氣流床氣化爐水冷壁結渣特性的實(shí)驗研究

第29卷第4期煤炭轉化Vol. 29 No. 42006年10月COAL CONVERSIONOct. 2006 .氣流床氣化爐水冷壁結渣特性的實(shí)驗研究貢文政))段合龍"梁欽鋒2) 劉 海峰3)于遵宏3)摘要搭建了小型氣流床水冷壁氣化爐實(shí)驗平臺,進(jìn)行水冷璧結渣實(shí)驗,驗證了“以渣抗渣”的思想,為氣化爐水冷壁襯里的工業(yè)應用提供理論依據.研究了爐內火焰溫度、壁溫、循環(huán)水量等因.素對渣的分布及形態(tài)的影響,以及渣層對水冷壁的保護作用.結果表明,熔渣對爐壁保護作用明顯;循環(huán)水影響著(zhù)水冷壁的正常運行;爐內溫度及壁溫是影響渣形態(tài)和渣分布的主要因素.關(guān)鍵詞氣流床氣化爐 ,水冷壁,熔渣,壁溫中圈分類(lèi)號TQ5450引言流床氣化爐進(jìn)行研究,水冷管上焊有Y型渣釘結構目前,氣流床氣化爐中耐火襯里有耐火磚和水(見(jiàn)圖1),向火面涂有耐火材料;爐體分為三個(gè)部.冷壁兩種,Texaco氣化爐采用耐火磚襯里.以耐火磚襯里價(jià)格昂貴,一套耐火襯里的價(jià)格與氣化爐受壓殼體的造價(jià)相近,而且該耐火襯里需要定期檢修更換,目前Texaco氣化爐向火側的耐火磚最長(cháng)壽命不到2年. [2)Shell氣化爐采用列管膜式水冷壁技術(shù)[3.1],GSP氣化爐采用盤(pán)管膜式水冷壁技術(shù)[5.1,圖1膜式水冷壁結構運行時(shí)可以依靠掛在水冷壁上的熔渣層保護水冷Fig. 1 Construction of membrane water wall壁,使得氣化裝置可以長(cháng)周期運轉.從長(cháng)遠來(lái)看,水分:上錐段、直簡(jiǎn)段和下錐段,直簡(jiǎn)段和下錐段相連;冷壁技術(shù)優(yōu)于耐火磚技術(shù),是以后發(fā)展的主要方向.水冷壁有兩個(gè)進(jìn)水口和出水口.實(shí)驗流程見(jiàn)第22頁(yè)水冷壁技術(shù)主要是“以渣抗渣”門(mén),氣化過(guò)程會(huì )產(chǎn)生圖2.分為原料輸送系統、冷卻水循環(huán)、氣化熱模系大量的熔渣,熔渣的導熱系數[8]很低,附著(zhù)在水冷管統測試及采樣系統五部分。燃料油、煤漿、氧氣通過(guò)上,將會(huì )形成非常大的熱阻,不但保護了水冷管,而計量泵輸送到三通道燒嘴噴入氣化爐內;汽包內加且阻斷了熱量向外傳遞,形成了很好的隔熱層.由于人去離子水,通過(guò)熱泵進(jìn)行強制循環(huán),冷卻爐內高溫水冷壁內水冷卻的作用[0],形成的熔渣隔熱層分為爐壁,為防止蒸汽壓力過(guò)大，在汽包上裝有安全閥，.三層[10]:凝固層、過(guò)渡層和流動(dòng)層,并且過(guò)渡層和流同時(shí)為預防水蒸發(fā)水量減少，在冷卻水循環(huán)系統上動(dòng)層隨著(zhù)氣化反應的進(jìn)行逐漸更新，使水冷壁耐火裝有換熱器;爐壁及水冷壁鰭片上安裝K型和E襯里一直處于相對穩定的工作環(huán)境，渣層隔絕了大型熱電偶;熱電偶的電信號連同汽包液位計以及循部分熱量,形成了穩定的隔熱層.熔渣在氣化爐中的環(huán)水流量自動(dòng)控制裝置一起經(jīng)研華公司生產(chǎn)的.沉積是水冷壁技術(shù)的關(guān)鍵,因此,研究熔渣在氣化爐ADAM - 4018+ ,ADAM - 4018和ADAM - 4520內的沉積特性對水冷壁的工業(yè)應用具有十分重要的模塊進(jìn)入計算機,由工控組態(tài)軟件MCGS組態(tài)顯示意義.目前我國鮮見(jiàn)氣流床氣化爐水冷壁上熔渣沉.并存儲.實(shí)驗過(guò)程中,合成氣通過(guò)冷卻、干燥、凈化過(guò)積的研究文獻報道.程進(jìn)入色譜儀,測試合成氣成分.1實(shí)驗部分1.2 實(shí)驗方法1.1實(shí)驗裝置利用柴油預熱,達到一定溫度后,投人水煤漿.采用自主開(kāi)發(fā)設計的膜式水冷壁耐火襯里的氣考慮|中國煤化工分實(shí)驗過(guò)程中采用*國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展規劃(973)項目(2004CB217703).TYHCNMHG1)碩士生;2)博士;3)教授.