优点
(1) 航天炉技术的操作简单, 消耗的资金少
应用航天炉技术的主要目的就是完成甲醇或合成氨的生产过程, 为完成此生产过程, 航天炉技术只在装置中利用简单的水冷壁和洗涤除尘等流程。然而壳牌粉煤气话技术在设计的时候, 主要的目的是解决联合循环发电问题, 因而要想生产甲醇或合成氨, 就好耗费更多的资金。
(2) 航天炉技术与壳牌煤制合成气相比耗电低
对于壳牌粉煤气化技术来说, 为了完成除尘工作, 要利用废热锅炉和干法流程, 因此需要大量的合成气二氧化碳或氮气, 与清理航天炉所需的合成气相比, 壳牌煤制合成气工艺需要更多的合成气, 另外, 通入的合成气温度必须保持在900℃左右, 所以必须要利用激冷气压缩机来将处于高温的合成气进行降温, 因而大大增加了电量的消耗。
(3) 应用航天炉技术只需耗费少量的资源进行结构的制造
与航天炉技术相比, 壳牌粉煤气化技术在进行装置清洁的时候, 需要使用合金钢材质来制造出呈多段竖管排列的水冷壁, 然而该种水冷壁具有复杂的水路, 因而制作难度较大。另外, 壳牌粉煤气话技术所需的设备需要进口, 不仅加大了投资, 还提高了操作和维修的难度。
(4) 航天炉气化装置所使用的构件全部由我国自行制造
与壳牌粉煤气化技术所使用的构件相比, 航天炉气化装置内部的构件都是由我国自行设计并制造出来的, 因而实现了航天炉设备的国产化, 并降低了购买设备所需的资金, 大大缩短了设备加工所需的时间。
(5) 航天炉技术的应用缩短了项目的建设周期
通过查阅相关资料可知, 航天炉粉煤加压气化技术的应用能够大大缩短项目建设的周期。比如说, 安徽临泉化工股份有限公司就只耗用了24个月完成了项目的建设与安装调试, 这速度是壳牌粉煤气化技术无法比拟的。
2. 与德士古煤制合成气相比航天炉技术的优点
(1) 航天炉技术只消耗少量的原材料, 并具有较先进的气化指标
经过两种技术的应用对比, 我们发现应用航天炉技术使用的原料煤要比德士古煤气化技术使用的原料煤少, 并且消耗的氧气也存在15%的差距, 虽然应用航天炉技术消耗的电量更多, 但是与它前面的优势相比是微不足道的。
(2) 航天炉技术使用的原料具有较强的适应性
虽然我们在前文说到航天炉技术使用的原料煤的粒度会对碳的转化过程造成影响, 但是德士古煤气化技术却对原料煤的灰分和灰熔融性温度有着更高的要求, 并且一旦原料煤的某项指标不能达到60%以上就不能作为原料进行生产工作。
总结语
迄今为止, 航天炉气化技术的各大优势不仅能够减少原料煤、电量等资源的消耗, 还提高了可操作性, 是与我国国情相适应的一项技术, 对此, 从事航天项目的人员必须要熟悉深入航天炉粉煤加压气化技术。并应用于我国的现代化建设, 加快现代化建设的步伐。
参考文献
[1]卢正滔, 姜从斌.航天粉煤加压气化技术 (HT-L) 的进展及装置运行情况[J].化肥工业, 2012.11 (39) :111-112.
[2]朱玉营, 赵静一, 彭书, 王延吉, 张承锋, 郭宝方.航天粉煤加压气化炉运行总结[J].化肥工业, 2012.11 (39) :120-121.
[3]郭兴建, 童维风.航天炉粉煤气化装置新疆保利煤试烧运行总结[J].化肥工业, 2012.11 (39) :135-136.
中国的煤炭地下气化技术 篇2
关键词：煤炭 地下气化 历史 中国 前景
1、煤炭地下气化的基本概念
煤炭地下气化（Underground Coal Gasification）就是向地下煤层中通入气化剂，将煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体，然后将产品煤气导出地面再加以利用的一种能源采集方式。[1]
2、煤炭地下气化技术概况
2.1开发历史与技术比较
2.1.1国外的历史
前苏联自30年代初开始地下煤气化技术试验，至50年代末达到工业化生产，所生产的煤气用于发电或工业燃料气。目前有关工作基本停顿。气化方法包括 “有井式”和“无井式”(钻孔法)。
6个欧共体成员国于1988年组成欧洲地下煤气化研究工作组，其长远目标在于通过现场试验和半商业运行，论证欧洲典型煤层商业应用地下煤气化的可行性。第一个西班牙现场联合试验自1991年10月开始至1998年12月结束， 气化总共进行301h。采用的主要技术是利用石油天然气工业的定向钻井技术。实验成功表明：欧洲煤可在500m深气化并生产高质量煤气；气化过程稳定并可控制。[2]
2.1.2国内的历史
我国采用“长通道、大断面、两阶段”煤炭地下气化工艺，1994年完成徐州新二号井半工业性试验、1996完年唐山刘庄矿工业性试验、2000年完成山东新汶矿孙村煤矿产业化示范工程，2001年进行了山东新汶协庄煤矿、鄂庄煤矿、肥城曹庄煤矿和山西昔阳煤化公司的推广利用。
我国自1958年到1962年，先后在新汶、鹤岗、大同、皖南、沈北等许多矿区进行过自然条件下的煤炭地下气化试验；1987年中国矿业大学在徐州马庄煤矿报废矿井进行无井式气化，试验进行3个月，产气16万m ，煤气平均热值4．2MJ／m 。马庄试验表明，矿井遗弃煤炭地下气化是可行的，但所采用的无井式气化工艺必须改进。
2.2 对煤炭地下气化技术的评述
煤炭地下气化被誉为新一代采煤方法。早在1979年联合国“世界煤炭远景会议”就曾明确指出，煤炭地下气化是从根本上解决传统煤炭开采和使用方法存在的一系列技术和环境问题的重要途径。
煤炭地下气化所得的煤气主要有以下用途：①用于发电；② 用于工业燃气；③ 提取纯氢，进一步用作还原气和精细化工产品；④ 用于城市的民用煤氣；⑤用于合成甲烷，进入天然气管网；⑥ 用于化工合成原料气，通过煤气可合成甲醇、氨气、二甲醚、石油等 。[3]
3、煤炭地下气化在中国的前景
3.1发展煤炭地下气化技术的原因
其一，煤炭工业是重要的基础产业，然而煤炭开采成本随着开采强度的加大而不断提高，东部煤炭后备资源愈发不足。煤炭地下气化技术是一项从根本上改造传统的煤炭生产与利用工艺的技术，因此从国家产业政策和技术政策的角度来看，应该支持煤炭地下气化工艺的发展。
其二， 由煤矿地下生产的煤气可广泛应用于燃料气、发电、煤化工和提取氢等清洁燃料高附加值的生产领域(当然还有许多研究开发工作要做)，由此大大提高煤炭工业的经济效益，促进煤炭工业技术和产品结构升级。煤炭地下气化的发展有可能成为煤炭工业的新的经济增长点，应引起高度重视。这一新的经济增长点是伴随着煤炭资源的合理、综合和有效利用而来，我国已有的关于资源综合利用的优惠政策也应该向这一新技术的开发与应用倾斜。
其三，从原则上说，地下煤气化技术是比常规地面煤气化清洁煤技术还要清洁的一项清洁煤技术。煤炭地下气化技术是一项从煤炭开采利用源头预防和治理污染的清洁生产(CP)技术，亦即环境无害化技术(EST)。
3.2对于煤炭地下气化在中国的前景的展望
我国正处于工业化、城市化、现代化加快推进的进程中，能源需求快速增长，大规模基础设施建设不可能停止。据统计，2000 后我国的能源消费年平均增长率高达9.7%，2007 年，我国能源生产总量达到23.7 亿tce，能源消费达到26.5 亿tce，位居世界第二[4]。“富煤、少气、缺油”的资源条件，决定了中国能源结构以煤为主，低碳能源资源的选择有限。我国电力中，水电占比只有20%左右，火电占比达77%以上，“高碳”占绝对的统治地位。尽管太阳能、风能等可再生能源在大力发展中，但一时都很难充当主角。
因此，我国能源结构以煤炭为主的局面在短时间内还难以改变。让煤的开采和使用变得干净、少污染，将煤炭资源低碳化利用成为当务之急。发展煤炭地下气化是我国解决上述问题的最佳途径。随着我国煤层气产业的发展，煤层气与煤炭地下气化的综合开发和利用也必将降低成本、提高煤炭地下气化的经济效益。[5]
4、对于中国煤炭地下气化的建议
对于煤炭地下气化技术，应加强不同煤层赋存条件下稳定气化工艺参数及控制技术的研究；煤炭地下气化燃空区动态监测可视化及控制技术的研究；煤炭地下气化污染物控制及资源化技术的研究；煤炭地下气化煤气综合利用技术的研究。
另外，为发展我国煤炭气化产业，要积极鼓励企业和居民使用煤气，周家应制定相关政策，对使用煤气提高能源转化效率，减少污染的企业实行优惠政策，如减免税收。[6]
设立煤炭地下气化科技投资总公司，以对煤炭地下气化技术进行规划管理与运作，促进其工业化和产业化的进程。同时，使煤炭地下气化技术与金融相结合，获取更大效益，最终迎击未来全球能源危机的挑战。
在经济发达地区扩大实验，可考虑把淮海经济区建成国家级“煤炭地下气化战略试验区”。徐州、新汶都有很好的基础和科研能力，较强的社会经济需求，建立试验区可以扩大西气东输气源供应，优化淮海经济区产业结构。
国家应把煤气地下气化列入十二五规划，把煤地下气化与西部大开发结合起来，与西气东输管道结合起来，与发电、制氢、化工等产业结合起来。[7]
参考文献:
[1]黄温钢,辛林,吴俊一,马晓光.从低碳经济看我国煤炭地下气化的前景.中国科技论文在线
[2]马驰,余力,梁杰.中国煤炭地下气化技术的发展.中国能源.2003,2.
