粉煤氣化中煤粉的適應性改造

第5期孫西紅:粉煤氣化中煤粉的適應性改造●57●y,生產(chǎn)與應用y粉煤氣化中煤粉的適應性改造孫西紅(兗州煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司,內蒙古達拉特旗,014300)摘要:簡(jiǎn)述了田壩煤在中試試燒過(guò)程中由于煤粉性質(zhì)和粒徑分布引起的一些問(wèn)題,分析原因,介紹了改造方法和效果。關(guān)鍵詞:煤粉粒徑;粉煤氣化;煤粉輸送中圖分類(lèi)號:TQ531文獻標識碼:B文章編號:1008 -021X(2012)05 -00S7 -04The Adaptability Reformation of CoalParticle at the Process of Pulverized - coal GasifierSUN Xi - hong( Yanzhou Coal Ordos Chemical Co. ,Ltd. ,Dalate 014300 ,China)Abstract : Introduced the issues created by coal particle properties about and coal particle size distributionduring the test bum at pilot plant test phase for the coal made in tianba，analysed the reasons of the issuesmentioned above , recommended the transforming method and effect.Key words:coal particle size ;pulverized - coal gasifier; pulverized coal transfer水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心日處理合適的煤粉經(jīng)氮氣攜帶進(jìn)人粗分分離器,完成煤粉煤30t的粉煤氣化中試裝置包含完整的煤粉磨制與的粒度篩選,粒度不合格的煤粉返回磨機,粒度合格輸送單元、氣化單元、氣體凈化單元和渣水處理單的煤粉隨氮氣進(jìn)入第一分離器,完成煤粉與氮氣的元。中試裝置進(jìn)行過(guò)多個(gè)煤種的試燒工作,其中貴分離,煤粉進(jìn)人低壓煤粉罐,氮氣經(jīng)過(guò)第三分離器凈州田壩煤在煤粉磨制、輸送、人氣化爐流量穩定性等化后排放。方面與其他試燒過(guò)的煤種差異較大，原有制粉輸送煤粉輸送單元是煤粉連續不斷地加壓工作過(guò)系統生產(chǎn)出的煤粉不滿(mǎn)足氣化反應要求,煤粉輸送程。低壓煤粉槽中的煤粉間斷進(jìn)人中間罐,然后由存在不穩定情況,經(jīng)過(guò)幾次改造,煤粉粒度過(guò)細和流氮氣攜帶進(jìn)入第二分離器,分離出的氮氣經(jīng)第四分量不穩的情況已基本消除。離器凈化后排放，煤粉進(jìn)入煤粉鎖斗，煤粉鎖斗在接1中試裝置煤粉制 備與輸送系統流程收煤粉時(shí)是常壓,當煤粉加滿(mǎn)罐后,關(guān)閉閥門(mén),經(jīng)氮煤粉制備單元是進(jìn)行煤粉的磨制工作,粒度合氣充壓并 與發(fā)料罐壓力相等后,再將煤粉送人加料格的原煤由煤場(chǎng)經(jīng)汽車(chē)送至現場(chǎng),將煤和氣化助熔罐。加料罐始終保持--定料位,才能向氣化爐持續劑按比例摻混,原料經(jīng)皮帶運輸機、斗提機,送人原供料或進(jìn)行煤粉循環(huán)。