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HT-L航天爐粗渣與濾餅中殘?zhí)亢扛叩脑蚍治?/h1>
2017-06-28 11:28:02潘福生時光輝
化肥設計 2017年3期

潘福生,張 旭,時光輝,潘 斌

(1.河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司,河南 孟津 471100;2.液化空氣(福州)有限公司,福建 福州 350000)

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HT-L航天爐粗渣與濾餅中殘?zhí)亢扛叩脑蚍治?/p>

潘福生1,張 旭1,時光輝2,潘 斌1

(1.河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司,河南 孟津 471100;2.液化空氣(福州)有限公司,福建 福州 350000)

以某40萬t/a合成氨項目為例,煤氣化裝置采用3臺750t/d航天爐,在試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)粗渣與煤泥中殘?zhí)亢慨惓F叩膯栴}。通過對煤質(zhì)、氧煤比、粉煤顆粒等運行參數(shù)進行對比研究后,采取了多項有效措施進行工況調(diào)節(jié),很好地解決了問題。

航天爐;粗渣;煤泥;碳轉(zhuǎn)化率;殘?zhí)?/p>

doi:10.3969/j.issn.1004-8901.2017.03.012

近年來,隨著我國煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,國產(chǎn)煤氣化技術(shù)得到了長足進步,其中,由北京航天萬源煤化工工程有限公司自主開發(fā)的航天爐得到了較多國內(nèi)用戶的選擇。某大型煤炭集團下屬新材料園區(qū)配套40萬t/a合成氨項目煤氣化裝置,就采用的是3臺750t/d航天爐。項目自2015年下半年投產(chǎn)以來,氣化爐運行基本穩(wěn)定。但由于對航天爐氣化反應機理掌握不夠、缺乏系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)驗,導致氣化爐碳轉(zhuǎn)化率較低,爐渣和煤泥中殘?zhí)亢恳恢本痈卟幌拢哟罅讼掠位宜到y(tǒng)處理難度,并嚴重影響裝置運行經(jīng)濟性。

1 工藝流程

HT-L航天爐屬于氣流床干粉煤氣化技術(shù),其工藝包括5個單元:磨煤及干燥、粉煤加壓及輸送、粉煤氣化及合成氣洗滌、渣水處理、公用工程。原料煤首先被送入磨煤及干燥單元進行研磨和干燥,制成合格煤粉后經(jīng)螺旋輸送機輸送至粉煤加壓及輸送單元。在粉煤加壓及輸送單元,通過粉煤鎖斗來完成粉煤的加壓和輸送。粉煤分3路進入氣化爐燒嘴的3個粉煤管。而氧氣經(jīng)預熱器加熱后,先在混合器內(nèi)與一定量的蒸汽混合,按一定的比例進入燒嘴,與粉煤在爐膛內(nèi)高溫高壓的氣化室完成氣化反應,生成以CO和H2為主要成分的合成氣,合成氣攜帶熔渣下行至激冷室,經(jīng)激冷室激冷后,除去合成氣中部分灰渣后進入洗滌塔,進一步洗滌合成氣中灰渣,最后送入后段變換系統(tǒng)。

2 問題現(xiàn)象

航天爐設計渣中殘?zhí)亢啃∮?%,碳轉(zhuǎn)化率高達99%,但該裝置氣化爐自投煤后,渣中細渣含量一直比較高,殘?zhí)亢慨惓F撸渲校衷袣執(zhí)苛恳欢雀哌_60%(干基)。針對這種情況,技術(shù)人員通過工況的調(diào)整,針對粉煤粒度、氧煤比、保護氣量、系統(tǒng)負荷等運行參數(shù)以及煤質(zhì)特性對氣化爐反應的影響(數(shù)據(jù)見表1),分析爐渣殘?zhí)亢慨惓5脑颉?/p>

表1 氣化粗渣與煤泥中殘?zhí)亢繑?shù)據(jù)表

3 原因分析

本項目航天爐試車過程中,導致渣和煤泥中殘?zhí)亢扛叩脑蛴校孩僭厦好嘿|(zhì)偏離設計指標,灰分低、熱值高導致反應不完全;②磨煤系統(tǒng)不穩(wěn)定,導致粉煤粒度偏大;③掛渣不好,氧煤比控制偏低;④燒嘴偏燒,流場不好,部分煤粉短路未反應。通過對比發(fā)現(xiàn),爐渣和煤泥殘?zhí)扛叩闹饕蚴茄趺罕鹊团c氣化爐爐膛溫度低,導致煤粉反應不完全。

