高溫煤氣化爐的研究分析

科技資訊2010 NO.31SCENCE & TECHNOLOGY NFORMATION工業(yè)技術(shù)高溫煤氣化爐的研究分析白宏偉(機械工業(yè)第六設計研究院鄭州450007)摘要;據專(zhuān)家預測,2020年前我國煤氣化爐的市場(chǎng)需求數量將達到2250,煤制油 .煤制烯烴.合威氛等煤化工產(chǎn)業(yè)正在日益興起,這些.常來(lái)大量的大型煤氣化爐加上我國占全國煤炭總儲量20%左中的高殖煤,如果要獲得清潔.高效的利用，也要$氣化技術(shù)來(lái)帝領(lǐng)。都需要大量的大型煤氣化爐,加上我國占全國中圖分類(lèi)號:TB4文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2010)11(a)- -086-022000年10月19日到27日,灰熔聚流化床化爐的變 質(zhì)程度從低到高的煤需要很高的區域的還原區 ,不過(guò)整個(gè)爐內是還原氣粉煤氣化制合成氨原料氣工業(yè)化示范裝置要求， 包括:長(cháng)焰煤、不黏煤、弱黏媒、年老氛， 供氧不是很充足。氣化介質(zhì)和煤粒在開(kāi)車(chē)成功,穩定持續運行120個(gè)小時(shí),生產(chǎn)的褐煤、 氣煤.貧煤、焦炭和大部分無(wú)姻煤爐內的停留時(shí)間很短,運動(dòng)速度很快,所合格原料氣間合成氨生產(chǎn)系統中輸入70個(gè)等。 國標《常壓固定床煤氣發(fā)生爐用煤技術(shù)以接觸和反應的時(shí)間也很短 ,約在一秒之小時(shí)，工業(yè)化示范成功,這個(gè)項目示范的成條件》中 對于常壓固定床氣化用煤都有標內可完 成,一般設計會(huì )設計停留時(shí)間在三功,標志著(zhù)我國自行開(kāi)發(fā)新一代煤氣化技準要求。隨 著(zhù)煤炭開(kāi)采技術(shù)的提高,小煤窯稱(chēng)到五秒間。最早的工業(yè)化氣流床煤氣化術(shù)的水平已達到了國際先進(jìn)水平。關(guān)停.機采率越來(lái)越高、塊煤越來(lái)越緊缺，爐出 現在1952年的聯(lián)邦德國，由工程師F.導致碎媒與塊媒的差。.托切克開(kāi)發(fā).我們在20世紀60.70年代也曾1煤氣化爐的特點(diǎn)及煤種適用情形分析1.2流化床在山東、新疆等地做過(guò)工業(yè)化試驗,但因目前,高溫煤氣化爐可以根據床層的當氣化用煤的粒度減小到-定程度、為存在耐火磚的壽命短、 排渣困難,碳轉特點(diǎn)分為“固定床(也叫移動(dòng)床)”.“流化床氣化介 質(zhì)的流速不斷提高，就會(huì )形成煤?；实偷葐?wèn)題,沒(méi)有取得成功。.(也叫沸騰床)".“氣流床"三類(lèi)。從煤氣化技被吹起.像沸騰一樣懸浮在半空的“流化"對于水煤將進(jìn)料耐火磚爐壁的氣流煤術(shù)的發(fā)展歷程來(lái)看,三者的關(guān)系是從先到狀態(tài),這就是 “流化床"名稱(chēng)的起因。理想流氣化爐來(lái) 說(shuō).較適用的煤粒-般是灰熔性后的逐步發(fā)展、演化，每個(gè)爐型都有從常壓化狀態(tài) 要求氣流向的的速度和煤粒懸浮的溫度較低.成漿性好.灰分低.活性比較高操作到加壓操作的發(fā)展，而且每個(gè)爐型的力度還有煤粒的重力基本平衡,大多數粒.的不黏煤、氣煤、長(cháng)焰煤、弱黏煤等,而原理，都是主要依賴(lài)于以下幾個(gè)基本的化度均勻、大小適 合的煤粒懸浮在下部,形成低階 煤則較難使用。而流化床煤氣爐用煤學(xué)反應如下。.密相區,這個(gè)區域就是流化床的主體.而相粒,目前還沒(méi)有國家標準。主要一次反應:對較大的顆粒會(huì )沉落到爐底,較小的顆粒(1)C+O,→CO,(放熱反應)則被氣流帶到出口排除.流化床煤氣化爐2 各類(lèi)煤氣化爐工業(yè)化難 易程度分析(2)2C +02→2CO(放熱反應)的主要床層從下而上分別人:灰渣區、密相固定床和流化床所用煤粒一般是從(3)C+H20→C0+ H,(吸熱反應)區、稀相區。