制粉與輸送系統流程圖如圖煤槽,再經(jīng)螺旋計量給料機送人球磨機,原煤在此被1所示。磨制成粉,同時(shí)進(jìn)人磨機的還有熱氮氣,磨機中粒度中國煤化工收稿日期:2012-04 -20作者簡(jiǎn)介:孫西紅( 1982- -) ,女,陜西扶風(fēng)人,助理工程師,一直從事氣流床氣.MHCNMHG山東化工●58●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷引風(fēng)機分離，器二y分離分離器三,器四器一低壓煤粉罐粉煤煤粉風(fēng)鎖斗選器原煤計量中間罐磨機I 給料罐氮氣圖1制粉與輸送 系統流程圖2煤粉的基本性質(zhì)料的接觸角度可分為刮削和壓剝兩類(lèi)。2.1 煤粉的粒徑與粒度分布(1)刮削煤粉顆粒是構成煤粉的基本單位。煤粉的許多煤粉顆粒以--定角度沖擊材料之后,以其動(dòng)能.性質(zhì)都由顆粒的大小及分布狀態(tài)所決定。粒徑或粒刮削材料。度都是表征粉煤所占空間范圍的代表性尺寸。對單(2)壓剝個(gè)顆粒,常用粒徑來(lái)表示幾何尺寸的大小;對顆粒煤粉顆粒以近乎垂直的角度沖擊材料，對材料群,則用平均粒度來(lái)表示。造成磨損。材料不同,其受到?jīng)_擊后磨損的情況也(1)粒徑不同。硬質(zhì)脆性材料受到?jīng)_擊后,由于局部產(chǎn)生裂以粉粒的長(cháng)度尺寸來(lái)表示粒度時(shí),該尺寸稱(chēng)為紋而剝損;延性材料受到?jīng)_擊后,產(chǎn)生局部壓人變粒徑。形,多次反復后材料剝落;另外,延性材料也會(huì )因受(2)平均粒度到?jīng)_擊局部升溫而粘附于煤粉顆粒上,從而使材料平均粒度是對煤粉粒度大小的描述,可用粒徑剝落受損。的算術(shù)平均值來(lái)表示,如下式所示:2.4粘附( 凝聚)性質(zhì)煤粉顆粒與其他粉?；蛭矬w表面之間存在相互D、=一End;吸引的作用力,主要包括有分子間力、靜電力等,因(3)粒度分布而在氣力輸送過(guò)程中，粉粒往往會(huì )粘附在管壁、器壁粒度分布通常是指某-粒徑或某-粒徑范圍的以及機體表面上,或是煤粉顆粒間相互凝聚成團,影顆粒在整個(gè)粉體中所占比例,有區間分布和累計分響輸送過(guò)程的順利進(jìn)行。布兩種形式,區間分布又稱(chēng)為微分分布或頻率分布，3輸送和試燒過(guò)程中出現的主要煤粉問(wèn)題它表示一系列粒徑區間中顆粒的百分含量。累計分(1)煤粉給料罐底部結拱、架橋;布也叫積分分布,它表示小于或大于某粒徑顆粒的(2)煤粉鎖斗到給料罐下料不暢;百分含量?？捎煤?jiǎn)單的表格、繪圖和函數形式表示(3)循環(huán)氣量控制較難;顆粒群粒徑的分布狀態(tài)。(4)煤粉流量不穩定,波動(dòng)較大,導致煤粉流量2.2 休止角低于跳車(chē)值,幾次引起系統跳車(chē)。休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡4原因分析狀態(tài)下,與水平面所形成的最大角,它表示粉體重力4.1號中國煤化工流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)性。MHCN MHG 1。其煤粉的物理2.3 磨損機理性質(zhì)見(jiàn)表2。