[3]柳少波，洪峰，梁杰.煤炭地下气化技术及其应用前景. 天然气工业.2005，8.
[4]张玉卓.从高碳能源到低碳能源——煤炭清洁转化的前景[J]．中国能源，2008，30（4）：20-22.
[5]初茉,李华民,余力等. 煤炭地下气化——回收报废矿井中煤炭资源的有效途径[J].中国煤炭， 2001，27（1）：22-29.
[6]黄振中.世纪之交的中国煤炭气化技术.世界科技研究与发展.2004,10.
粉煤加压气化制备合成气技术 篇3
气流床煤气化是当今国际上最先进的煤气化技术, 与水煤浆气化技术相比, 粉煤气流床加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率高、冷煤气效率高、煤处理量大、洁净、高效等技术优势, 代表了煤气化技术的发展主流, 有更强的市场竞争力。具有自主知识产权的粉煤加压气化中试装置试验成功, 并于 2004年12月21日通过科技部主持的课题专家委员会验收, 专家委员会认定“该技术具有自主知识产权, 填补了国内空白, 工艺技术指标达到了国际先进水平。”这标志着我国已经攻克了粉煤加压密相输送、中试装置设计、建设与操作等关键技术, 并取得了国际领先水平的重大成果, 随后又率先在国际上实现了以CO2为输送介质的粉煤气化中试运行, 获得了重要的工艺运行数据。这项重要的研究进展对于提升粉煤具加压气化技术的先进性, 拓展其应用领域, 生产甲醇、二甲醚、醋酸、烯烃等, 以及重要石油化工替代产品的龙头技术开发具有重要意义。
1 粉煤加压气化技术研究开发
1.1 实验室研究, 重点攻克关键技术
通过研究输送料罐结构形式、输送管道尺寸、弯管形式、输送气体分配方式、粉煤均匀分配方法、喷嘴结构尺寸、粉煤流量稳定控制方法等, 掌握了粉煤密相输送过程规律, 形成了专利技术, 提出中试装置粉煤加压密相输送工艺, 为确保高压下将粉煤密相、稳定可控地输送人气化炉奠定了坚实基础。另外, 在研究测试关键阀门的调控性能上, 特别是测量粉煤流量的进口固体质量流量计方面做了大量摸索与研究工作, 确保了中试装置的顺利开车运行。
1.2 中试装置运行, 探索并掌握整体技术
系统分新建单元和利旧改造单元。其中新建单元为粉煤制备单元、粉煤输送与循环单元;利旧整改单元是指气化单元、合成气洗涤与渣水闪蒸处理单元。与大多数国产化技术采取的引进— —消化吸收——创新模式不同, 粉煤加压气化技术是在国内尚无任何设计、建设与运行工程经验参照情况下自主创新形成的。经过中试实践探索, 在工程方面积累了许多宝贵经验。
1.2.1工艺参数与条件
全面打通了磨煤干燥制粉、粉煤密相输送的安全稳定可控供料、气化及激冷洗涤等工艺流程, 特别是核心技术经受了考验。通过装置运行, 掌握了制粉工艺条件及其调控方法、粉煤输送与加料同步协调的重要参数与工艺条件、气化炉运行操作参数、气化工艺指标的调节优化方法等。并且实现了四喷嘴运行与两喷嘴运行间的快速、方便切换, 使该技术在操作负荷调整上具有更大的灵活性。
1.2.2设备与仪表
粉煤介质不同于气体、液体与浆体, 对设备与仪表有更特殊的要求。在中试装置上, 重点对粉煤加料与输送关键设备和仪表性能进行了全面考察。及时解决了部分仪表、阀门在运行中暴露出的异常现象和问题, 为该技术的产业化和仪表设备国产化获得了经验。特别是在对进口固体质量流量的性能识别与把握、标定与使用方法上教训与收获颇多。
1.2.3安全与控制
系统安全与控制是确保中试装置运行的关键。针对粉煤气化系统的特殊安全要求, 经过分析研究与实践探索, 制定出一整套安全与控制连锁方案。包括开停车物流配送、切断顺序与时间、系统升降压控制连锁程序、粉煤输送程控方案等。攻关课题形成了如下成果:①粉煤加压气化制备合成气的加料装置;② 粉煤加压气化制备合成气设计软件包;③ 粉煤加压气化制备合成气中试装置设计、建设与操作技术 (含DCS和PLC) 。
2 中试装置流程与运行技术指标
2.1 气化流程
粉煤加压气化中原煤除杂后送人磨煤机破碎, 同时由经过加热的低压氮气将其干燥, 制备出合格煤粉存于料仓中。加热用低压氮气大部分可循环使用。料仓中的煤粉先后在低压氮气和高压氮气的输送下, 通过气化喷嘴进入气化炉。汽化剂氧气、蒸汽也通过气化喷嘴进入气化炉, 并在高温、高压下与粉煤进行气化反应。出气化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并人兖矿鲁南化肥厂造气车间合成气管线。熔融灰渣在气化炉激冷室中被激冷固化, 经锁斗收集, 定期排放。洗涤塔出来的黑水经过二级闪蒸, 水蒸气及一部分溶解在黑水中的酸性气CO2、H2S等被迅速闪蒸出来, 闪蒸气经冷凝、分离后与气化分厂生产系统的酸性气一并处理, 闪蒸黑水经换热器冷却后排入地沟, 送气化分厂的生产装置污水处理系统。
中试气化炉为自主知识产权的四喷嘴对置式结构, 气化炉上部水平对置安放的4个喷嘴使物料进炉后形成撞击流。气化炉为底部气、渣同向排出的竖直圆筒结构, 内衬耐火砖。这种撞击流气流床在强化热质传递过程方面有显著优势。
2.2 技术指标与特点
为便于比较, 中试装置气化用煤为兖矿鲁南化肥厂德士古 (Texaco) 水煤浆气化工业装置用煤质分析。建成的粉煤加压气化中试装置煤处理能力为15～45t/d, 操作压力2.0～2.5MPa, 操作温度1300～1400～C。根据装置运行负荷与工艺条件不同, 中试装置运行的典型合成气组成见表1。表1还列出了谢尔 (Shel1) 粉煤气化的合成气组成, 可见中试合成气组成和Shell技术基本一致。
将自创技术与其他几种气化技术的技术指标比较列于表1。从表1可以看出, 粉煤加压气化技术消耗低, 碳转化率高, 在气化炉条件或煤种相同情况下, 比水煤浆气化技术节氧16%～21% , 节煤2%～4%, 有效气成分高6%～10%。虽然所用煤种不同, 其结果Shell和GSP气化技术处于相同水平。
3 发展前景及意义
加压气化技术是国家大力发展的洁净煤技术之一。“粉煤加压气化制备合成气技术”, 被煤炭工业技术委员会评为2004年度煤炭工业十大科技成果。粉煤气化中试装置的建成与成功运行, 是我国煤气化技术进入国际先进行列的又一个里程碑。打破了国外跨国公司对粉煤气化技术的垄断, 大大缩小了与国际先进水平的差距, 为我国能源和煤化工市场提供了新的自主知识产权技术的选择。对于清洁、高效利用我国丰富煤炭资源, 满足国民经济与社会可持续发展具有重要意义。该粉煤加压气化新技术将在国家“十一五”科技计划支持下应用于兖矿贵州能化开阳合成氨项目, 实施自主创新的粉煤加压气化技术产业化, 该项目规模为年产50万吨合成氨。随着我国现代煤化工的崛起与发展, 粉煤加压气化制备合成气这一具有明显优势的新技术必将得到广泛的应用, 前景十分广阔。
参考文献
[1]龚欣, 等.自主创新的气流床粉煤加压气化技术[J].大氮肥, 2005, 28 (3) :154～l55.
