多元料漿氣化爐激冷室液位指標的討論

44化肥工業(yè)第39卷第3期多元料漿氣化爐激冷室液位指標的討論趙伯平(陜西煤化集團陜化公司化肥廠(chǎng)陜西渭南 714100)摘要多元科漿氣化爐激冷室液位是其在正常運行過(guò)程中需要重點(diǎn)監控的工 藝指標。根據對氣化爐激冷室帶水原因分析與討論所得出的結論以及氣化爐激冷室內件的布局,得出合理的多元料漿氣化爐澈冷室液位控制指標，以達到消除氣化爐激冷室帶水現象的目的。經(jīng)計算得出:氣化爐正常生產(chǎn)時(shí),激冷室高液位為5.2 m.正常液位為4.5 m,低液位為3.8 m,停車(chē)液位為3.1 m。關(guān)鍵詞多元料漿 氣化爐液位指標Discussion on Liquid Level Index in Quench Chamberof Multi-Component Slurry GasifierZhao Boping( Chenical Fertilizer Plant of Shaanxi Chemical Company of Shaanxi Coal Chemical GroupShaanxi Weinan 714100)Abstract The liquid level in the quench chamber of the muli-component slumy gasifier is thekeypoint of the process index to be monitored in normal operation. In line with the conclusions drawnfrom the analysis and discussion of causes for water entrained into the quench chamber of the gasiferand the layout of the intemals in the quench chamber, reasonable indices are obtained for the control ofliquid level in the quench chamber, so as to eliminate waler entrained into the chamber. By calculationit is found that in normal production of the gasifier the high liquid level in the chamber is 5.2 m, thenormal level4.5 m, the low level is3.8 m, and the level comes to 3. 1 m during shutdown.Keywords muli-component slurry gasifier liquid level index多元料漿氣化爐激冷室液位+分重要,是氣煤氣帶 水原因進(jìn)行分析?；癄t預熱、開(kāi)車(chē)、停車(chē)過(guò)程中需要重點(diǎn)監控的工藝指標。氣化爐停運或預熱期間,氣化爐激冷室液探討氣化爐激冷室粗煤氣帶水現象的理論位過(guò)高會(huì )導致氣化爐反應室底部浸水,甚至會(huì )導致激冷水浸入氣化爐反應室而損壞耐火材料、氣1.1激冷 室粗煤氣帶水原因分析"-4]化爐烘爐火焰回火。因此,在氣化爐預熱烘爐期氣化爐激冷室的作用是將來(lái)自氣化爐燃燒反間,激冷室液位需高于上升管管口但不能淹沒(méi)下應室的高溫煤氣和熔融態(tài)的灰渣在激冷室內與激降管管口。由氣化爐殼體結構(圖1)可知,氣化冷水直接接觸激冷,熔渣被激冷固化后沉降在激爐預熱時(shí)激冷室液位的控制指標應為2.425m。冷室下部錐體內,再經(jīng)破渣機破碎后排人鎖斗內氣化爐運行期間,激冷室液位過(guò)高會(huì )造成出氣化定期排放。粗煤氣沿浸沒(méi)于激冷水中的下降管及爐激冷室粗煤氣大量帶水;而氣化爐激冷室液位上升管的金屬壁面流動(dòng),被進(jìn)一步冷卻,同時(shí)產(chǎn)生過(guò)低會(huì )造成出氣化爐粗煤氣溫度超高。要合理控大量中國煤化工(、液兩相流的沸制氣化爐激冷室液位,就必須對氣化爐激冷室粗騰佴Y片CNMHG本文作者的聯(lián)系方式: zha09130342605@ 126. com2012年6月.