煤粉顆粒對設備材料的磨損機理根據粉粒與材第5期孫西紅:粉煤氣化中煤粉的適應性改造表1煤質(zhì)分析工業(yè)分析(質(zhì)量分數) /%元素分析(質(zhì)量分數) /%基準MF(CHNS0ad1.1525. 68.16.0757. 1064.263.10.011.024.76d25.9816.2657.7665.003. 161.034.82灰熔融溫度/C熱值/( MJ/kg)哈氏可磨指數HCIDTSTHT25. 315171121812331269表2煤粉的物理性質(zhì)煤種平均粒徑/μm堆密度/(kg.m' -3) Husner 指數含水量/%休止角/(°)內摩擦角/(°)田壩煤.5471.61.3539.2我們進(jìn)行了相關(guān)的流動(dòng)性測試,從而為密相氣因不僅粒度較小(平均粒度35μm) ,而且具有相對力輸送特性提供了理論依據。按照一般氣化用煤種其他水煤漿氣化用煤種煤樣粒度而言較寬的粒度分進(jìn)行煤粉磨制，田壩煤的平均粒徑較小，僅為布范圍,很可能會(huì )造成高濃度密相氣力輸送性能不36μm,這與其高達159的哈氏可磨指數相符;同時(shí)佳。其Hausner指數和休止角也偏大。4.2煤粉下料不暢根據Hausner提出的判別法，HR達1.6的田磨煤和輸送過(guò)程中氮氣溫度控制不嚴,造成煤壩煤粉屬于較難流化的粘性粉體。另外,從休止角粉水分偏高,引起料倉結拱、架橋,導致煤粉下料不的角度而言,田壩煤粉休止角高達51°,屬于具有較暢。高粘附性的難以流動(dòng)的粉體。煤粉顆粒堵塞出料口,以致不能卸料的現象,稱(chēng)實(shí)驗室對不同粒度的田壩煤粉流動(dòng)性參數進(jìn)行為結拱。結拱現象的情況錯綜復雜,常見(jiàn)的結拱形測試,結果表明,磨制的田壩煤粉流動(dòng)性較差,其原式如圖2所示。(a)(b)(C)(d)圖2料倉結拱類(lèi) 型(1)圖2(a)所示為第一類(lèi)結拱,出料口附近的拱,嚴重時(shí)則需要用機械破拱。顆?；ハ嘀?形成拱架狀態(tài)。這種形式在出料口(4)圖2(d)所示為第四類(lèi)結拱,物料附著(zhù)于料較小而顆粒較大的情況下最為常見(jiàn)。加大出料口,倉的錐部表面,形成研缽狀。這種現象常見(jiàn)于壁面或在沖擊,振動(dòng)作用下即可破拱。的傾角過(guò)小和對壁面有附著(zhù)性和粘性的粉狀物料。(2)圖2( b)所示為第二類(lèi)結拱,物料集存在料可用振動(dòng)或吹人空氣破拱,嚴重時(shí)需用機械鏟除。倉的錐部,使物料不能下落。結拱現多中國煤化工粒度、顆粒形.(3)圖2(c)所示為第三類(lèi)結拱,物料在出料口狀、比密度、1YHCNMHG度以及出料口.上部近于垂直下落,形成空穴狀。它常見(jiàn)于顆粒間的大小等因素有關(guān)。結拱的原因大致可分為顆粒之有粘附性的細粉?？捎谜駝?dòng)和吹人空氣的方法破間或顆粒與料倉壁面之間的摩擦及粘力,以及物料山東化工●60●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷.顆粒間的粘結力。制。4.3人爐煤粉管線(xiàn)設置不合 理解決田壩煤流動(dòng)性差的問(wèn)題,關(guān)鍵在于提高煤人爐煤粉管線(xiàn)設置不合理也是造成磨損的主要粉粒徑,實(shí)驗室研究表明貴州田壩煤煤粉平均粒徑原因。大于50μm時(shí)流動(dòng)性較好。通過(guò)以下幾個(gè)措施提高5解決方法煤粉粒度。