[2]龚欣, 等.新型 (多喷嘴对置式) 水煤浆气化炉[J].节能与环保, 2001, 6:15-17.
加压气化技术 篇4
1 我国水煤浆加压气化技术在工业中的应用
(1) GE水煤浆加压气化技术美国Texaco公司首先研发了气流床煤气化装置, 此装置的原料为水煤浆、以加压气化剂作为氧, 在1993年兖矿鲁引进了水煤浆加压气化演示装置。在气化炉顶一共配置了混式和内旋式两种喷嘴, 锥底口被耐火砖划分为两个室, 分别是燃烧室、激冷室[1]。溢流床在激冷的过程中, 会出现激冷室液很难把握、激冷环容易被堵等技术缺点, 在具体生成运行过程中, 所有企业都随机应变的进行了技术改变, 基本上解决了上述问题。因为气化工艺只有一个工艺烧嘴, 在单炉进行产气时, 受烧嘴耐用性、负荷弹性调整等因素的影响, 增加了装备和单炉投煤量技术。国外GE单炉的投煤量高达每天两千吨, 国内一天投煤量可达一千吨。在我国自主水煤浆加压气化技术的作用下, 我国暂时不合适引进此项技术。
(2) 四喷嘴对置式水煤浆加压气化技术在炉顶有开工烧嘴一台, 在筒体与拱顶相交的下方均匀布置了四支工艺烧嘴, 产生了撞击流场。使用鼓泡与喷淋床相结合的床型冷却室, 这也是此项技术与GE气化技术的不同之处, 它弥补了GE技术存在这部分的缺点。洗涤冷却室在出口处设置的挡板, 使出口的过流面积增大, 使合成气出口的阻力降低;在出口处设置旋风分离器, 使合成气带风现象减少发生。在GE炉传统设计中, 在冷却室端口处有动力除渣器, 但是效果一直不是很好, 所以在更改过程中被换成静态破渣器, 新的GE炉中, 已经不存在动力除渣器。在我国大型工业演示装置兖矿国泰化工有限公司1150t/d的气化炉中, 有拱顶砖被腐蚀的现象发生, 在气化炉的长径加大之后, 已经不存在这种现象。因为气化炉中的工艺烧嘴将会实现高压煤浆泵错峰运行, 使投煤负荷更容易控制;从大型水煤浆气化的发展方面考虑, 四喷嘴气化炉的负荷, 具有较大的经济规模, 气化系统容易达成工程化关系[2]。此项技术在江苏等大企业应用的过程中, 将技术转让给美国瓦莱罗公司, 这也是国内初次向经济发达国家输送煤气化技术。
2 水煤浆加压气化重要装备
(1) 工艺烧嘴水煤浆气化技术的重点装备就是三流道式工艺烧嘴, 在设计规划和创造过程中尖端技术均在喷嘴上使用。工艺烧嘴的性能会影响含气量、产气量、碳的转化率等, 对工艺烧嘴使用时间造成影响的因素包括喷嘴结构和尺寸构成、喷嘴材料的质量、水煤浆的质量等。喷嘴结构包括预混式、预模式、内旋式三种烧嘴;从喷嘴材质上划分:包括钢制烧嘴、陶瓷烧嘴。选择热障性好、耐磨性能强、质量佳的金属材料, 要在部件上涂合金粉, 可以有效延长喷嘴使用时间。华东理工大学与北京航天动力研究所接踵研发了新型的水煤浆烧嘴与长时间使用的烧嘴技术。在喷嘴制造中使用了耐磨和热障两种材料, 以此使工艺烧嘴可以延长使用;通过优化烧嘴工作、包裹浇注材料、冷却保护壳等, 将创新技术转变成生产力。在技术不断创新的过程中, 烧嘴的运行时间现在可达到150天。
(2) 耐火衬里气化的耐火衬里包含耐火隔热浇注材料、纤维毡、向火高铬面砖等, 其中向火高铬面砖可以与气化介质接触。耐火砖通常情况下为Cr2O3-Al2O3-Zr O2系, 在质量分数中Cr2O3可达85%~89%, 耐火砖的抗渣蚀性非常强, 其中Al2O3可以使砖烧结成型, Zr O2可以使砖的抗热性更高。运行时间越长, 向火面高铬砖就会越薄。产生这种现象的主要原因就是物理冲击、化学的腐蚀等, 向火面高铬砖使用时间还受到气化炉温度影响, 如果持续高温, 耐火砖的所有性能就会降低。水煤浆加压气化可以使高温下的煤种增加适应性, 要应用配煤方式使灰熔融的温度降低, 把握操作温度, 使耐火衬里的使用时间延长[3]。我国早已研发了耐火砖烧结和损毁机理, 其耐火砖的制作水平已居于世界的首位。
3 结语
自水煤浆加压气化技术引进我国以来, 通过技术人员的努力, 突破了装备、技术难题, 开发出一批大型的水煤浆加压气化技术。随着技术的成熟和经验的积累, 我国煤气化技术已经不再受国外的垄断。此项技术被国际所认可, 并被作为大型煤气的主要生产技术。
摘要：本文主要介绍了我国工业化经常使用的四种水煤浆加压气化技术, 简述了水煤浆加压气化技术的主要装备, 研究了水煤浆加压气化技术中的气化炉、工艺烧嘴以及自动控制装置等技术装备, 逐一解决了影响装置运行的问题。
关键词：水煤浆,加压气化,关键技术,装备,进展
参考文献
[1]井云环, 任淑荣.德士古废锅流程水煤浆加压气化工艺在煤化工联合发电中的应用[J].煤化工, 2013, 41 (3) :17-19.
[2]肖杰飞, 孙中耀, 叶盛芳, 等.QDB系列催化剂在国内首套四喷嘴水煤浆加压气化制氨装置上的应用[J].化肥工业, 2011, 38 (1) :57-59, 62.