趙伯平:多元料漿氣化爐激冷室液位指標的討論45當Ot增大時(shí),a與Q/F也隨之增大,此階段為泡核沸騰;當Ot增大至某-值時(shí),a 與Q/F達到極φ457限值(臨界值);當Ot繼續增大時(shí),汽泡生成量增多,眾多汽泡匯成- -片,在加熱面上形成一層蒸汽φ2134膜,a與Q/F值急劇下降,此階段為膜狀沸騰,此時(shí)氣相中夾帶大量的水膜,此即為氣化爐激冷室φ3 300帶水的主要原因。因此,在沸騰操作中,應避免出現膜狀沸騰,否則會(huì )使高效率的沸騰傳熱遭到9781破壞。62D32根據液體沸騰傳熱理論,為避免激冷室帶水，激冷室應控制在泡核沸騰狀態(tài).激冷室內熱流強| 外134度控制在臨界熱流強度以下。φ3|80021.2 臨界熱流強度的計算['1. ψL170根據歲森諾( Rohsenow)和格里菲思s|φ1900(irffth)最大熱流強度方程以及多元料漿氣化工藝設計參數(表1),可求得陜西煤化集團陜化公司化肥廠(chǎng)氣化裝置的最大(臨界)熱流強度為:(Q/F) =143λ .ρc●[(pu -ρc)/ρc]°°=52. 26[GJ/(m2●h)」重式中:λ一液相潛熱, kJ/kg;氣體密度,kg/m';ρu一液體密度 ,kg/m'c圖1氣化爐殼體結構( 圖中尺寸均為mm)表|多元料漿 氣化工藝設計參數液體沸騰傳熱是一個(gè)較為復雜的傳熱過(guò)程。激冷水潛熱λ/粗煤氣密度po/灰水密度p!根據液體沸騰傳熱理論,液體的過(guò)熱程度取決于(kJ.kg-)(kg.m~})(kg.m-3)加熱面的溫度t。和飽和蒸汽溫度1,的溫度差( Ot=t。-t),其熱負荷Q=a.F .△t(a為傳熱1 71531.30796. 65系數,F為傳熱面積),則熱流強度Q/F= Ol *a。1.3 實(shí)際熱流強度的表達當a值不大、O1較小時(shí),熱流強度較小，激冷水1.3.1計算所用工藝參數僅處于輕微的沸騰狀態(tài),此階段為自然對流傳熱;計算所用多元料漿氣化工藝參數見(jiàn)表2。表2計算所用多元料漿氣化工藝參數氣量/氣體組分/% (體積分數)混合氣體熱容/項日(kmol●h)溫度/C壓/MPaH2 C0 CO2 H2S cos CH4 N2 Ar (kJ.kmol-' .K-')徽冷室人口7 031. 731 3606.5033. 86 45.62 19.60 0.30 0.03 0.10 0.34 0. 1330.55激冷室出口15 654.762516.48 33.7945.50 19.74 0.30 0.03 0.10 0.34 0.1335.23(116 279 m/h)注:1)表中物流量為正常生產(chǎn)時(shí)最大流量。1.3.2計算所用設備參數F=πx下降管直徑x(X-2.5) +πx上升氣化爐激冷室底部錐體上口平面到下降管齒管直中國煤化工2.50)口平面的距離為2.50 m,下降管直徑φ1.17 m,室溫YHCNMHG粗煤氣出激冷上升管直徑φ 1. 50 m,設氣化爐正常生產(chǎn)時(shí)激冷室液位為X,則有效傳熱面積可表達為:則粗煤氣由1 360 C降至251 C時(shí)釋放給激化肥工業(yè)第39卷第3期冷水的熱量為:室內實(shí)際熱流強度Q/F = 274. 73/15. 511 =Q=a. F. Ol=CP●S. Ot=35.23 x17.712° GJ/(h. m')^ ,遠小于臨界熱流強度。在7 031.73x1 109 = 274.73(G]/h)許可的范圍內，氣化爐液位越高,粗煤氣的降溫、式中: C-激冷室出口混合氣體熱容，除塵效果越好,所以應將正常生產(chǎn)時(shí)的激冷室液kJ/(kmol . K);位控制在4.5 m。激冷室人口氣量, kmol/h。當氣化爐的生產(chǎn)負荷提至設計能力的120%1.3.3 實(shí)際熱流強度的計算時(shí),進(jìn)入氣化爐激冷室的粗煤氣在被激冷后,以Q/F=cp. s●Ot/F =274.73/[8.38 x38. 760 m'/s( 116 279 x 120%/3 600)的流量沿下(X-2.5)]降管與上升管之間的環(huán)隙進(jìn)人激冷室上部,因此在激冷室內部必須留出38.760 m'空間,以便粗2氣化爐激冷室液位的討論煤氣在此空間進(jìn)行氣液分離。在此條件下,激冷為避免激冷室帶水,激冷室應控制在泡核沸室激冷水進(jìn)口至氣化爐激冷室液面的距離H=騰狀態(tài),激冷室內熱流強度控制在臨界熱流強度38. 