氣化介質(zhì)和煤在爐內的運動(dòng)速上部加入，然后向下運動(dòng)的，而氣化介質(zhì)(4)C+2H20→CO,+2H2(吸熱反應)度較快，停留時(shí)間只有幾分鐘到幾十分鐘，是則是從相反的方向 ,即從下部進(jìn)入,向主要二次反應:相對比較短,所以接觸和反應的時(shí)間比較上運動(dòng),導致煤粒和氣化介質(zhì)的運動(dòng)是(5)2CO+02- +2CO(放熱反應)有限。相對的。氣化爐要正常運行,氣化介質(zhì)和(6)CO,+C→2CO(吸熱反應)流化床煤氣爐的特點(diǎn)決定了他對煤粒燃料必須在煤氣化爐的水平截面均勻分(7)CO+ H20→CO,+H,(放熱反應)的要求較高,只有活性高的煤才能反應完布,否則會(huì )出現燒穿.偏爐等情況。在氣.1固定床全。水份含量太高,容易粘連無(wú)法輸送,干化爐直徑較小時(shí)很容易做到，但當放大最早用于工業(yè)化的是常壓固定床煤氣燥 和氣化的過(guò)程會(huì )耗時(shí)過(guò)多,所以導致只到工業(yè)化生產(chǎn)中時(shí),直徑會(huì )中大, 所以布發(fā)生爐，主要做為燃料氣使用，從頂部加入有少數煤種 能滿(mǎn)足他的要求,比哪褐煤,不風(fēng)和加煤就成了最大的難點(diǎn),而且在流煤.空氣,水蒸氣.氧氣等氣化介質(zhì),從底部點(diǎn)煤、長(cháng)焰煤等?；卜糯髸r(shí),不能使用篩板布風(fēng)，只能調鼓進(jìn)爐內。為了保證料層的孔隙率(透氣歷史上最早的工業(yè)化流化床煤氣化爐，整.分布氣化劑的噴嘴改善布風(fēng)的均勻性),對于煤塊的粒度要求有較大的局限是在1926年由德國 F .溫克勒開(kāi)發(fā)出的溫性,當生產(chǎn)負荷有所變化時(shí)，氣化介質(zhì)量性。為了增加單臺爐的產(chǎn)氣量,提高氣化強克勒氣化爐,在20世紀50.60年代,我國吉林的變化也有改變氣化爐正常流化狀態(tài)的度，固定床煤氣發(fā)生爐采用了增加氣化壓化肥廠(chǎng)、 蘭州化肥廠(chǎng)都曾使用過(guò),后由于燒可能，所以固定床和流化床是比較難以力的方法一加壓 氣化魯奇爐。因為合成氨煤改燒油而停用。近年又有幾家從朝鮮引工業(yè)化的兩種爐型。的生產(chǎn)需要純度較高的一氧化碳和氫,所進(jìn)改進(jìn)后的溫克勒爐,目前國內有幾家化而氣流床所用的燃料和氣化介質(zhì)是以這種煤氣化爐采用了間歇制氣的方法，肥廠(chǎng) .焦化廠(chǎng)在使用。同一方向加入的,不管是向下還是向上即中小化肥廠(chǎng)常用到的水煤氣爐，在吹風(fēng)1.3氣流床運動(dòng)，氣化介質(zhì)和燃料的方向都是一質(zhì)階段主要進(jìn)行反應。當氣化介質(zhì)速度再提高.煤粒度再減的，而且粉煤和水煤漿噴出后霧化、旋轉，這兩種反應可以提高火層溫度,積蕃速小時(shí) ,煤粒就會(huì )被氣流吹起穿過(guò)氣化爐很容 易在爐內就分布均勻了,并且磨煤熱量,再用比較高壓力水蒸氣吹人爐內,進(jìn)到達出口，形成氣流床,而真正的氣流床的粒度較小，反應速度較快,幾秒鐘就可行反應,以利用得到純度較高的一氧化碳是水煤漿或者煤粉隨著(zhù)氣化介質(zhì)一起,從以完全反應離開(kāi)氣化室，因此即使爐型和氫。固定床煤氣化爐內的主要床層從下燒嘴中 噴涌而出的,所以氣流床一般又叫放大了 ,氣流床也比固定床.流化床容易，而上分別為:灰渣層.氧化層.還原層、干餾做射流床.氣流床氣化爐內不中國煤化工小爐型的運行情況基本層和干燥層,氣化介質(zhì)和煤在爐內停留的者流化床那樣有明顯的層次,時(shí)間比較長(cháng),運動(dòng)的速度比較慢,所以接觸化介 質(zhì)和煤粒很快就會(huì )穿過(guò)劃YHCNMHG和反應的時(shí)間比較充分。同的爐型也有不同的設計考慮?？梢苑譃? 