加压气化技术 篇5
关键词：德士古,水煤浆,加压气化技术,问题
随着社会经济的发展,我国工业与城镇建设发展速度也非常快,对能源需求量也逐渐提高。但是在我国石气资源比较紧缺,大部分都是进口资源,这就使得国际能源市场的变化对我国能源使用造成很大的影响。同时在煤炭资源开发方面国内技术水平还比较落后。为了有效保障能源储备及自我供给能量,我国在上世纪成功引进了德士古技术,并在原有基础上进行了改进完善,研发出更适合我国经济发展需求的德士古水煤浆加压气化技术。通过这一技术的应用,大大提高了国内煤炭资源的开采使用效率,得到普及推广。
1技术内涵及特征
该技术在分类上属于加压气化技术的一种,其应用过程比较复杂,需要使用煤浆设备及化、灰水处理等一系列工艺流程, 在催化剂的帮助下实现水煤浆的加压气化技术的整个处理过程。其具有鲜明的技术特点,表现为:(1)在不同煤炭种类中该技术的适用性比较高。整个生产过程都是以烟煤为主要原料, 还有焦煤、褐煤及无烟煤等原料。(2)该技术内部结构于技术操作都比较简单,没有复杂的传动装置,可靠性高。(3)在煤气化生产过程中应用该技术,可以有效提升煤气及煤炭的转换效率,一般情况下能够达到95%,且残渣中的碳含量也非常低,单位煤气产量、品质及有效气体的成分含量比较高。(4)该技术主要采用的是加水湿法与气流床相结合的技术,经过炉内的高温后有机杂质煤油灯含量低,因此整个技术应用过程中形成的污染气物非常少,环保性能高。同时其产生的残渣,还能够再次加工应用于建筑施工。(5)在高压环境下,气化强度大,综合能损率低。
2该技术应用过程中存在的不足
在我国煤炭资源开发过程中通过应用此项技术,实现了通过水煤浆气化联合发电技术过程,提高了能源利用率。现阶段,在该技术运行过程中我国已拥有20多台机械设备,技术发展较为成熟。但是在实际应用过程中,还存在一些问题。比如气化炉烧嘴出现故障频率高,一般情况下需要增加备用设备; 耐火砖使用周期短,更换与维修成本比较高;单喷嘴故障也会严重影响继续再生产活动。此外,操作人员的不规范操作也会影响该技术的应用效果。
3该技术实际应用过程中的策略保障
3.1有效掌控原料煤的质量
目前,该技术在我国应用过程中,设备装置运行比较稳定, 但是该技术操作水平与国外同行业相比较,还有很大的差距, 缺乏实践经验,在某种程度上严重影响了该技术的实际应用效果以及设备生产运作周期,更有甚者对整个生产设备的加工效益都有直接的影响。那么,在技术应用过程中,要严把原料煤的质量关,根据该技术的独有特点,保障原料及技术后期处理环节的稳定性,才能有效掌控整个技术系统的操作过程。同时,在实际应用中,还要掌控水煤浆的浓度及粒度等重要指标, 因为这也是直接影响该技术应用效果好坏的重要因素。
3.2改良创新技术装置设备
在该技术实际应用过程中,通过改良其设备装置可有有效提高其技术应用的实践效率。通过集散系统控制设备操控技术运作,大大提高了多喷嘴对置式自动化技术水平。在这种情况下,采煤作业在短期内将会实现高度机械化的目标,大大提高粉煤开采量。在该现代化技术从支持下,为我国煤炭行业的发展创造了广阔的发展空间。
3.3运用科学有效的措施解决管道阀门的磨损问题
在该技术实际应用过程中,其内部黑水系统含有大量灰渣,对管道阀门造成很大的磨损,这样就会导致黑水大量外泄, 环境遭到污染,也浪费了水资源;阀门芯严重磨损的话,就会导致阀门关闭不牢固,开闭过程中增加了实时调节系统的难度。 为了有效解决管道的磨损问题,就要采用科学合理方式改善。 首先,提高水质管理水平,在运行过程中降低黑水固含量,絮凝剂与分散剂进行重新筛选。其次,调整阀门芯及泵壳内材质, 尽可能选用碳化钨保护层。在泵出口增设限流管线孔,同时在易磨损部位选用陶瓷内层,就能有效预防管道阀门的磨损率。
3.4根据煤种的不同特点有效搭配燃烧
在最初应用该技术过程中,企业采用的煤种都比较单一, 这就无法有效掌控煤种的质量与价格,同时灰熔点也比较高, 容易阻塞系统、耐火装使用率低,大大增加了企业的生产成本。根绝该技术特点,在选用原料煤时,要重视煤种的气化性能及运行的稳定性能,同时根据不同煤种的灰熔点及成浆性能进行综合配比燃烧。通过一系列配置实践,选择最优化的配比组合,在我国该技术装置设备都是经过大量实践后才投入生产。
4结语
综上所述,在我国煤炭加工行业中,该技术得到了广泛普及应用,有效地提高了煤的产量及使用效率,该技术的开发改良过程中也取得了一定的效果,但是在实际应用过程中也存在很多的问题,要根据实际情况进行技术的改良,比如将水煤浆的单喷嘴气化炉改进为多喷嘴对置式气化炉,提升整个技术系统运行的稳定性能。该技术的普及应用极大地推动了我国煤炭尤其是煤气化产业的发展,推动了我国工业与社会经济的发展,对我国能源产业的整体发展具有非常重要意义。
参考文献
[1]李挺.德士古水煤浆加压气化技术的应用[J].化工管理,2016,06:7.
[2]段清兵.中国水煤浆技术应用现状与发展前景[J].煤炭科学技术,2015,01:129-133.