博士生導師,華東理工大學(xué)潔凈煤技術(shù)研究所,200237上海收稿日期:2006-07-28;修回日期:2006-08-0722煤炭轉化2006年順自J|土1012甲。t5母-14|00自目”L圖2實(shí)驗流程圖Fig.2 Experiment flow chart1--Computers2- - -DCM;3-- Steam pack;4- -- Thermocouple;5-- - Nozle6--- Heat pump;7- Heat exchangers8,9--- Flow meter;10Single screw pump:1---- Metering pump;12--Coal water slot;13-- Diesel oil;4-- Oxygen supply;15--- Gasifier;16-- Emptying valve;17-- GC;a-- Wall thermocouple 1;- Wall thermocouple 2;c-Wall thermocouple 3;d一Fin thermocouple 1;e- Fin thermocouple 2;f-- Fin thermocouple 3油煤漿代替水煤漿來(lái)優(yōu)化進(jìn)料條件,使用柴油、煤為水煤漿時(shí),由于八一 水煤漿廠(chǎng)的煤漿灰熔點(diǎn)高,爐渣、石油焦來(lái)模擬煤在爐膛內燃燒過(guò)程中爐壁上結膛溫度沒(méi)有高于灰熔點(diǎn),煤渣沒(méi)有熔化成具有強黏渣行為,考察高灰含量與低灰含量掛渣的區別.結渣結性液態(tài)渣,所以在爐壁上僅僅是為數不多的小渣實(shí)驗后進(jìn)行高溫熔融實(shí)驗,計算渣層的傳熱系數及球,以及一些由于機械作用黏附在爐壁上的積灰,黏熱阻,考察渣層對水冷壁的保護作用.渣的物性參數結的不是很牢固，很容易脫落;而且從爐膛整體來(lái)見(jiàn)表1.看,爐壁大部分沒(méi)有結渣;后來(lái)在同樣的溫度下使用表1渣的物性參數低灰熔點(diǎn)的煤渣,用質(zhì)量比為3;2的煤渣與柴油混Table 1 Properties of slag合漿進(jìn)料,火焰溫度高于渣的流動(dòng)溫度,則爐膛內被SlagAsh fusion point/CSourceTypeonemn/% DT STHT FT熔化的渣層所覆蓋,但表面凸凹不平,形成了不均勻Bayi plant Coal water 9.6 1 192 1319 1 322 1 323的多孔泡狀渣層結構(見(jiàn)圖3e).圖3c和圖3d的渣Shanghai coking Slag1134118311851186層比較平整,在進(jìn)料中增加石油焦后,火焰變長(cháng),爐.膛內溫度升高,所以圖3c比圖3b,圖3d比圖3c渣2結果與討論的形態(tài)趨于光滑;增加加入的石油焦量,由于石油焦的熱值大,爐膛內溫度升高,使覆蓋的渣層表面非常在上述實(shí)驗裝置中,通過(guò)改變進(jìn)料比、投料溫光滑,渣的形態(tài)從多孔泡狀結構變成了分布較均勻、度、循環(huán)水量等實(shí)驗條件,測試研究了膜式水冷壁氣硬度較大的玻璃體(見(jiàn)圖3f),同時(shí)渣與耐火材料結化爐內的結渣特性.合的強度提高,不易于脫落,形成了真正的固定層，更有利于保護爐壁.2.1進(jìn)料根據實(shí)驗條件的不同,進(jìn)料分為水煤漿,柴油、2.2爐內溫度及壁 溫煤渣混合制漿,柴油、煤渣、石油焦混合制漿三種不中國煤化工分布對爐內各部位同進(jìn)料.幾種不同進(jìn)料在爐膛內的結渣情況見(jiàn)第23結.0HCNMHG影響著(zhù)渣的形態(tài)以頁(yè)圖3.及渣壯堡⊥的刀市弟40貝圖4所表示進(jìn)料穩定后從圖3中可以看到,渣的形態(tài)有明顯不同,進(jìn)料兩組不同條件下?tīng)t壁熱電偶測量的溫度.