各類(lèi)煤氣化爐的效率分析從固定床的特點(diǎn)可以看出,這種煤氣燒嘴附近的氧化區,即火焰區,還有其它氣化爐的氣化效率對于化工企業(yè)的經(jīng)86科技資訊SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONSCENCE & TECHNOLOGYI32010NO.81科技資訊工業(yè)技術(shù)營(yíng)及效益有著(zhù)極大的影響。而影響氣化效它已知關(guān)系,確定被測量值.這種方法就懸事的因素一般是碳轉化率(其表現為渣.灰4煤氣化爐溫度測量的方法間接刪量法。這里的間接測溫技術(shù)就是參中的含碳量),還有系統的保溫效果和換熱煤氣化爐的溫度是研究煤氣化效率的照這一原理,結合煤氣化爐的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行效率,在實(shí)際生產(chǎn)中,冷煤氣的效率也是至重 要參數,所以下面我們來(lái)看下煤氣化爐開(kāi)發(fā) 研究的.利用傳熱的原理,測量冷卻劑為重要的一個(gè)因素。一般常壓固定床氣化溫度的測量方法。進(jìn)出口溫升的變化，還有帶出的熱量,間接爐，因為是在灰熔融性溫度以下的溫度氣4.1直接測溫法測出煤氣化爐內的溫度。設計一種容積式化的，煤塊有一定的粒度，所以很難把整塊直接測溫法利用熱電偶直接測量氣化冷管間接測溫 探頭,插人氣化爐內,通入冷媒完全氣化.灰渣含碳量在10%-15%左爐的溫度 ,在運行初期,或者新原料、新裝.卻劑，通過(guò)剩量冷卻劑的壓力.流量.溫度右,使用塊煤帶出的飛灰量相對較少。雖然置業(yè)條件下,必須按照這種方法來(lái)直接測等技術(shù)參數,找出與煤氣化爐內膛溫度場(chǎng)灰渣中含碳量較高,不過(guò)因為生成的熱煤量爐內的溫度 ,以便后續用于指導氣化爐的關(guān)系,通過(guò)對傳、比較.熱過(guò)程及其它參氣與加入的熱灰渣.煤及氣化劑有很好的的工藝操作。數的對比，找出其中的函數關(guān)系，然后建立.逆流換熱效果:爐渣離開(kāi)氣化爐時(shí)的溫度(1)氣化爐一般選擇“鉑銠一鉑銠" 熱電數學(xué)模型。約350C ,煤氣約500C，所以固定床連續制偶, 它的長(cháng)期工作溫度-般在1500C ,短期4.3經(jīng)驗測溫氣冷煤氣效率可以達到約70% ,而歇制氣冷可達1700C ,總范圍在600 ~ 1500之間,精度主要有兩種途徑,一種是料漿和氧對煤氣的效率有60%,主要是因為吹風(fēng)氣有損為正負0.5%。還有-種抗氧化鎢錸熱電偶，比測溫，另一種是測量氣體成分.因與實(shí)際失，換熱效果不佳。電極絲熔點(diǎn)高,強度大.靈敏度高，熱電勢操作經(jīng)驗相關(guān),故此處不做贅述。而常壓流化床煤氣化爐,對于煤種的大，最重要的是價(jià)格便宜,屬于高溫測試領(lǐng)粒度要求范圍較寬,所以帶出的小粒粉煤域中比較有市場(chǎng)前影的測溫材料?，F在國參考文獻比較多,爐渣中的含碳量可以達到10%~內巳具備使有鎢錸熱電偶的成熟技術(shù),壽([1]強軍鋒，等.新型煤氣爐內溫度場(chǎng)影響15%,帶出物的含碳量可以達到20%~30%，命比鉑銠系列長(cháng)一到兩倍,但價(jià)格卻只有因素研究[J].煤碳轉化.2006(4).爐渣離開(kāi)氣化爐的溫度也較高，約300C，他的一半。[2]程林生.國內外煤氣化爐的特點(diǎn)及在煤煤氣及帶出物的溫度也高,大概在1000C左(2)保護管.熱電偶測溫時(shí)保護管發(fā)揮化工領(lǐng)域的應用[J].山西化工,2008(8).右，所以綜合以上各方面可以看出,流化床著(zhù)至為重要的作用.熱電偶是否可以長(cháng)期[3] 林器.煤碳氣化工藝學(xué)[M].大連工學(xué)院的冷煤氣效事較低,只有60%。使用有一個(gè)重要的因素就是保護管的材料教材,1983(6).氣流化訂由于煤種較細、均勻,并且在性能， 在煤氣化爐測溫過(guò)程中.保護管在長(cháng)[4] 賀永德.現代煤化工技術(shù)手冊[M].北熔渣狀態(tài)氣化的情形下.