760/(3. 14x1.93) =3.419(m),正常生產(chǎn)時(shí),以下,即:激冷室液位應控制在7.2-3.419= 3.781(m)。Q/F≤(Q/F)m此時(shí)有效傳熱面積F =8.38 x (X-2.5) =274.73/[8. 38 x(X-2.5)]≤52.268.38x(3.781 -2.5) = 10. 735( m2),激冷室內實(shí)X≥3.1(m) .際熱流強度Q/F =274. 73/10. 735 =25. 59[ GJ/由此可見(jiàn),正常生產(chǎn)時(shí)氣化爐激冷室液位必(h. m2)],遠小于臨界熱流強度。因此,當氣化須大于3.1 m才能杜絕氣化爐激冷室帶水現象的爐的生產(chǎn)負荷提至設計能力的120%時(shí),激冷室發(fā)生。當氣化爐激冷室液位達到3.1 m時(shí),激冷低液位應控制在3.8 m。室內有效傳熱面積最小,熱流強度達到臨界熱流當氣化爐的生產(chǎn)負荷降至設計能力的60%強度,氣化爐激冷室帶水現象在所難免。為了保證氣化爐正常運行,必須提高氣化爐激冷室液位。19. 380 m'/s( 116 279 x 60%/3 600)的流量沿下由圖1可知，下降管的長(cháng)度為5.805 m,即液位達到8.905 m時(shí),氣化爐激冷室傳熱面積最大,熱流在激冷室內部必須留出19. 380 m'空間,以便粗強度遠遠小于其臨界傳熱強度。但此時(shí)激冷室上部氣液分離空間為零,同樣不利于減輕帶水現象。顯然,將激冷室液位控制在8.905 m也是不合19. 380/(3.14x1.92) =1. 710( m),正常生產(chǎn)時(shí),理的。激冷室液位應控制在7.2-1.710=5.490( m)。進(jìn)入氣化爐激冷宰的粗煤氣在被激冷的同時(shí)此時(shí)有效傳熱面積F=8.38x(X-2.5)=還會(huì )使激冷水汽化，因此進(jìn)人氣化爐激冷室的粗25. 056(m2),激冷室內實(shí)際熱流強度Q/F =煤氣在被激冷后,以32.30 m'/s(116 279/3 600)274. 73/25.056= 10.965[GJ/(h. m2)],遠小于的流量沿下降管與上升管之間的環(huán)隙進(jìn)人激冷室臨界熱流強度。但將液位控制在5.5 m,激冷室上部,因此在激冷室內必須留出32.30 m'的空上部氣液分離空間將縮小，同樣不利于減輕氣化間,以便粗煤氣在此空間進(jìn)行氣液分離。爐帶水現象。因此,當氣化爐的生產(chǎn)負荷降至設由圖1知,激冷室的半徑為1.9 m,激冷室底計能力的60%時(shí),激冷室高液位應控制在5.2 m。部錐體上口至激冷水進(jìn)口的距離為7.2m,因此3結語(yǔ)激冷窒激冷水進(jìn)口至氣化爐激冷室液面的距離H=32. 30/(3.14x1.9) =2.849(m),正常生產(chǎn)中國煤化工時(shí),激冷室液位時(shí)激冷室液位控制在7.2 -2.849 =4.351(m)。此時(shí)有效傳熱面積為F=8.38x (X-MHCNMHGC)l化nie吊土)叫,微冷室液位應控制2.5)=8.38*(4.351 -2.5)=15.511(m2),激冷(下轉第51頁(yè))2012年6月張金成，等:GC-R023型氨合成塔技術(shù)及應用51能達到6.9MPa,循環(huán)量45000~85000m'/h(標根據生產(chǎn)數據及負荷的變化情況，氨產(chǎn)量達到設態(tài)),大大延長(cháng)了催化劑的還原時(shí)間。計能力1 200 V/d 的情況下，其系統壓力≤氨合成催化劑升溫還原結束后,合成氨系統14.2 MPa,系統壓差為0. 90 MPa,合成塔壓差為進(jìn)行優(yōu)化調試，然后轉入輕負荷生產(chǎn)階段。0.25 MPa,氨凈值≥17.5%(體積分數)。3.2.2催化劑升溫還原過(guò)程中存在的問(wèn)題從2011年9月20日10:00開(kāi)工加熱爐主燒5結語(yǔ)嘴點(diǎn)火升溫至10月16日11 :30催化劑升溫還原GC-R023型氨合成上藝裝置是目前采用國內結束,期間因設備、電氣.儀表等故障停運136h,自主知識產(chǎn)權建設的第1套大型低壓氨合成裝置,使實(shí)際升溫還原耗時(shí)481.5 h,比原計劃多耗時(shí)具有大型化、系列化及能量綜合利用率高等優(yōu)點(diǎn)，251.5 h。