加压气化技术 篇6
煤炭气化属于煤炭能源转化的基础技术, 被世界认为是煤炭清洁利用中期战略之一。从国内外发展来看, 煤气化技术具有充满希望的发展前景。近年来, 国内外煤气化技术中具有代表性的是以干煤粉为原料的壳牌气化技术和以水煤浆为原料的德士古气化技术。兖矿鲁南化肥厂自1993年引进德士古水煤浆气化技术以来, 经过多年实践探索, 在德士古水煤浆气化技术方面, 积累了丰富的实践经验, 气化技术日趋成熟与完善, 德士古水煤浆气化技术得到了较好的推广应用。通过对德士古水煤浆加压气化技术中存在的缺陷和不足的研究, 兖矿鲁化与华东理工大学经过长期科技攻关, 研究开发出了拥有自主知识产权的新型多喷嘴对置式气流床气化技术[1], 已经达到国际领先水平, 并进行了多套技术转让。本文重点介绍十多年来兖矿鲁南化肥厂应用与发展水煤浆加压气化技术的经验。
1 德士古水煤浆加压气化技术的应用
1.1 德士古装置的引进与应用
兖矿鲁南化肥厂的德士古水煤浆加压气化制合成气装置引进了水煤浆加压气化技术软件包 (PDP) 和部分关键设备的仪表控制系统, 由中国天辰化学工程有限公司 (原化工部第一设计院) 进行工程化设计。气化装置于1993年4月在兖矿鲁南化肥厂建成并投料试车, 1994年3月通过原化工部组织的72小时满负荷考核, 1994年6月通过了原化工部专家组的技术鉴定, 1994～1995年分别完成了该装置的化工运行考核、技术鉴定, 并达到设计能力。由于兖矿鲁化成功应用了德士古水煤浆加压气化技术, 该煤气化技术被国家科委及原化工部列为“九五”期间全国重点科技节能成果进行推广。
1.2 德士古装置的运行情况
虽然该气化装置具有较高的技术水平和先进的工艺流程, 但由于它是国内第一套示范装置, 从设计、安装到开车运行均无成熟的经验可借鉴, 所以, 在试车和生产初期, 装置运行出现了许多技术问题, 通过一系列的技术攻关及技术改造 (见下文) , 装置运行逐渐稳定, 产量显著提高, 主要消耗指标已低于原设计的消耗值。系统于2005年实现了三炉运行, 创出双炉连续运行75天长周期纪录。2007年创出单炉连续运行197天长周期纪录。自1997年该装置年产合成氨就已超过100 kt/a。由于运行方式不断优化, 该德士古装置的技术优势得以充分发挥, 带来了巨大的社会效益和经济效益。
2 水煤浆加压气化技术的创新
兖矿鲁化对装置存在的技术问题进行了技术攻关及国产化尝试, 通过实施160余项技术改造和攻关项目, 消化吸收并创新了水煤浆加压气化新技术。“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”于1995年12月荣获国家科技进步一等奖[2]。兖矿鲁南气化技术攻关小组2004年4月荣获了中华全国总工会授予的全国五一劳动奖状, 形成了一系列独有的生产技术。其创新点如下:
2.1 新型气化喷嘴的研发
喷嘴是水煤浆加压气化装置的关键部件之一。兖矿鲁化水煤浆加压气化及煤化工国家工程研究中心与华东理工大学共同研制开发了新型水煤浆气化高效预膜式喷嘴。该喷嘴于1997年4月通过了原化工部科技司的技术鉴定, 1998年12月获上海市科技进步一等奖[3]。新型喷嘴自2006年8月29日投运, 连续运行3 625.25小时 (151天) , 实现了历史性突破。期间合成气成份、渣中可燃物、产量、消耗等各项主要指标均优于设计指标, 烧嘴雾化性能稳定、使用寿命比普通喷嘴高一倍。
2.2 耐火砖的国产化
实现气化炉耐火砖的国产化是德士古技术国产化任务中最艰巨、最重要的部分。由于进口的气化炉耐火砖价格高、使用周期较短, 对生产成本影响较大。因此, 在原化工部国产化办公室的协调下, 1993年8月成立了由兖矿鲁南化肥厂、洛阳耐火材料研究院和新乡耐火材料厂共同参加的八五科技攻关小组。课题组联合研制开发的第一套气化炉用国产耐火砖 (XKZ-80) , 于1994年11月在A#气化炉安装、投入运行, 使用效果良好, 寿命达到6 300小时, 基本达到国产化指标, 特别是抗热震性能远远超过了法国沙瓦ZIRCHROM-80砖。通过不断提高耐火砖制造质量, 优化工艺操作, 使国产耐火砖的寿命达到了13 000小时。由于国产耐火砖价格只有6～8万元/t, 远低于进口耐火砖的价格, 每年节约资金160多万元/台炉。现国内采用水煤浆加压气化技术的企业已全部采用国产耐火砖。
2.3 关键设备的国产化
兖矿鲁化积极组织关键设备国产化的设计、制造和运行。科学合理地采用国产设备、材料替代进口产品, 并使部分国产设备的运行已优于进口产品。水煤浆加压气化装置气化炉、洗涤塔的材料采用进口材料, 而设备为国内制造;其它所有化工设备均为国产材料, 国内制造。兖矿鲁化还联合开发了应用于水煤浆加压气化生产的锁斗循环泵、洗涤塔循环泵和捞渣机等设备, 完成了高压煤浆泵、称量给料机、低压煤浆泵及煤浆振动筛等关键设备的国产化制造和运行, 对水煤浆加压气化装置的设备国产化作出了突出贡献。
2.4 运行工艺技术不断创新
在掌握水煤浆加压气化技术基础上, 经过不断总结运行经验, 创新了气化炉不换喷嘴联投、系统不停车倒切高压煤浆泵等较高难度的新技术;成功实现了高压煤浆泵不停车单缸退出运行、仪表更换驱动液系统二位二通气控阀的先进技术;还自主开发设计了入炉氧气阀间的加氮保护及氧碳比自动控制系统。这些新技术的使用, 确保了装置开、停车及运行时更加安全可靠。
2.5 自主开发了水质稳定、煤浆制备等技术
系统管道设备结垢、堵塞是影响关键设备长周期运行的技术难题。兖矿鲁化与科研单位、生产厂家共同开发了水质稳定技术, 根据不同的煤质和黑水/灰水的水质, 筛选出国内独有的黑水絮凝处理技术。为了确保制备流动性良好、粘度、粒度合格的优质煤浆, 开发了添加造纸废液直接用于煤浆制备的技术, 既解决了造纸行业排污难题, 又促进了节能减排和环保综合利用。
3 新型 (多喷嘴对置) 水煤浆气化炉的开发
“九五”期间, 兖矿鲁南化肥厂水煤浆气化国家工程中心与华东理工大学、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关课题“新型 (多喷嘴对置) 水煤浆气化炉开发”[4], 进行了多喷嘴对置式水煤浆气化炉的中试研究。中试装置由中国天辰化学工程公司 (原化工部第一设计院) 负责设计, 建于水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心, 由中心负责装置的建设和运行。装置1998年8月开始建设, 1999年7月30日一次投料试车成功, 2000年10月10日开始, 顺利通过了石油化学工业局组织的72小时工艺技术考核, 认为该技术“填补国内空白”, 具有“国际领先水平”:有效气成分达到83%, 碳转化率高于98%, 比煤耗、比氧耗均比引进装置降低7%。2000年11月1日通过验收。新型水煤浆气化炉 (四喷嘴对置式) 技术的开发成功, 对于我国煤气化工业的发展和能源利用具有重要战略意义。
3.1 大型煤气化装置和技术的国产化, 使我国摆脱了国外在先进煤气化技术方面的垄断, 能够独立自主发展我国的洁净煤气化工业。
3.2 由于新型煤气化 (炉) 技术几乎适用于所有的煤种, 包括高硫煤和褐煤, 可以解决煤炭气化领域长期对无烟煤和焦炭的依赖, 降低生产成本, 使各种煤炭资源得到优质高效地利用。
3.3 将有利于促进我国的可持续发展战略。新型水煤浆气化技术很少产生“三废”, 比德士古水煤浆技术更加环保。另外, 新型水煤浆气化炉对烟煤和褐煤的直接利用, 可以解放一大批的炼焦企业, 减少了对环境的一大污染源。
4 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的应用
“十五”期间, 多喷嘴对置式水煤浆气化技术进入工业示范阶段, 2003年1月14日, 该气化技术顺利通过了阶段性验收, 完成了新型水煤浆气化技术工程放大与设计依据的试验研究, 形成了新型水煤浆气化技术的工艺设计软件包。随着新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业示范装置及配套工程在兖矿国泰化工有限公司一次投料成功, 一次打通整个工艺流程, 该技术成功实现了产业化, 为我国自主大型煤气化技术的应用奠定了基础。
4.1 2003年5月1日, 兖矿集团以兖矿鲁南化肥厂为依托建设了国泰化工有限责任公司, 年产240 kt/a甲醇及200 kt/a醋酸、76 MW发电能力、采用两台单炉日处理原煤1 150 t的新型水煤浆气化炉 (四喷嘴对置式) 商业化示范装置开工建设, 2005年底竣工投产, 投产当年即达产。经过三年多的工业运行, 表现出了良好运行性能和先进工艺指标。与国外同类技术相比, 该技术具有操作灵活方便、工艺指标先进、系统运行稳定, 特别适用于大规模 (日处理煤千吨以上) 气化装置、投资规模合理、专利实施许可费用低等特点。
4.2 兖矿鲁南化肥厂年产合成氨24万t、尿素40万t的原料及动力结构调整项目中, 配套建设了1台4.0 MPa、处理煤1 150 t/d的新型多喷嘴对置式水煤浆气化炉 (简称D#气化炉) , 该气化炉采用的也是具有兖矿自主知识产权的新型多喷嘴 (对置式) 水煤浆加压气化技术。2008年7月1日D#气化炉投料一次成功, 并投入运行, D#气化炉创造了连续运行83天16小时40分钟长周期运行纪录。同时, 多喷嘴气化炉耐火砖也经受住了长周期的考验, 耐火砖连续运行4884小时后更换拱顶砖, 运行周期达到了国内同类型装置较好水平。多喷嘴对置式气化装置与引进的Texaco水煤浆气化装置工艺指标比较见表1。
4.3 目前该技术先后在国内十多家企业应用, 已经运行和在建的气化炉33台, 占国内大型煤气化技术市场份额的1/3, 为相关企业节省专利费2亿元, 创造经济效益近20亿元。来自美国、加拿大、印度等国家的多家公司也对该技术有浓厚兴趣, 有意采用该技术建设大型煤、石油焦气化装置。2007年兖矿“中心”成功向全球排名第43位的美国Valero能源公司进行了石油焦气化技术实施许可授权, 这标志着中国大型化工成套技术第一次向美国等发达国家实施技术转移, 令世界同行重新审视中国煤气化工业的创造力。
5 结论与展望
5.1 兖矿鲁南化肥厂成功引进了我国第一套德士古水煤浆加压气化技术, 并不断进行技术创新, 为我国煤化工行业采取引进吸收、自主开发方针, 走出一条独具特色的技术创新之路提供了经验。
5.2 具有自主知识产权的新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术是世界上最先进的气流床煤气化技术之一, 将为我国化肥行业的技术改造、煤炭液化、整体煤气化联合循环发电 (IGCC) 、煤基多联产技术的发展提供龙头技术和关键技术, 为我国煤化工产业大型化、集约化发展提供重要的支撑技术。
5.3 我国自主研发的单炉日处理2 000 t/d煤的多喷嘴对置式水煤浆气化装置, 于2009年6月15日在江苏灵谷化工有限公司顺利投料运行, 这是目前国内单炉处理能力最大的水煤浆气化装置。该装置的顺利投料, 标志着具有自主知识产权的多喷嘴煤气化技术实现了新的跨越。充分说明多喷嘴对置式水煤浆气化技术在煤气化装置大型化方面具有独特优势, 市场竞争力强, 广泛适用于煤基合成气制备过程, 特别适合于大型化的煤化工装置、煤基多联产系统, 应用前景非常广阔。
参考文献
(1) 多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉及其应用 (P) .ZL.98.1.10616.1.