熱電偶的第4期貢文政等氣流床氣化爐水冷 壁結渣特性的實(shí)驗研究23圖3不同進(jìn)料后爐 內渣的形態(tài)Fig. 3 Formation of slag in furnace with different feeding methodCoal water;b--- Diesel oil and slag;Diesel oil : slag : petroleum coke=4: 4 : 2;d--- Diesel oil : slag : petroleum coke=3; 4 : 3;e,f-- Section of slag位置見(jiàn)圖2.1200只1050900756000_2010Time 1 min圖5不同條件下?tīng)t膛和爐頂結渣情況圖4條件1和條件2爐壁三個(gè)熱電偶溫度比較Fig.5 Slag on furnace and roof in different conditionsFig.4 Comparision between the temperature of threeab--- Slag on furnace and roof in condition 1;wall thermocouples in condition 1 and 2c,d-- Slag on furnace and rool in condition 2Condition 1:■-- Wall thermnocouple 1;▲一Wallthermocouple 2;●-- Wall therrnocouple 3;中標示處),經(jīng)測量,開(kāi)始產(chǎn)生渣條的位置為距離爐Condition 2:CWall thermocouple 1;O一Wall頂法蘭105 cm處;條件2中,爐壁溫度變高,爐頂及thermocouple 2;O- Wall thertmocouple 3爐壁上渣表面光滑如鏡爐膛中產(chǎn)生渣條位置顯著(zhù)由圖4可以明顯看出,條件2時(shí)爐壁熱電偶1下移,大約向下移動(dòng)了 20 cm,渣條變長(cháng)，一直流到的溫度比條件1提高了大約160 C左右,熱電偶2爐膛底部,使渣層的覆蓋面積變大.可見(jiàn)提高爐膛內和熱電偶3也提高了將近100C.爐璧溫度已經(jīng)高爐壁的溫度,可以加快渣層對爐壁向火面的覆蓋時(shí)于渣的流動(dòng)溫度(1 186 C),爐壁上覆蓋的渣層由間,對保護渣層的形成有利.固態(tài)變成了具有流動(dòng)性的熔融態(tài),沿著(zhù)爐壁流下,同2.3循環(huán)水量時(shí)，由于熔融態(tài)的渣球不斷粘附在爐壁上,爐壁上就形成了連續不斷的流動(dòng)層;兩種不同條件實(shí)驗后爐熔渣的凝固層、過(guò)渡層和流動(dòng)層的厚度取決于膛和爐頂結渣的情況見(jiàn)圖5.由圖5可見(jiàn)，熔渣流動(dòng)爐內氣化放熱量和水冷壁的吸熱量及熔渣的黏度特的痕跡,在溫度較低的爐膛中下部形成了凝固態(tài)的性等因素.實(shí)驗采用膜式水冷璧結構,第24頁(yè)圖6查條.表觀(guān)地表示了冷卻水流量對渣層及水冷壁的影響.由圖5可知,從爐膛內部整體上看,爐頂及爐子圖6a和圖6c都是實(shí)驗前為掛渣的水冷壁,圖6b和直簡(jiǎn)段中上部都得到熔渣很好的覆蓋.條件1時(shí),爐圖中國煤化工圖6可以看出,爐壁溫度較低,可以看到爐頂及爐壁上渣表面凸凹不.膛內MHCNMH(量很小(錐段0. 02平,渣條產(chǎn)生在爐膛的中上部,向下流動(dòng)的跡象明冷壁上的耐火材料顯,渣條中止于爐膛CCD工業(yè)電視觀(guān)測孔處(圖5由于不能得到冷卻水的充分冷卻,同時(shí)也得不到較24煤炭轉化2006年到了150C左右;提高循環(huán)水量,爐壁向火面覆蓋了相對較厚的固定渣層,鰭片溫度降到了300 C ,爐殼溫度低于70C,熱量得到了很好的阻斷,充分驗證了渣層良好的隔熱效果.1 20000 t圖6使用前 和使用后的損壞的水冷壁耐火材料層Fig.6 New and used refractory on water-wall厚渣層的保護,已經(jīng)出現了明顯的脫落和開(kāi)裂,水冷Positioin of thermocouple壁嚴重損壞,不能使用.氣化爐不銹鋼外殼的局部也圖7爐膛至 爐殼的徑向溫度由拋光后的亮銀色變成了高溫烘烤過(guò)的金黃色,當Fig. 7 Radial distribution of the temperature時(shí)外殼溫度通過(guò)紅外線(xiàn)測溫儀測量最高的部分(下of the gasifier渣口)已經(jīng)達到了600 C,直簡(jiǎn)外殼也達到了150口- - Low recycle water;O- -- High recycle waterC.