影響催化劑還原時(shí)間主要原因為:①開(kāi)合成塔的性能指標達到國際先進(jìn)的Topsoe S-300,工加熱爐故障增加耗時(shí)71 h;②合成氣壓縮機原Casale 300B，Uhde等氨合成塔的設計參數(7.8]。因增加耗時(shí)73 h;③新鮮氣未及時(shí)送至氨合成系GC-R023型氨合成塔在催化劑的升溫還原過(guò)統等原囚造成無(wú)法提高系統壓力和循環(huán)量。程和系統開(kāi)車(chē)過(guò)程中雖然遇到了一些困難,但通過(guò)努力得以解決，并從中獲得了寶貴的經(jīng)驗。從4氨合成裝置的開(kāi)車(chē)目前合成塔生產(chǎn)運行情況來(lái)看,系統負荷達到設催化劑升溫還原結束后,合成氣壓縮機停車(chē)計能力的70%以上,系統壓力、塔壓差、平面溫進(jìn)行檢修、消缺。2011年10月28日,氣化裝置差氨凈值系統阻力等各項指標均較為理想。粉煤投料,2011年11月1日正式生產(chǎn)出合格的參考文獻液氨產(chǎn)品。隨后,系統緩慢提高負荷,氨合成裝置[1] 呂仲明.魚(yú)鱗板式徑向流動(dòng)固定床反應器:中國，200520077058. 2[ P].2006-1206.運行正常。[2」許若超 大型合成氨裝置合成塔催化劑選型的探討[J].大根據合成塔生產(chǎn)的DCS顯示:氨合成系統壓氮肥,2003 ,26(5):317-319.力11.7 MPa,合成塔壓差0. 16 MPa;催化劑床層[3]周銘新.張結喜,顧福龍托菁索S-200型氨合成塔催化劑溫度分布比較理想，各床層進(jìn)口/熱點(diǎn)溫度分別為的裝填[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2001 ,22(4) :39-40.363. 9/469. 8 ,396. 6/459.8和391.5/433.5 C ,床[4] 盧奪,朱連起 ,吳成華,等托普索S-300氨合成塔內件工藝原理及安裝[]小.石油化工設備,2010,39(6) :6467.層同平面/柱面溫差最大值9.1/5.6 C ;裝置新鮮[5] 高雁,楊清,宋艷兵,等卡薩利氨合成塔的吊裝及合成廢氣量90991m'/h(標態(tài)),合成系統循環(huán)氣量鍋的安裝總結[J].大氮肥.2010 33(6) :361-363.355 000 m'/h(標態(tài)),氨凈值15.16% (體積分[61 莊光山.臧安華,左玉靜,等NC74-1型氨合成催化劑的升溫數),系統壓差0.58 MPa,液氨產(chǎn)量34.5 /h。還原及應用[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù).06.27(3):47-49.目前，該裝置的粉煤流量42 ~46 Vh,氨產(chǎn)量[7}陳勝軍. 托普索和卡薩利氨合成塔和工藝探討([J].化肥工業(yè).2010.37(4) :56.58.32 ~36 Vh,氨合成系統壓力10.8-11.2 MPa,系[8] 李潔. 卡薩利型合成塔的試車(chē)及運行情況[].化學(xué)1.業(yè)與統壓差0.55 ~0. 60 MPa,合成塔壓差0.15 ~T程技術(shù),2002 ,23(5):4546.0.16 MPa,氨凈值14.6% ~ 14.8% (體積分數)。(收到修改稿日期2012-02-08)(上接第46頁(yè))2] 謝海燕,袁竹林.激冷室合成氣穿越液池過(guò)程流動(dòng)特性與帶水問(wèn)題[J].中國電機工程學(xué)報,2007 ,27<8) :3741.在4.5 m(正常液位)。(3)氣化爐生產(chǎn)負荷為120%時(shí),激冷室液位[3] T 振偉,王偉.德士古煤氣化合成氣帶水問(wèn)題的分析與探討[J].化肥工業(yè),2003 ,30(3):52-54.應控制在3.8 m(低液位)。.[4] 王旭賓. 德士古煤氣化爐激冷突帶水問(wèn)題的討論[J].上海(4)氣化爐停車(chē)時(shí),激冷室液位應控制在化工1999.24(9):17-19.3.1 m。中國煤化工京:中央廣播電視大學(xué)YHCNMHG[1]陜四煤化集團陜化公司。 多元料漿氣化1藝設計說(shuō)明書(shū)s.(收到修改禍目期2012-03-23)