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(shí)光輝

化肥設(shè)計(jì)訂閱 2017年3期 收藏

關(guān)鍵詞：粉煤殘?zhí)?/a>氣化爐

潘福生，張 旭，時(shí)光輝，潘 斌

(1.河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)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(shí)光輝2，潘 斌1

(1.河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)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(wàn)t/a合成氨項(xiàng)目為例，煤氣化裝置采用3臺(tái)750t/d航天爐，在試生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)粗渣與煤泥中殘?zhí)亢慨惓Ｆ叩膯?wèn)題。通過(guò)對(duì)煤質(zhì)、氧煤比、粉煤顆粒等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究后，采取了多項(xiàng)有效措施進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，很好地解決了問(wèn)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(lái)，隨著我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)煤氣化技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，其中，由北京航天萬(wàn)源煤化工工程有限公司自主開(kāi)發(fā)的航天爐得到了較多國(guó)內(nèi)用戶(hù)的選擇。某大型煤炭集團(tuán)下屬新材料園區(qū)配套40萬(wàn)t/a合成氨項(xiàng)目煤氣化裝置，就采用的是3臺(tái)750t/d航天爐。項(xiàng)目自2015年下半年投產(chǎn)以來(lái)，氣化爐運(yùn)行基本穩(wěn)定。但由于對(duì)航天爐氣化反應(yīng)機(jī)理掌握不夠、缺乏系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)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(yán)重影響裝置運(yùn)行經(jīng)濟(jì)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(gè)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(jìn)行研磨和干燥，制成合格煤粉后經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至粉煤加壓及輸送單元。在粉煤加壓及輸送單元，通過(guò)粉煤鎖斗來(lái)完成粉煤的加壓和輸送。粉煤分3路進(jìn)入氣化爐燒嘴的3個(gè)粉煤管。而氧氣經(jīng)預(yù)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(jìn)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(yīng)，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(jìn)入洗滌塔，進(jìn)一步洗滌合成氣中灰渣，最后送入后段變換系統(tǒng)。

2 問(wèn)題現(xiàn)象

航天爐設(shè)計(jì)渣中殘?zhí)亢啃∮?%，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%，但該裝置氣化爐自投煤后，渣中細(xì)渣含量一直比較高，殘?zhí)亢慨惓Ｆ?，其中，粗渣中殘?zhí)苛恳欢雀哌_(dá)60%(干基)。針對(duì)這種情況，技術(shù)人員通過(guò)工況的調(diào)整，針對(duì)粉煤粒度、氧煤比、保護(hù)氣量、系統(tǒng)負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)以及煤質(zhì)特性對(duì)氣化爐反應(yīng)的影響(數(shù)據(jù)見(jiàn)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(xiàng)目航天爐試車(chē)過(guò)程中，導(dǎo)致渣和煤泥中殘?zhí)亢扛叩脑蛴校孩僭厦好嘿|(zhì)偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)，灰分低、熱值高導(dǎo)致反應(yīng)不完全；②磨煤系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)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(chǎng)不好，部分煤粉短路未反應(yīng)。通過(guò)對(duì)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(dǎo)致煤粉反應(yīng)不完全。

3.1 煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)指標(biāo)

航天爐為干粉煤氣化技術(shù)，理論上煤種適應(yīng)性較廣，但按計(jì)劃完成煤種設(shè)計(jì)后，各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)基本固定，對(duì)使用的煤種就有了一定的局限性。該氣化裝置設(shè)計(jì)煤種為本地煤與神木煤的混煤，摻混比例為 1∶1，考慮到開(kāi)車(chē)前期的穩(wěn)定性，實(shí)際開(kāi)車(chē)時(shí)使用神木煤，煤質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從分析結(jié)果來(lái)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(yīng)，在爐內(nèi)反應(yīng)停留時(shí)間僅約5s左右，如果煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)值較多，固定碳、熱值等較高，就可能導(dǎo)致煤反應(yīng)不完全，進(jìn)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(duì)入爐煤粉粒度有控制指標(biāo)，要求大于90μm<10%；大于5μm>90%。試車(chē)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(guò)50%(見(jiàn)表1)，粉煤粒度偏大，導(dǎo)致煤粉反應(yīng)不夠完全。后期通過(guò)對(duì)磨煤系統(tǒng)的調(diào)整，粒度指標(biāo)基本已符合指標(biāo)要求，但通過(guò)多次渣樣分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，殘?zhí)亢繘](méi)有明顯下降，確認(rèn)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(shè)計(jì)為水冷壁結(jié)構(gòu)，在氣化過(guò)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(dāng)再有小液渣被甩到表面時(shí)則不會(huì)凝固，而是以液態(tài)的形式附著，形成液渣層，通過(guò)渣層來(lái)保護(hù)水冷壁。在試車(chē)過(guò)程中，由于經(jīng)驗(yàn)缺乏，且煤種灰分偏低，爐子一直掛不上渣，爐內(nèi)中部測(cè)溫點(diǎn)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(dǎo)致煤粉反應(yīng)不完全。