(2) 国家科技进步一等奖:水煤浆加压气化及气体净化合成氨新工艺, 1995年12月.
(3) 上海市科技进步一等奖:新型水煤浆气化喷嘴研究与开发, 1998年12月.
加压气化技术 篇7
1鲁奇炉构造与工艺原理
1.1鲁奇炉构造
我公司使用的鲁奇加压气化炉为第一代鲁奇炉,它由炉体、煤锁、灰锁及辅助设备组成。炉体为带水冷夹套的压力容器,材质相当于国内20 g。炉体的主要功能是布煤、布气、除灰,使气化剂与煤均匀接触发生化学反应生产粗煤气。炉内件核心部件为炉篦部分,炉篦为塔式结构。在炉篦的底部装有刮刀,以便将气化后的灰渣排出。鲁奇
炉的辅助设备由煤斗、煤锁、灰锁、气化炉出口的文丘里洗涤器等组成。煤锁与灰锁均为承受0～2.5 MPa循环载荷的压力容器,灰锁还承受400℃的高温。煤锁与灰锁通过法兰与气化炉联接,经上下阀的开或闭,与其他阀门配合使用实现将煤加入到气化炉内并将灰排出。煤锁、灰锁的上下阀均为锥形阀门,线线密封;它们表面堆焊硬质合金,以保证在关闭时密封良好。煤、灰锁的上下锥形阀是气化炉运行的关键部件,灰锁的上下锥形阀工作环境还比较恶劣,它们的使用寿命和操作状况直接影响着气化炉运行率。灰锁结构如图1所示。
1.2鲁奇炉工艺原理
鲁奇炉加压气化实际上是以部分碳与氧气燃烧,将反应热提供给水蒸汽与碳、二氧化碳等吸热反应(也伴随有碳与水蒸汽、碳与氢等生成甲烷的放热反应)。这些反应产生了H2、CO、CH4、CO2等气体,即粗煤气。炉内的工艺过程为:原料煤由煤锁加入气化炉后,在约2.50 MPa压力下,煤自上而下依次经过干燥层、干馏层、气化层(或称还
原层),到达燃烧层。同时,煤中的残留碳与自下而上进入的气化剂中的氧气发生燃烧反应,反应的灰渣将热量传递给逆流而上的气化剂后由炉篦排至灰锁。气化剂自下而上在燃烧层中氧气全部参与反应,然后进入气化层。在气化层中水蒸汽与碳、CO2反应生成了H2、CO、CH4、有机物、焦油等组分后在气化炉上部进入洗涤冷却器,即产生了粗煤气。粗煤气经洗涤冷却除尘回收热量后送后序工段加工。靠近气化炉内壁的煤与气将部分热量传递给夹套中的锅炉水,产生饱和蒸汽,此蒸汽返回炉内做为气化剂,从而减少了外供过热蒸汽量。如图2所示。
2运行情况及技术改造
2.1存在的问题
我公司褐煤制氨于1974年投产运行,并不断进行技术改造。但灰锁充卸压管易磨损,传动主轴、灰锁上阀横轴填料易泄漏,主轴轴套、止推轴承无油润滑易磨损,汽包液位计易损坏,灰锁煤锁上下阀易泄漏,煤锁阀芯易脱落等问题一直没有取得显著成效。
2.2原因分析及改进措施
2.2.1主轴密封
针对加压气化炉转动轴由于密封条件恶劣,造成漏气严重,多次发生爆炸着火事故的问题,将轴密封由机械密封改为聚四氟乙烯填料密封。大轴与填料接合部分堆焊A312不锈钢焊层,有效解决了填料部位因麻点腐蚀轴表面损伤产生的填料泄漏问题,使大轴密封漏气的现象得到彻底解决。
2.2.2灰锁上下阀
灰锁的作用是将气化炉压力状态下的灰经灰锁降到常压后排出,以维持气化炉的连续运转生产。灰锁工作环境恶劣,工作温度达400℃左右,且经常处于灰渣、灰蒸汽、煤气的腐蚀和冲刷环境中。当排灰时,上阀关闭即与气化炉隔离,阀芯与阀座之间的线密封要承受2.5 MPa的高压。密封面有泄漏时将含有大量灰粒的蒸汽高速冲刷,短时即可造成上阀泄漏,进而导致气化炉停车。下阀的工作工况与上阀相差无几,只是温度稍低。灰锁上、下阀使用寿命对鲁奇炉的长周期运行起着关键作用,所以延长灰锁上、下阀的使用寿命成为气化炉运行的关键所在。
图3、图4为密封面堆焊位置示意图。
密封面A堆焊材质及热处理工艺是关键,我公司原堆焊3Cr13密封材料,其使用寿命仅为1～2月。后从母材设计上选用硬度高、耐磨、耐高温的材料,同时密封接触面上堆焊层改为硬质合金焊材,其硬度为HRC47～HRC52。堆焊后将阀座密封面加工成球形面,阀芯密封面为线形,以保证阀杆有位移时仍能保证密封效果,使用寿命增加至六个月左右。
2.2.3炉篦
炉篦是气化炉气化反应核心部件,其作用是气化反应气化剂蒸汽、氧气分布及反应后灰渣排出,对降低灰渣含碳量、实现气化炉长周期运行至关重要。第一代鲁奇炉使用炉篦为解化Ⅱ型炉篦,该炉篦高634 mm,炉篦倾斜角度24°,原设计气化剂分布为A、B、C三层,通风面积分布分别为10%、30%、60%。实际使用中解化Ⅱ型炉篦C层气化剂通道未用,实际的气化剂通道只有A、B层,原设计占炉篦总流通面积60%气化分配到了A、B层。根据气化剂分布与炉堂截面积关系可以说这是很不合理的,这样的炉篦要降低灰渣含碳量理论上是不行的。炉篦破碴筋分布密集、平缓(高30,宽25)倾斜12°,几乎无任何破渣能力。从气化剂分布看,A层气化剂分布区域很容易形成过烧,特别是煤质较差的情况下,当形成过烧结块以后炉篦破渣又很差,结块破不碎排不出,随着炉篦上进一步恶化。炉篦整体倾斜角度小,传动装置负荷大。褐煤及煤灰的安息角为35°,解化Ⅱ型炉篦倾斜角度为24°,炉篦运动中除克服灰渣磨擦力、承受灰渣重量外,灰渣排除完全靠炉篦上下刮刀刮出,增加了炉篦传动装置负荷,使传动装置负荷过大。
改造后,新型炉篦中炉篦倾斜角度提高到了33.5°,接近了灰渣运动安息角35°;增设了炉篦破碴板及防磨板;气化剂通风面积分布严格按10%、30%、60%分布。这些措施有效的解决了原来问题,并且在常压煤气炉的炉篦设计中表现较为明显,是炉篦设计的发展方向。
2.2.4气化炉主轴套
1)材质由HT150～200改为耐磨铸铁MT-4
气化炉传动主轴上下轴套材质原设计为灰铁HT150～200,上下轴套未实现润滑,工作条件恶劣,上轴套工作温度高达450℃左右。磨损严重、运行周期短,连续运行六个月就需要大修更换一次。2004年将轴套材质改为耐磨铸铁MT-4,轴与轴套接合部分堆焊A312不锈钢焊层。轴与轴套接合部分原修复采用J422焊条堆焊修复,材料硬度较低,加之气化炉停车备用时,炉内的冷却水易使之生锈。堆焊不锈钢材料不但提高了接合处的硬度,也使生锈问题得到了缓解。