后來(lái)采用提高循環(huán)水量、不改變爐膛溫度的做3結論法,錐段提高到0.2m*/h,直筒段提高到0.65m2/h后,熔渣可以更好地覆蓋到爐壁的耐火材料上,形成1)實(shí)驗成功地在水冷壁耐火材料上覆蓋了一了具有保護作用的渣層,其保護效果見(jiàn)圖5.爐壁和層熔渣保護層,驗證了“以渣抗渣”的思想.爐頂都得到了很好的覆蓋,爐子下渣口外殼溫度降2)爐內溫度高,煤灰熔點(diǎn)低,火焰長(cháng)度長(cháng)時(shí),渣到350 C,直簡(jiǎn)段外殼溫度在70 C左右.可見(jiàn)循環(huán)在爐壁上附著(zhù)更光滑,覆蓋的面積更大,效果更好.水量對水冷壁的安全運行有重要影響.不同循環(huán)水3)循環(huán)水量帶走的熱量隨著(zhù)渣層的變厚而減量下水冷壁的隔熱效果見(jiàn)圖7.圖7中X軸的4個(gè)少，但循環(huán)水量很低時(shí)不能保護水冷壁，水流量是位置分別是:爐膛中心、爐壁向火面、鰭片、爐外殼.水冷璧的-一個(gè)重要參數.考察了水冷壁良好的隔熱由圖7可以看出,爐膛中心火焰到爐壁向火面溫度效果下降了250C左右,但循環(huán)水量小時(shí),水冷壁的向火4)提出了新穎的實(shí)驗方法,解決了實(shí)驗室中進(jìn)面到鰭片之間只降了600 C ,這樣使爐殼溫度也達行水冷壁結渣實(shí)驗的困難.參考文獻1] 徐振剛,吳賢賢. 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However, using the velocity of mass losson 740 C as the token of the decomposing of limestone easy or not, we found the condition of ex-perimentation did not affect the analytical result.KEY WORDS thermal analysis , limestone , decomposing , desulfurization(上接第24頁(yè))EXPERIMENTAL STUDY OF SLAG DEPOSIT ON WATER WALLIN THE ENTRAINED-FLOW GASIFIERGong WenzhengDuan Helong Liang Qinfeng Liu Haifeng and Yu Zunhong(Instilule of Clean Coal Technology ,East China University of Scienceand Technology ,200237 Shanghai)ABSTRACT An experimental platform of entrained flow gasifier with water wall was estab-lished to research slag deposit on water wall. The experimental results validate the idea of“theslag resists the slag”", and are useful for the industrial application of water wall in gasifier. Theslag deposited on water wall was investigated with the different temperature of flame, water walland recycle water. The protection of slag on water wall was also investigated. The resultsshowed that the protection of slag on water wall is sig中國煤化工:nces the opera-tion of water wall, the temperature of flame and wallYHCNMHGnformation anddistribution of slag.KEY WORDS entrained-flow gasifier , water wall, slag , wall temperature