5.1調整煤粉粒度 分布,提高平均粒度(1)調整磨機鋼球級配根據多次粉煤氣化爐試燒經(jīng)驗,煤粉氣化過(guò)程球磨機中原有鋼球級配為磨制南屯煤的級配，中煤粉平均粒徑40~50μm,90%≤74μm,100%≤南屯煤的哈氏可磨指數約為60 ~70,這- -級配不適100μm時(shí)流動(dòng)性較好,而且在氣化爐內霧化彌散效合哈氏可磨指數高達159的田壩煤,所以嘗試調整果較好,燃燒比較充分,所以對煤粉粒徑要嚴格控了三次鋼球級配。如表3所示。表3鋼球級配改造效果各直徑鋼球重量/1煤粉平均粒度/μmφ60mmφ50mmφ40mmφ30mmφ25mm原始級配1.71.51. 530第一次改造后.9.72.41.2537第二次改造后0.550.7538第三次改造后0.3770.5660. 5660. 2080.28347由表3可以看出,前兩次的改造幅度太小,煤粉運行結果表明粉煤密相輸送單元完全達到工藝要粒度沒(méi)有明顯變化,第三次改造后效果比較明顯,但求。依然沒(méi)達到50μm的要求,還要從別的方面再進(jìn)行1200改造1100(2)提高制粉系統循環(huán)風(fēng)量制粉系統循環(huán)風(fēng)量由3800Nm'/h 提高到4500Nm2/h,從而提高磨機出粉率,進(jìn)而達到提高煤00粉粒度的目的。改造前(3)調整煤粉風(fēng)選器擋板開(kāi)度煤粉風(fēng)選器擋板開(kāi)度由30°增大到45° ,減小風(fēng)0300 600 900 1200 1500選器阻截大顆粒的能力,使進(jìn)人第--旋風(fēng)分離器的時(shí)間/s煤粉粒度范圍變大。5.2 優(yōu)化操作,控制煤粉水分圖3粉煤質(zhì)量流率信號比較(1)適當增加低壓氮氣加熱器,提高補充入制粉系統的新鮮氮氣溫度至180C。1.4(2)適當增加循環(huán)氮氣加熱器蒸汽量,保證循環(huán)氮氣溫度高于160。把煤粉的水分含量嚴格控1.3制在0.4%以?xún)?。?.2 truwtNM-mv5.3改造人爐煤粉輸送 管線(xiàn)布置1.1針對原煤粉輸送管路為非規則管線(xiàn)難以確保氣1.0化爐工藝條件的情況,對輸送管線(xiàn)進(jìn)行了系統整改，03000 6000 900 1200 1500重新布置煤粉切斷閥、煤粉流量調節閥和三塊煤粉流量計等的位置,使之變成從給料罐到人氣化爐具中國煤化工:比較有下降、水平和上升三段的規則管路,減少流動(dòng)干擾MYHCNMHG因素,管線(xiàn)排布趨于合理,輸送穩定性明顯改善,同(下轉第66頁(yè))時(shí)設置三個(gè)固體流量計在下降、水平和上升段,開(kāi)車(chē)山東化工●66●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷表2工藝指標一 覽表汽冷凝水的預熱加熱原料氣?？筛鶕鞖馇闆r及時(shí)序號測點(diǎn)名稱(chēng)調節原料氣溫度,確保脫硫劑的脫硫效果,我公司入1原料氣入口壓力/MPa0.2預脫硫塔的原料氣溫度一般控制在10 ~ 30C。原料氣人口溫度/C10~304.2.2增加加濕裝置原料氣CO2含量/%95 ~98預脫硫塔出口H2S含量/( mg/L)≤0.1根據氧化鐵常溫脫硫劑和水解劑的要求,脫CO2壓縮機二段出口氣體壓力/MPa2.3-2.5H2S時(shí)原料氣濕度最好為接近飽和水汽(60%~CO2壓縮機出口總管氣體溫度/C60 ~70C80%),而我公司的凈化放空氣含水量為0.012%，水解塔進(jìn)口CO2溫度/C60-90滿(mǎn)足不了常溫脫硫劑和水解劑的要求。