2)轴套、止推轴承、灰锁横轴轴套的高温润滑
主轴下套、止推轴承工作温度高达320～450℃。在保证密封的可靠性后(气化剂为纯氧禁油),随着高温润滑技术进步,对主轴上下轴套、止推轴承、灰锁横轴轴套采用高温润滑脂已实现高温润滑,并实行专人负责润滑的管理。这就减少了机械磨损,提高了轴承的使用寿命。各部件润滑情况见表1。
2.2.5灰锁
煤锁灰锁设计壁厚为δ=50 mm,无料位测量,或料位不准,难以实现自动加煤、下灰。
1)安装灰锁热电偶取代射线测料位
2001年在15#炉拆出灰锁内夹套时,在灰锁上装入热电偶测温计。当灰锁内灰接触到温度计时,温度计温度迅速上涨,表明灰满必须下灰。同时,该测温点准确测出了炉底温度(原炉底测温点位于炉篦下刮刀处,被不能移动的灰覆盖着,伸长又被刮刀刮着,测量不准)。在15#炉试用成功后,2002年完成了6#、7#、8#、11#安装。这一装置的投运,为今后鲁奇炉灰锁料位测定提供了一种新测量方法,即经济又实用。同时解决了因无料位将灰锁灰开满而导致被迫停炉问题。也为炉底温度控制提供了准确参数,使鲁奇炉传统检测灰锁料位下灰方法有所发展。
2)实现自动加煤
由于鲁奇炉工况特殊、料位测量不准等原因,使得国内厂家几乎都没有实现自动加煤。2004年,我公司在16#、15#炉上试验了气化炉加煤自动化的工作,并取得成功。
2.2.6气化炉炉内测温
为进一步了解气化炉反应层的温度变化情况,利用卡萨利公司在氨合成塔内径上测温原理,对气化炉炉内测量温度系统进行了改造,使气化炉整个床层6.8 m高度范围内温度变化充分反映出来。为气化炉的控制、稳定工艺起到了较好的作用。
2.2.7排灰装置
排灰装置由管道排灰改成水泥地沟排放。根据南非萨索尔公司经验,设计了近6 m深地沟排灰,解决了由于灰渣冲刷磨损管道产生爆管不安全问题及下灰时管道振动问题。
2.2.8灰锁充卸压管、下灰高压水管
灰锁充卸压管、下灰高压水管原设计为⌀57×5 的20#钢管,工作时受灰渣的冲刷易磨损,连续运行一至二个月需要更换一次,否则管道磨擦减薄易引起物理爆炸。经研究后将钢管改为⌀127×21/⌀68×13套管,并定期更换⌀68×13内管。改进后的灰锁充卸压管、下灰高压水管安全性能可靠,即使内管冲刷减薄,承压的外管同样能维持生产。非带压部分由20#钢管改成马贝体耐磨管,使用寿命可延长4～5倍。
2.2.9煤锁部分
改进前煤锁上下阀运行周期短、上阀密封为丁晴橡胶密封圈,因此,容易泄漏。煤锁上下阀密封面材料先由橡胶改为3Cr13,之后又改为硬质合金材料;下阀阀座本体与密封件结构由整体式改为分离式,加工修理密封面十分方便,更换时只须更换密封件;改旋转阀至煤锁段用胶皮带密封为⌀377/⌀325承插管密封,有效解决漏碳现象。
2.2.10夹套锅炉及汽包部分
改进前存在的主要问题是汽包液位控制不好。常常满液位导致煤气酚水量增加,加大了煤化工厂污水处理装置负荷;夹套蒸汽未回收,浪费较大。经研究增设汽液分离器,回收了夹套锅炉自产蒸汽,完善了液位计自动调节辅助系统,保证了蒸汽不带水。由于蒸汽回收减轻了煤化工污水处理负荷,收到了较好经济和社会效益。气化炉夹套蒸汽回收后,汽包温度改变升高,原玻板液位计使用易碎裂,更换频繁,每天需要更换1～3台液位计。后改玻板液位计为磁性翻板液位计,有效解决了安全、检修频繁问题。
2.2.11改变炉篦调速装置
原有炉篦传动采用EQ140排档箱变速,但调速不方便,炉篦转速受档位限制,可调速范围不大,影响炉篦布气、排渣。改为调速电机变速后,炉篦转速不受档位限制,为无级变速,可调速范围为0～1200 r/mim。
3实施后的效果
3.1原煤、蒸汽、氧气消耗下降
上述项目实施后,改善了气化炉运行工况,为气化炉长周期运行创造条件,并实现了单炉连续运行136天的历史最好成绩。倒炉熄火的次数明
显减少,2004年仅6～10月共停炉89次,平均为18次/月;2005年1～10份共停炉102次,平均10次/月。由于开停炉次数的减少,生产1 m3粗煤气的原煤、蒸汽、氧气消耗量也降低,详细情况见表2。
从表2看出,原煤蒸汽等消耗逐年降低。 按本公司的生产能力计算,2007年与2006年相比,节煤215 16.5 吨,褐煤101.43元/吨,共计约218.2万元。节约蒸汽410 54.5 吨,蒸汽38.22元/吨,共计约156.9万元。两项合计节约375万元。
3.2灰渣含碳量下降
由于无级调速电机的使用,气化炉排灰量调整更加精细,炉篦可随时处于运动状态,这对于气化剂均匀分布降低灰渣含碳量是很有利的。2003～2007年灰渣含碳量月平均统计详见表3。
从表3年出,气化炉灰渣含碳量逐年下降, 2007年已经控制在10%(质量分数,下同)以下,目前可控制在6%以下,处于国内先进水平。
4技术难题及展望
4.1技术难题
改造后灰锁上、下阀使用寿命有了明显的增长,但与南非萨索尔公司相比还有差距,需要进一步探索;核心设备——炉篦设计需要根据不同煤种设计,不应该一概而论,理论上需要技术创新。
4.2应用展望
目前我国煤化工产业迅速发展,煤制油、甲醇、二甲醚、化肥,主要问题都在煤气化工段,煤气化的关键是气化炉设备。尽管我国利用谢尔炉作为煤气化炉新建成多套年产50万t合成氨装置,但目前在国内运行得并不理想。我公司经过五十多年对劣质褐煤鲁奇炉加压气化制氨工艺摸索与实践,积累了丰富的经验,并培养了一大批管理和技术人才。云南省的煤炭资源以劣质褐煤为主,褐煤储量位居全国第二,为开发醇-醚联产、醇-油联产,多渠道开发生产有机煤化工产品,创造了有利条件。
鲁奇炉在初期仅限于生产城市煤气,后来南非将其用于合成油、蜡等化工产品。我公司将其运用于合成氨生产,拓宽了鲁奇炉的应用领域。目前我国许多以天然气、油、焦炭、烟煤为原料的化肥公司由于成本高,面临气头、原料改造的问题,选择何种气化炉还需多方面比较。鲁奇炉用于合成氨生产是可行的,我公司已成功将天然气化工中甲烷转化工艺运用到了鲁奇制氨工艺中,可提供范本。