3.4 煤線(xiàn)流量不準(zhǔn)

航天爐為頂噴式氣化爐，顆粒在氣化爐內(nèi)流動(dòng)特性屬于受限制的射流反應(yīng)，按流動(dòng)過(guò)程可將氣化爐燃燒室分為3個(gè)區(qū)域，即射流區(qū)、回流區(qū)和旋流區(qū)。氣化生產(chǎn)時(shí)，顆粒在爐內(nèi)流場(chǎng)的形式直接決定了停留時(shí)間，也決定了氣化爐掛渣效果和碳轉(zhuǎn)化率。試車(chē)過(guò)程中，由于煤線(xiàn)流量標(biāo)定不準(zhǔn)確，存在3條線(xiàn)煤流量不一致，雖然進(jìn)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(diǎn)的指示值上得到了體現(xiàn)，一側(cè)溫度點(diǎn)明顯偏高。偏燒就導(dǎo)致氣化爐內(nèi)流場(chǎng)發(fā)生變化，部分煤粉顆?？赡茉跔t內(nèi)的停留時(shí)間減少，形成“短路”現(xiàn)象，這也會(huì)導(dǎo)致粗渣以及煤泥中殘?zhí)亢看蟠笤黾印?/p>

3.5 煤線(xiàn)不穩(wěn)定

航天爐設(shè)計(jì)為單燒嘴，其3條煤線(xiàn)同時(shí)進(jìn)入該燒嘴外環(huán)預(yù)混合，出燒嘴與氧氣碰撞，以保證煤粉顆粒成螺旋狀向下擴(kuò)散，這樣能增加停留時(shí)間，提高燃燒反應(yīng)的充分性。在試車(chē)過(guò)程中，該裝置煤線(xiàn)一直不太穩(wěn)定，2號(hào)煤線(xiàn)流量波動(dòng)較大且多次跳線(xiàn)，導(dǎo)致氣化爐內(nèi)流場(chǎng)不均勻，發(fā)生“偏燒”現(xiàn)象，也會(huì)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(guò)優(yōu)化磨煤?jiǎn)卧僮鳎ＷC了煤粉粒度的合格率，避免因煤粉顆粒過(guò)大，導(dǎo)致反應(yīng)不完全現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)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(biāo)定煤線(xiàn)

重新對(duì)粉煤流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，做好煤循環(huán)，保證3條煤線(xiàn)計(jì)量一致，使氣化爐內(nèi)反應(yīng)流場(chǎng)均勻穩(wěn)定，不出現(xiàn)偏燒；確保煤粉顆粒有足夠的停留時(shí)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(shè)計(jì)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(cè)溫點(diǎn)全部低于500℃以下。氧煤化適當(dāng)提高，氣化爐內(nèi)溫度也會(huì)升高，有利于加快氣化反應(yīng)，很好地提高碳轉(zhuǎn)化率。

4.4 避免偏燒

為了保證煤線(xiàn)的穩(wěn)定，參考其他廠(chǎng)家對(duì)2號(hào)煤粉管線(xiàn)布置進(jìn)行了排查，在保證平滑的基礎(chǔ)上盡量減少?gòu)濐^。同時(shí)，通過(guò)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(xiàn)伴熱，保證運(yùn)行時(shí)管線(xiàn)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)實(shí)施上述改進(jìn)措施，氣化爐運(yùn)行后煤粉管線(xiàn)運(yùn)行很穩(wěn)定，未出現(xiàn)頻繁跳車(chē)現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

航天爐采用頂噴單燒嘴式結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)流場(chǎng)形式較為復(fù)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?wèn)題。通過(guò)對(duì)原料以及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，采取了多項(xiàng)有效措施，很好地改善了反應(yīng)流場(chǎng)，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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

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

[2]童維風(fēng).淺析煤質(zhì)對(duì)航天爐運(yùn)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(xiàng)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(shè)計(jì)，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(xiàn)的穩(wěn)定性[J].化肥設(shè)計(jì)，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(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)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(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司氣化廠(chǎng)廠(chǎng)長(zhǎng)。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.03.012

TQ545

B

1004-8901(2017)03-0045-03

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