固定床液态熔渣气化炉渣池液位控制方法探究.pdf
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1、 第 卷第 期煤 质 技 术 年 月 移动阅读陈江明,王学云,张波涛 固定床液态熔渣气化炉渣池液位控制方法探究 煤质技术,():,():固定床液态熔渣气化炉渣池液位控制方法探究陈江明,王学云,张波涛,(煤炭科学技术研究院有限公司,北京;国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京;煤基节能环保炭材料北京市重点实验室,北京)摘 要:固定床液态熔渣气化炉采用固定床加压气化、液态排渣技术,液态熔渣气化炉与其他固定床工艺相比具有气化温度、气化效率、有效气含量均高以及蒸汽使用量少、废水产量低等优点。液态熔渣控制是熔渣气化炉稳定运行的重中之重,研究熔渣气化炉渣池液位控制方法具有重要意义。为保证固
2、定床熔渣气化炉液态熔渣的顺利排出,通过研究原料煤品质、助熔剂配比、汽氧比、烧嘴火焰温度、排渣控制参数设置及操作经验等因素对气化炉排渣的影响,提出液态熔渣排渣控制方法。结果表明:含量控制在 则可降低液态渣的灰熔融温度,通过调整石灰石配比将液渣黏度控制在 ,可保证液态渣的流动性;烧嘴火焰温度影响排渣口处液渣的温度,将其控制在 时其液渣流动性最佳;汽氧比对渣温同样具有重要影响,汽氧比低会使燃烧反应加剧、气化炉反应温度升高,可通过熔渣颜色判断汽氧比状况,汽氧比控制在 最佳;气化炉稳定运行时,下渣时间控制为禁止排渣时间()为,允许排渣时间()为 ,下渣时间()为 ,激活排渣压差为,使渣池压差控制在 。总
3、结工业生产实践经验并对液态熔渣的影响因素、液态熔渣的控制途径以及控制方法等进行阐述,可优化液态熔渣气化炉排渣控制,为实现气化炉的运行提供理论和操作依据。关键词:熔渣气化炉;渣池液位控制方法;液渣黏度;灰熔融温度;汽氧比;下渣时间;影响因素中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:责任编辑:何毅聪 :基金项目:煤炭科学技术研究院有限公司技术创新基金 类资助项目()作者简介:陈江明(),男,云南玉溪人,工程师,从事固定床煤炭气化技术研究工作。:,(,;,;,):,煤 质 技 术 年第 卷 ,(),(),(),:;引 言我国是 个以煤炭为主要能源的国家,煤炭是实现清洁高效利用的最经济、最安全的
4、矿产资源,煤炭清洁高效利用不仅为国民经济和社会快速发展提供保障,同样为国家能源安全提供保障。现代煤气化是煤炭清洁高效利用的核心技术,其中,液态熔渣气化技术具有气化反应温度高、氧耗低、蒸汽用量少、气化效率高和废水产量低等优点。国外对于固定床液态熔渣气化技术的研究起始于上世纪 年代,英国燃气公司对英国、美国、欧洲等多地区煤种进行大量试烧实验,在英国爱丁堡附近的西田煤气化实验厂将 台鲁奇加压气化炉改造为液态熔渣气化炉,气化强度可达到原鲁奇炉的 倍,连续运行 以上,积累了大量数据,并在此基础上开发出了液态熔渣气化技术,并验证了工业化气化炉直径可达 ,单炉日投煤量最大可达 ,单炉日产合成气可达 万。上世
5、纪 年代中后期,在德国黑水泵厂建成直径 的液态熔渣气化炉,采用当地劣质褐煤和固体废物制成的型煤为原料,为甲醇项目提供原料气,成功运行至 年。国内对于固定床液态熔渣气化技术的研究起始于 年,云南某煤化工企业将 台 的鲁奇固定床加压气化炉改造为液态熔渣气化炉,进行了大量实验研究,于 年建成直径 的液态熔渣气化炉,一次性试车成功,至今运行良好。目前,国内工业化运用液态熔渣气化技术的有内蒙古呼伦贝尔金新化工、云煤云南先锋化工、中煤鄂尔多斯能源化工等企业。中煤鄂尔多斯能源化工的熔渣气化炉更是创造了单炉连续运行 的运行记录,单炉运行氧负荷达到 ,有效气含量达到 以上。液态熔渣特性是熔渣气化技术的核心,研究
6、熔渣特性影响因素对于工业化运行具有重要意义。笔者通过分析固定床液态熔渣气化炉渣池液位的影响因素,得出熔渣气化炉排渣控制方法及要点。液态熔渣气化技术简介液态熔渣气化炉采用碎煤加压气化、液态排渣技术,固定床液态熔渣气化技术具有气化温度高、气化强度高、有效气含量高、蒸汽使用量少、废水产量低、设备投资少等优点。煤在气化炉中的气化过程如图 所示,即煤在气化时从上往下分别依次经过干燥层、干馏层、气化层、燃烧层和熔渣层。气化炉燃烧层是气化反应区,中心燃烧区温度达到 ,气化后形成的液态熔渣在气化炉锥形渣池内聚集并形成一定高度的液态熔渣,液态熔渣流入水中后激冷成 的玻璃态渣。第 期陈江明等:固定床液态熔渣气化炉