經(jīng)過(guò)計算,精脫硫塔出口Cos含量/(mg/L)0精脫硫塔出口H2S含量/( mg/L)我公司在緩沖罐前增加φ8mm蒸汽管道,根據原料冷凝器出口CO2溫度/C-25~ -20氣水分分析結果及時(shí)補充原料氣中水分，提高產(chǎn)品提純塔塔底溫度/°C-25~ -18質(zhì)量。提純塔頂部氣體溫度/C-23~ -185結束語(yǔ)進(jìn)球罐液體CO2壓力/MPa2.0-2.5當今世界的溫室效應日益嚴重,人類(lèi)生存的環(huán)提純塔項壓力/MPa2.2-2.5冷凝器氣氨壓力/MPa0-0.05境受到威脅。對工業(yè)排放的溫室氣體尤其是CO2冰機出口氣氨壓力/ MPa1.2-1.5加以回收利用,是當今社會(huì )所面臨和亟待解決的嚴球罐壓力/MPa .1.8-2.0重問(wèn)題。本高硫煤制甲醇凈化廢氣回收制取液體18干燥塔出口水分含量分析/%≤0.002CO2裝置順利運行,使工廠(chǎng)廢氣中CO2得到有效回干燥塔出口總烴含量分析/%≤0.05收和治理,符合國家綠色、低碳環(huán)保政策,既具有一4.2改進(jìn)措施定的社會(huì )效益,同時(shí)也為企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟效4.2.1增加原料氣加熱器該裝置脫除大部分H2S采用氧化鐵常溫脫硫益。劑,適用溫度為5~80°,而且在常溫下脫硫效果最參考文獻佳。我公司甲醇凈化采用低溫甲醇洗工藝,凈化放[1]代嵐.二氧化碳回收技術(shù)及應用前景[J].遼寧化工，2010( 10) :1041 - 1043.空氣溫度在4~10C,由于放空閥處距離液體CO2裝置距離較長(cháng),且管道未保溫。在冬季,如不采取保(本文文獻格式:趙紹武,張萍,汪俊. 高硫煤制溫措施,CO2原料氣人預脫硫塔溫度可達-10C以甲醇凈化廢氣回收利用制取食品級液體CO2[J].山下,嚴重影響脫硫劑的脫硫效果。經(jīng)過(guò)論證,我公司東化工,2012 ,41(5):63 -66. )在CO2原料氣管道上增加蒸汽加熱器,利用富余蒸(. 上接第60頁(yè))分含量等都達到了粉煤氣化的要求,也摸索出了這圖3、圖4給出了穩定操作時(shí)的典型煤粉流率- ~特殊煤種在粉煤氣化爐上應用的經(jīng)驗。和入爐壓力波動(dòng)信號數據趨勢。比較結果表明,盡煤粉磨制與輸送是粉煤氣化過(guò)程中的關(guān)鍵技管處于穩定操作階段,但改造后的煤粉流率和人爐術(shù),也是一-項技術(shù)難題,通過(guò)試驗,我們掌握了豐富壓力信號的穩定性相比改造前明顯改善。的理論和技術(shù)經(jīng)驗,在工業(yè)化裝置中實(shí)現了轉化。5.4適當加大各級料倉底部活化目前國內主要的氣化裝置還都是以水煤漿氣化爐居原有料倉活化為料倉底部周圈進(jìn)氮氣,改造成多,可用煤種的局限性大，氣化原料煤成本高,導致160C的熱氮氣活化，同時(shí)在煤粉鎖斗增加一-路間歇產(chǎn)品在市場(chǎng)上競爭力弱,利潤空間低。干煤粉水冷活化氣,人為通過(guò)切斷閥控制,不規則開(kāi)啟,破壞料壁氣化爐憑借其原料優(yōu)勢和維護成本低的優(yōu)勢,必倉底部的煤粉狀態(tài),使煤粉在加壓時(shí)也能得到充分將成為煤氣化技術(shù)發(fā)展的方向?；罨?使下料順暢,縮短下料時(shí)間。中國煤化工6改造結果(本文文比中煤粉的適應性通過(guò)幾項改造措施的實(shí)施,煤粉平均粒度和水改造[J]:MHCNMH G57 -60,66. )