航天粉煤加壓氣化技術(shù)的研究

摘 要：本文首先論述了有關(guān)航天粉煤加壓氣化裝置建設(shè)及開車情況，之后對航天粉煤加壓氣化成套技術(shù)的有關(guān)工藝流程作了闡述，并對主要設(shè)備——氣化燒嘴與氣化爐的特點、原理進行了分析。此項技術(shù)目前在朝節(jié)能化、大型化方向發(fā)展，也正在得到市場愈來愈廣泛的肯定與認可。

關(guān)鍵詞：發(fā)展 應用 示范裝置 燒嘴 氣化爐 航天粉煤加壓 控制系統(tǒng)

前言

隨著我們國家國民經(jīng)濟的騰飛式增長，市場對化工產(chǎn)品的需求也愈來愈大，在我國化學工業(yè)中，以煤為原料的煤化工將占有愈來愈重要的地位。

一、裝置建設(shè)及開車情況

（一）安徽晉煤中能化工股份有限公司裝置項目的鑒定情況

2009年9月15日，安徽晉煤中能化工股份有限公司與北京航天煤化工工程公司開展的72h性能考核；裝置順利通過，2009年10月下旬，在中國石油化工協(xié)會組織的現(xiàn)場考核中裝置順利通過；安徽晉煤中能化工股份有限公司的相關(guān)裝置在2009年10月底通過中國石油化工協(xié)會組織的鑒定。如下為考核期間的運行指標：

碳轉(zhuǎn)化率98%；

有效氣產(chǎn)率 l.6447m3/kg煤；

合成氣產(chǎn)率1.767m3/kg煤；

有效氣成分93.1%。

比氧耗300-310m3/1000m3（CO+H2）

比煤耗608kg/1000m3（CO+H2）

此裝置操作不復雜、方便維護，較廣的煤種適應性，運行成本與投資費用不高，氣化爐的故障率低，開工率高。

（二）裝置的運行情況

2010年，安徽晉煤中能化工股份有限公司該裝置年計劃生產(chǎn)15.85萬t甲醇，實際生產(chǎn)18.30萬t甲醇，完成整年計劃的115.5%；實際消耗25.47萬t原料煤，折標煤1.13t，平均噸甲醇耗1.392t原料煤。

2010年，安徽晉煤中能化工股份有限公司氣化裝置計劃運行317d，實際累計運行338 d，開工率大于90%，完成整年計劃的106.6%，最高日產(chǎn)601t甲醇，日均產(chǎn)量560t甲醇，生產(chǎn)比較穩(wěn)定。

二、主要工藝流程

航天煤氣化裝置主要包含渣及灰水處理單元、氣化及合成氣洗滌單元、粉煤加壓及輸送單元、磨煤及干燥單元。

（一）渣及灰水處理單元

從合成氣洗滌塔與氣化爐急冷室底部來的灰水將熱量回收，把跑龍?zhí)左w顆粒與不凝氣去除，之后，將氣化系統(tǒng)泵回，重復性利用。

（二）氣化及合成氣洗滌單元

分成3路，粉煤通向氣化爐燒嘴的3個煤粉管，經(jīng)預熱器加熱之后，在混合器內(nèi)，O2先與部分蒸汽混在一起，并按相應的比重流向燒嘴。

在爐膛里，煤粉高溫部分發(fā)生氧化現(xiàn)象，產(chǎn)生含一氧化碳與氫氣的合成氣；在急冷室內(nèi)，這種合成器受到急速冷卻且形成水飽和，熔渣固化迅速；經(jīng)文丘里洗滌器，出氣化爐的合成氣與裝置合成氣洗滌塔用水深度濕潤洗滌之后，轉(zhuǎn)進變換工段環(huán)節(jié)；灰渣留于水里，絕大量快速下沉，通過渣鎖斗系統(tǒng)在一定時間內(nèi)有規(guī)律的排出。通過水冷壁，爐膛產(chǎn)生中壓飽和蒸汽對熱量進行回收。

（三）粉煤加壓及輸送單元

粉煤加壓及輸送單元通過鎖斗來完成輸送、加壓粉煤，在氣化爐與加壓煤斗之間保持數(shù)值一定的壓差。

（四）磨煤及干燥單元

磨煤及干燥單元采用常規(guī)的研磨煤研磨與干燥技術(shù)。在磨煤機內(nèi)，原料煤貯倉的碎煤/石灰石被磨為煤粉，通過較高溫度的惰性氣流干燥。粉煤的顆粒尺寸分布及水分含量滿足以下要求：質(zhì)量分數(shù)：含H2O分量典型值<2%；重量：顆粒大小尺寸≤5?m的達到比重10%；重量：顆粒尺寸≤90?m的達到比重90%。

三、氣化爐及燒嘴的特點

（一）干煤粉進料

此氣化爐使用20?m-90 ?m的干煤粉進料，N2或CO2輸送，2.0MPa-4.0MPa加壓氣化。此種方式優(yōu)點為：①干煤粉進料氣化效率高（碳轉(zhuǎn)化率≥99%，冷煤氣效率80%一83%）；②固氣比最高可達450kg/m3，先進成熟的干煤粉濃相輸送技術(shù)，懸浮速度7-lOm/s③設(shè)備尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，氣化強度高。

（二）氣化爐爐膛操作溫度寬

氣化爐爐膛操作溫度在1250-1850t之間。具有如下優(yōu)點：煤種適應性廣，煤的灰熔點可選范圍寬，可實現(xiàn)原料煤本地化；碳轉(zhuǎn)化率高（≥99%），粗合成氣品質(zhì)好，有效氣體（CO+H：）含量≥90%CFL含量低。

（三）單燒嘴頂燒組合燃燒器

這種組合形式的優(yōu)點是：①集工藝燒嘴、開工燒嘴、點火燒嘴、高能電點火裝置于一體，調(diào)試、維護、拆裝方便；②煙氣回流區(qū)、煙氣射流區(qū)、火焰燃燒區(qū)、爐內(nèi)煤粉熱解區(qū)以及二次反應區(qū)合理分布，反應停留時間與氣化要求相符合，使爐內(nèi)流場、燃燒火焰同爐膛匹配良好；③燒嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，混合氧及煤粉充分，煤粉完全反應，良好的氣化性能，火焰形狀與穩(wěn)定性好。

（四）氣化爐及燒嘴的加工制造工藝精良

利用同類特制國產(chǎn)材料或者進口材料設(shè)計關(guān)鍵材料，組裝與焊接工藝嚴格依據(jù)規(guī)范執(zhí)行，整體熱處理對熱應力進行消除。

（五）燒嘴的使用壽命長

水冷夾套式燒嘴冷卻方案，能夠確保燒嘴長周期、可靠、穩(wěn)定運行，使用壽命可達10a，燒嘴頭部局部6個月維護1次。

結(jié)語：

中國是一個富煤、少氣、貧油的國家，依據(jù)一次能源構(gòu)成的特點，充分利用我國相對豐富的煤炭資源，發(fā)展適應性廣、高效、潔凈、運行與建設(shè)費用低廉的煤氣化技術(shù)，是解決中國能源安全問題的重要手段，是對國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、推行節(jié)能減排政策的具體響應。

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作者簡介：劉才（1987—），男，安徽阜陽人，助理工程師，在安徽晉煤中能化工股份有限公司氣化車間工作