7、渣池液位控制方法探究图 气化炉气化过程简图 渣池液位依靠熔渣的表面张力和排渣口处烧嘴燃烧火焰张力托住,当液态渣位达到设定高度时自动触发启动排渣程序,通过排渣控制系统将液态熔渣间断排出气化炉,液态渣在激冷室中经水激冷碎裂成 的玻璃态渣,玻璃态渣通过渣锁收集后间断排出系统。气化炉液态排渣系统如图 所示。图 气化炉液态排渣系统 影响液态熔渣气化炉熔渣的主要因素影响液态熔渣气化炉熔渣品质的因素较多,包括原料煤品质、汽氧比、排渣口火焰温度、排渣顺控的参数设置及操作工经验等。为了更好的掌握气化炉排渣控制影响的因素,笔者从以下几个方面进行逐一分析。原料煤品质对气化炉熔渣的影响原料煤中的 含量直接影响液态渣的
8、流动性,石灰石配比是影响液态排渣最关键的因素,适宜的石灰石配比可确保液态渣灰熔融温度大幅度降低,让液态渣保持良好流动性。如果煤质发生变化,特别是灰分变化时石灰石配比要及时调整,灰分增加石灰石配比也要适当提高。灰分降低石灰石配比要相应减少,而石灰石配比调整是否合适还要结合最后液态渣组分分析决定。液态渣在取样分析后可以看到、各自的含量。其中最重要的数据就是 占比,如果 占比在 说明石灰石配比合适。如果渣样分析数据中 占比低于 说明石灰石配比偏低,如果渣样分析数据中 占比大于 说明石灰石配比偏高。石灰石配比调整要坚持小幅度多次调整,不要一次快速调整,避免对排渣操作产生不利影响,缓慢将石灰石配比调整到
9、目标区间后有利于排渣稳定。某公司液态熔渣气化炉采用褐煤块煤为原料,与气化剂燃烧反应后,煤气通过气化炉上部送到后续工序处理,燃剩的液态渣主要成分为、,根据气化炉运行工况收集数据和分析总结,正常工况炉渣分析数据见表。原料煤品质对气化炉熔渣的影响主要表现在原料煤的灰分上,原料煤灰分波动大时将导致气化炉熔渣不稳定。几组典型的原料煤分析数据见表,熔渣分析数据见表,由表 煤质分析数据对应表 熔渣分析数据可看出,煤质的波动对煤渣熔融温度影响较小,但由灰渣黏度相图可发现,在助熔剂石灰石添加量一定的情况下,含量对熔渣黏度影响非常大,含量超过 时,其含量越高,渣的黏度越大,及 条件下渣黏度与 的关系如图 所示。烧
10、嘴火焰温度的影响烧嘴火焰温度对液态熔渣气化炉排渣的影响也至关重要,烧嘴火焰温度直接影响到液渣的渣温及液渣的流动性。烧嘴的作用是提高排渣口处液渣的温度,让其保持较高温度和良好的流动性。火焰温度高会使液态渣的黏度下降,流动性增强,能保证渣池内积累的液渣达到正常液位 时及时排出,不在炉膛内造成积累,不会因为渣池上移引起火层上移,造成气化炉沟流及偏烧等影响气化炉的稳定运行。但过高的火焰温度容易造成灰渣中单质铁的析出,进而堵塞气化炉的排渣口,造成排渣不畅。另外火焰温度过高容易损坏支撑板和下渣口,缩短设备使用周期。当火焰温度过低会导致排渣口处的渣温降低黏度下降流动性变差,存在堵塞下渣口的风险。根据现场运行
11、数据分析,烧嘴火焰温度控制在 最为适宜。煤 质 技 术 年第 卷表 液态熔渣气化炉正常工况炉渣分析数据(平均值)组分质量浓度 表 典型的原料煤分析数据 序号干基灰分 全水 熔渣流动温度 表 熔渣分析数据 序号石灰石配比 黏度 流动温度 图 ,条件下渣黏度与 的关系 汽氧比对气化炉熔渣的影响液态熔渣气化炉的汽氧比设计控制范围在 ,汽氧比越高,炉内所能达到的最高温度就越低,渣池温度随着降低,渣黏度增大不易排渣,同时水蒸汽的耗量相对增大,水蒸汽分解率也相对降低,气化炉出口煤气中 和 含量增加,有效气 和 含量下降,不利于合成氨原料气的生成。相反,汽氧比小则会使燃烧反应加剧,气化炉内温度升高,出口煤气
12、中的 和 含量增加,和 含量降低。蒸汽分解率增加,蒸汽消耗量相对减少,但渣池温度会升高,造成熔渣析出单质铁,容易堵塞下渣口造成气化炉停车。据文献表明高温熔渣中极易析出单质铁,当 浓度大于、熔渣温度大于 时,极易析出单质铁,温度越高,单质铁析出越多。液态熔渣气化炉渣池内炉渣的温度由汽氧比确定,汽氧比与渣池温度关系如图 所示,汽氧比越低渣池温度越高。而液态熔渣气化本身含大量还原性气体,如果控制过低汽氧比,熔渣中铁越容易析出,由于铁的密度大、导热性远优于液态熔渣,导致单质铁下沉易在下渣口处被冷却凝固,堵塞排渣口,导致排渣不畅。开车初期汽氧比控制 时及排渣口被积铁堵塞的排渣工况渣样如图 所示,汽氧比控
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