煤中所含的碳基時(shí)間在高溫高壓條件下,不僅要抵當壓力、京,化學(xué)工業(yè)出版社, 2004(11).本上可以完全反應,所以碳化率較高。一般溫度的霖然變化，還要承受爐內物料的沖水煤型的氣流床煤氣化爐,碳轉化事可以刷，這對保護管的性能是個(gè)很高的考驗,要達到92%上下班，爐含碳量約5%,飛灰中含求保護管有很高的性能指標才可以。碳量約25%,冷煤氣的效事約70%,干煤粉型4.2 間接測溫法的碳轉化率在98%左右.爐渣中的碳含量只這種測溫法原理如下:直接測出被測有2%左右,冷煤效率可以達到80%。量對象有已知關(guān)系的各項參數，再通過(guò)其(上接85頁(yè))礦主井箕斗設計滿(mǎn)載值32t,實(shí)際最大提升提升機箕斗“煤未卸盡"問(wèn)題進(jìn)行保護設計在Network 1中 ,在主提升機司機操作量不得 超過(guò)40t,超載范圍不得大于8t.現將后,系統運行的穩定性和安會(huì )性得到大大臺上取一按鈕,作為“功能投入”鈕。當全自IN2定 為8,當MD634的值大于8時(shí),復位線(xiàn)的提高， 減少了運行故障和停工工時(shí),節省動(dòng)提煤時(shí),將功能鈕投人。利用MS00.0作為圈M426.5接通,通過(guò)MPI網(wǎng)將故障點(diǎn)傳到了人力和物力.提高了運煤能力,安全和經(jīng)此功能的自保點(diǎn),作為當Network5中的故WINCC中, WINCC界面顯示故障信號。濟效益得到顯現。障點(diǎn)426.5輸出時(shí)復位用。利用Ms00.0作為同時(shí)在Network 6中的常開(kāi) 點(diǎn)M426.5此功能的自保點(diǎn)，作為當Network5中的故斷電,當PLC可編程控制器中的FM4S8模塊參考文獻障點(diǎn)426..5輸出時(shí)復位用.見(jiàn)圖2.計算出副箕斗C2的實(shí)際位置在裝載到位上[{1]高素芹.主井提升機非正常情況下卸煤在Network 2中.當主箕斗C1或副箕斗限 與下限之間時(shí),即C2到停車(chē)位時(shí)系統將不凈的技術(shù)改造[J].中國礦業(yè), 2009(9).C2在裝載位時(shí),將儲存在“MD1118"差重值復不給到位信號 ,定量斗停止向C2中裝煤.提[2]邊軍,張登嶺.主井提升系統可靠性技制到地址MD630中,可把MD630和MD1118升機解除自動(dòng)提煤運行。.術(shù)改造[].礦山機械，2007(3).分別理解為上一鉤和本鉤提煤時(shí)兩箕斗的[3] 莫其華.PLC與上位軟件組成的自動(dòng)配差重值.4上位機界面煤系統設計[J].電氣應用. 2007(6).在Network 3中 ,假設C2在上勾中有煤上位機通過(guò)WINCC監控系統對系統可[4] 沈惠霞,朱真才,耀亞軍,等.主井提升未卸盡,現在C1中被裝入32t煤,C2由卸載進(jìn)行絞車(chē)運行狀態(tài)顯示.故障監視報警,并系統增大提升能力的技改方案探討[].站向裝載站運行，當系統檢測出MD1118與且對于所需記錄的運行狀態(tài)及報警都可以礦山機械，2005(3).MD630的值不相等時(shí).將它們進(jìn)行減法運進(jìn)行記錄。當功能投入確認后,如未出現[S]苗賀軍,郭廣生,吳登慶.等.主井提升.算。此時(shí),運算輸出值存在MD634中的值為“煤未卸盡”故障,故障指示燈將-直顯示系統技術(shù)改造淺析[J].礦山機械，2006負值。為綠色,反之,將顯示紅色.如圖4.(2).在Network 4中,我們把MD634里的值5結語(yǔ)取絕對值,目的是與NetorkS中的自定義常量1IN2進(jìn)行比較。見(jiàn)圖3.主井提升機卸煤不凈，造中國煤化工在Network 5中的IN2為超載范圍,此 載位置 二次裝煤,是很多煤礦值用戶(hù)可以根據現場(chǎng)需要自行設定。顧橋遇 見(jiàn)的情況,采用PLC技術(shù)對:MYHCNMHG.科技資訊SCIENCE & TECHNOL OGY INFORMATION87