2008年我公司新建15万t/a褐煤制二甲醚装置一次开车成功,由鲁奇炉发展的熔渣炉,具有气化效率高,煤气化废水大幅度减少等优势,这为我国煤气化技术的选择提供了工业化示范装置。
摘要：介绍了国内首套自行设计利用劣质褐煤加压气化制氨工艺鲁奇炉运行的状况及出现的问题。总结了自1972年以来,第一代鲁奇炉在运行中存在的主要问题及相应的技术改造状况,并对鲁奇炉运行存在的问题及发展方向进行了分析和展望。
加压气化技术 篇8
1 工艺原理
气化炉以粉煤为原料,煤和气化剂进行并流部分氧化反应。为弥补反应时间短的缺陷,要求入炉煤的粒度很细和很高的反应温度,因此液态排渣是其必然结果。干法进料气化炉采用水冷壁结构,气化温度可达1800 ℃左右。气化过程实际上是煤炭在高温下的热化学反应过程。在此过程中,生成的粗煤气中主要含CO(58.8%)、H2(17.7%)、CO2(5.8%)、N2(1.10%)和总硫(0.71%)。在正常运行阶段,既要保证气化炉的炉温合适,又要使碳的转化率达到很高,所以气化炉复杂控制的投入至关重要。
2 氧煤比控制
气化炉复杂控制就是通过调节煤烧嘴的氧煤比, 在氧量确定后下,氧煤比控制的好坏直接影响到气化炉内温度高低,同时我们可以通过烧嘴罩冷却水的换热量来自动调整氧煤比。实现快速跟踪,及时调整煤烧嘴的煤粉流量。以第1条煤线为例,实际控制流程如图1。
2.1 手自动调节
当气体分析仪不能正常投入使用时,操作工可以通过复杂控制画面的手动输入氧煤比或切换到由换热量自动调节氧煤比。在开车阶段应用,氧煤比通过预设曲线33QY1-1390来转换,同时设定氧煤比的值必须在曲线33QY3-1390范围内(图3)。
2.2 气化炉蒸汽产量调节
氧总量33FI0803 通过蒸汽转换曲线33FY2-0147(图3)与汽包的水温33TI0040转换曲线33FY3-0147(图3)相乘得到蒸汽流量给定值,调节系数K2(图1)可以微调蒸汽流量给定,蒸汽调节器33FIC0147的输出通过图1中的切换开关HS-1,HS-2、HS-3、HS-4将氧煤比送到煤粉流量控制系统。
2.3 CO2组分调节
氧总量通过转换曲线36FY1-0004(图3)得到相应的值,通过调节器36QC0004 输出调节氧煤比。然后,通过图1中的切换开关HS-1、HS-2、HS-3、HS-4,将氧煤比送到煤粉流量控制系统。
3 负荷控制
在刚启车时,氧负荷是通过气化炉压力变化而变化的,在运行稳定后,一般手动设定总氧量,每条煤线上的氧气控制器切换到“CAS”控制,如果图2的HS-1切换到负荷控制,实现了每个烧嘴负荷的自动控制,如果其中某条煤线出现故障,需要适当的调整负荷,应把图2的HS-2切换到手动控制,即实现单烧嘴的手动控制,剩下的烧嘴负荷为总负荷减去此单烧嘴的负荷,然后除以剩下投入串级烧嘴的个数。手动设定总氧量可以参考表1来完成。
4 开车经验探讨
4.1 刚启车时的操作
在刚开车期间,合成气的组分控制以及气化炉的蒸汽产量控制不能切换投用,气化炉的升温只能通过手动调节氧煤比来实现。手动调整氧煤比在0.6～1.4范围内变化。为了防止气化炉负荷大幅度的波动,在输入氧煤比时,要经过一个升降速率的限制,即每秒氧煤比数值增加或减小0.001,将负荷每分钟的负荷变化量限制在一定的范围内,从而保证了气化炉温度在安全范围内[5]。气化炉负荷控制在60%。我厂开车期间一般把氧煤比控制在0.92左右。
4.2 切换蒸汽产量控制
蒸汽流量采用三台变送器,DCS逻辑里三取中,然后通过温压补偿计算出精确的蒸汽产量。由于汽包原设计是三冲量控制,即液位控制、蒸汽流量控制和给水量控制,三冲量控制能很好的解决汽包虚假液位,把蒸汽流量作为前馈信号与假液位产生的作用方向相反,抵消假液位产生的减少给水量的错误指令并作出加大给水的正确指令,避免由于虚假液位产生的大联锁跳车。但汽包设计的蒸发量与实际运行中有出入,工艺提出要求单冲量控制,从而导致蒸汽产量波动较大,控制回路的不稳定,到目前为止也不适合进行切换。
4.2 切换合成气组分控制
当工艺运行趋于稳定后, 可以通过质检部分析CO2的含量, 以及在线分析仪36QIC0004的值来判断是否可以切换组分控制。当工艺稳定运行时,煤烧嘴中煤粉就切换成CO2来输送,厂里有3台CO2往复式压缩机,两开一备,在工况没有达到稳定时,一直是使用氮气来输送的,因为氮气和二氧化碳的分子量不一样,所以在打氮气时不能超温超压,以免损坏设备,只有当一级进气是CO2时才能更好的控制四级和五级出口的压力及温度,同时才能满足下一工序的稳定运行。如果利用后续工段产生的CO2作为输送煤粉的载体, 那么CO2显示值将不真实, 合成气组分控制将变得不可利用,再加上整个工艺流程较长, CO2分析有滞后[6]。另我厂气化湿洗塔来的样气里含水,并伴有细煤粉颗粒,在线分析仪属于精密仪器,对于现有的工况不适合投入使用,所以至今还没有投入这一控制。
5 结 语
气化炉复杂控制在两段式干煤粉气化炉控制中有着非常重要的作用,我公司两段式干煤粉气化炉已经连续运行了一个月,现已停车正在做检修、防冻工作。通过这次的良好运行证明其控制的可操作性、正确性。然而,对于那些没有投入的控制我们在今后的生产过程中将逐步完善。
摘要：对内蒙古鄂尔多斯世林化工引进的两段式干煤粉加压气化炉的复杂控制进行了详细阐述,根据预设开车曲线,合理调整氧煤比,使气化炉的负荷达到设计要求,通过开车中出现的问题,逐步积累运行经验,为完善整个控制系统打下坚实的基础,同时也为洁净煤气化技术开好头。
关键词：氧煤比,组分控制,负荷控制
参考文献
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[4]壳牌(中国)有限公司.壳牌煤气化技术的应用[A].2005年全国大中型氮肥生产技术交流会论文集[C].2005:123-132.
[5]陈金星,刘家胜.TPS系统中的复杂控制[J].中氮肥,2006(1):47-49.