3.1 煤質(zhì)偏離設計指標

航天爐為干粉煤氣化技術(shù),理論上煤種適應性較廣,但按計劃完成煤種設計后,各項結(jié)構(gòu)參數(shù)基本固定,對使用的煤種就有了一定的局限性。該氣化裝置設計煤種為本地煤與神木煤的混煤,摻混比例為 1∶1,考慮到開車前期的穩(wěn)定性,實際開車時使用神木煤,煤質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。從分析結(jié)果來看,該煤種灰分低、固定碳含量高、熱值高。煤粉從燒嘴外環(huán)噴出后與內(nèi)環(huán)噴出的氧氣快速發(fā)生反應,在爐內(nèi)反應停留時間僅約5s左右,如果煤質(zhì)偏離設計值較多,固定碳、熱值等較高,就可能導致煤反應不完全,進而造成粗渣和濾餅中殘?zhí)亢可摺?/p>

表2 煤質(zhì)數(shù)據(jù)表

3.2 粉煤顆粒的影響

航天爐對入爐煤粉粒度有控制指標,要求大于90μm<10%;大于5μm>90%。試車前期由于磨煤系統(tǒng)不穩(wěn)定,煤粉粒度一直不合格,大于90μm的超過50%(見表1),粉煤粒度偏大,導致煤粉反應不夠完全。后期通過對磨煤系統(tǒng)的調(diào)整,粒度指標基本已符合指標要求,但通過多次渣樣分析對比發(fā)現(xiàn),殘?zhí)亢繘]有明顯下降,確認粒度高不是該次渣中殘?zhí)扛叩闹饕绊懸蛩亍?/p>

3.3 掛渣不好

航天爐設計為水冷壁結(jié)構(gòu),在氣化過程中,產(chǎn)生的熔渣以小液滴的形式甩至水冷壁,由于水冷壁表面溫度低,小液渣冷卻后形成固態(tài)渣,隨著渣層的增厚,固渣表面的溫度逐漸增高,當再有小液渣被甩到表面時則不會凝固,而是以液態(tài)的形式附著,形成液渣層,通過渣層來保護水冷壁。在試車過程中,由于經(jīng)驗缺乏,且煤種灰分偏低,爐子一直掛不上渣,爐內(nèi)中部測溫點一直超溫,為了避免燒壞爐子,氧煤比一直控制比較低,爐溫一直在1 300℃左右,導致煤粉反應不完全。

3.4 煤線流量不準

航天爐為頂噴式氣化爐,顆粒在氣化爐內(nèi)流動特性屬于受限制的射流反應,按流動過程可將氣化爐燃燒室分為3個區(qū)域,即射流區(qū)、回流區(qū)和旋流區(qū)。氣化生產(chǎn)時,顆粒在爐內(nèi)流場的形式直接決定了停留時間,也決定了氣化爐掛渣效果和碳轉(zhuǎn)化率。試車過程中,由于煤線流量標定不準確,存在3條線煤流量不一致,雖然進煤燒嘴后有一定的混合,但可能存在燒嘴在一定角度噴出較多煤粉,產(chǎn)生偏燒的現(xiàn)象。這從氣化爐內(nèi)溫度點的指示值上得到了體現(xiàn),一側(cè)溫度點明顯偏高。偏燒就導致氣化爐內(nèi)流場發(fā)生變化,部分煤粉顆粒可能在爐內(nèi)的停留時間減少,形成“短路”現(xiàn)象,這也會導致粗渣以及煤泥中殘?zhí)亢看蟠笤黾印?/p>

3.5 煤線不穩(wěn)定

航天爐設計為單燒嘴,其3條煤線同時進入該燒嘴外環(huán)預混合,出燒嘴與氧氣碰撞,以保證煤粉顆粒成螺旋狀向下擴散,這樣能增加停留時間,提高燃燒反應的充分性。在試車過程中,該裝置煤線一直不太穩(wěn)定,2號煤線流量波動較大且多次跳線,導致氣化爐內(nèi)流場不均勻,發(fā)生“偏燒”現(xiàn)象,也會造成渣和煤泥中殘?zhí)亢扛摺?/p>

4 解決措施

4.1 添加燒嘴蒸汽

通過優(yōu)化磨煤單元操作,保證了煤粉粒度的合格率,避免因煤粉顆粒過大,導致反應不完全現(xiàn)象的發(fā)生,同時投用燒嘴調(diào)和蒸汽,在合適爐溫下調(diào)高碳轉(zhuǎn)化率,減少粗渣以及煤泥中的殘?zhí)亢俊?/p>

4.2 重新標定煤線

重新對粉煤流量計進行標定,做好煤循環(huán),保證3條煤線計量一致,使氣化爐內(nèi)反應流場均勻穩(wěn)定,不出現(xiàn)偏燒;確保煤粉顆粒有足夠的停留時間,提高其碳轉(zhuǎn)化率,減少殘?zhí)俊?/p>

4.3 提高氧煤比

更換成設計煤種,煤中的灰分含量提高,有利于掛渣。重新掛好渣后,氣化爐爐內(nèi)測溫點全部低于500℃以下。氧煤化適當提高,氣化爐內(nèi)溫度也會升高,有利于加快氣化反應,很好地提高碳轉(zhuǎn)化率。

4.4 避免偏燒

為了保證煤線的穩(wěn)定,參考其他廠家對2號煤粉管線布置進行了排查,在保證平滑的基礎上盡量減少彎頭。同時,通過內(nèi)窺鏡檢查消除管道內(nèi)凸出部位,保證管道通暢。還增加了煤粉管線伴熱,保證運行時管線溫度達到設計要求。

通過實施上述改進措施,氣化爐運行后煤粉管線運行很穩(wěn)定,未出現(xiàn)頻繁跳車現(xiàn)象。

5 結(jié)語

航天爐采用頂噴單燒嘴式結(jié)構(gòu),爐內(nèi)流場形式較為復雜,氣化爐掛渣難度大,容易產(chǎn)生粗渣以及煤泥中殘?zhí)亢扛叩膯栴}。通過對原料以及運行參數(shù)進行對比研究,采取了多項有效措施,很好地改善了反應流場,提高了碳轉(zhuǎn)化率,粗渣中殘?zhí)亢恳灿?0%降到了5%以下,大大提高了裝置運行的經(jīng)濟性。

[1]于松芝,童維風,黃保才,吳學士.優(yōu)化原煤配比,提高航天爐裝置運行效益[J].小氮肥,2015(3):11-14.

[2]童維風.淺析煤質(zhì)對航天爐運行的影響[J].中氮肥,2014(3):12-14.

[3]陳二孩,胡毅.大型煤制烯烴項目之殼牌煤氣化裝置灰渣殘?zhí)剂扛叩脑蚍治黾敖鉀Q措施[J].化肥設計,2013(1):46-48.

[4]陳二孩,岑濤,馬江濤,等.試論Shell煤氣化裝置粉煤管線的穩(wěn)定性[J].化肥設計,2009(5):26-28.

修改稿日期: 2017-03-28

Analysis on the Causes of High Residual Carbon Content in Coarse Residue and Filter Cake of HT-L Space

PAN Fu-sheng,ZHANG Xu,SHI Guang-hui,PAN Bin

(1.HenanEnergychemicalindustrygroup,LuoyangYonglongenergyCo.,Ltd.,MengjinHenan471100,China;2.LiquefiedAir(Fuzhou)Co.,Ltd.,F(xiàn)uzhouFujian350000,China))

Taking a 400 000 t/a synthetic ammonia project as an example,the coal gasification plant uses three 750 t/d Aerospace furnace slag,and there is a high abnormally high content of coarse residue and slime in the test production. Through the comparison of operating parameters such as coal quality,oxygen / coal ratio and pulverized coal particles,a number of effective measures have been taken to adjust the condition and solve the problem well.

HT-L;slag;coal;carbon conversion;carbon residue

潘福生(1985年—),男,安徽六安人,2008年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學化工學院,工程師,多年從事氣化、凈化等煤化工裝置生產(chǎn)和管理工作,現(xiàn)為河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司氣化廠廠長。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.03.012

TQ545

B

1004-8901(2017)03-0045-03

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