淺談煤氣化爐中分析系統的設計及選型

第50卷第5期石油化工自動(dòng)化Vol. 50, No. 52014年10月AUTOMATI0N IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYOte, 2014淺談煤氣化爐中分析系統的設計及選型焦慧娟,李濤(華陸工程科技有限責任公司，西安710065)摘要:隨著(zhù)煤化工技術(shù)的日趨成熟，在線(xiàn)分析系統較多地應用到設備質(zhì)量的測量診斷當中。概述了煤氣化裝置在線(xiàn)分析系統的設計及選型要點(diǎn),針對不同的工藝檢測要求選擇合適的分析儀表。介紹了分析系統中的采樣探頭,預處理系統.在線(xiàn)氣相色譜儀的結構.原理及應用，就如何采取有效的預警維護,有效地預防分析系統的隱形故障進(jìn)行了闡述,保證了分析系統的穩定運行。關(guān)鍵詞:煤氣化在線(xiàn)氣相色譜儀采樣探頭預處理系統 分析小屋中圖分類(lèi)號: TP273文獻標志碼: B文章編號: 1007 - 7324<2014)05 - 0025 - 04Brief Discussion on Design and Selection of Analysis System in Coal GasifierJiao Huijuan, Li Tao(Hualu Engineering & Technology Co. Ltd. , Xi'an, 710065, China)Abstracts: With development of coal chemical technology becoming mature, on- line analysissystem is being more and more used for equipment quality detection and diagnose. The keypoint for design and type selection of online analysis system for coal gasification plant isoutlined. Appropriate analysis instrument needs to be selected based on different processdetection requirements. Sampling probe, sample pretreatment system, structure, principle andapplication of on-line gas chromatograph are introduced. The mean on how to adopt efficientpre maintenance to prevent potential malfunction effectually for analysis system is expounded.It ensures stable operation for analysis system.Key words: coal gasification; on-line gas chromatograph; sampling probe; pre treatmentsystem; analyzing house在石油、化工的生產(chǎn)過(guò)程中,為了控制化學(xué)反料漿,用泵加壓后送人氣化爐,與空分裝置來(lái)的應和確保安全生產(chǎn),通常需要使用在線(xiàn)分析儀,例氧氣混合,在加壓的情況下，煤中的碳被部分氧如工業(yè)質(zhì)譜儀.工業(yè)氣相色譜儀、熱導式氣體分析化,生成H2,CO, CO2,H2O以及CH,H2S等氣儀.紅外線(xiàn)氣體分析儀等。通過(guò)這些成分分析儀的體。由于氣化溫度較高(1 350~1 450 C),大部分析,不僅能及時(shí)準確掌握裝置的生產(chǎn)反應狀況，分煤中的灰渣呈熔融態(tài)流出,在氣化爐底部用激控制產(chǎn)品質(zhì)量,還可以通過(guò)成分分析反應裝置的安冷水降溫后凝固,經(jīng)過(guò)鎖斗排人渣池,粗渣用撈全情況,巧妙地掌握部分無(wú)法檢測的裝置安全問(wèn)渣機撈出后送出廠(chǎng)外。降溫后的氣體經(jīng)氣液分題,以下以工業(yè)氣相色譜儀分析系統在煤氣化爐中離器分離出夾帶的水分后,形成粗煤氣送往文丘的應用為例說(shuō)明其拓展應用。里洗滌器洗滌后進(jìn)入洗滌塔,進(jìn)- - 步洗滌氣體帶1煤氣化工藝特點(diǎn)概述出的塵粒,最后送往變換工序。氣化爐激冷洗滌煤化工項目,首先需要解決的是煤的氣化問(wèn)水和水洗塔洗滌排放出的黑水以及渣池中的黑.題，目前國內煤氣化爐有多種工藝包,較為成熟的水送人灰水處理工序處理后循環(huán)使用。簡(jiǎn)單的有德士古爐殼牌爐、航天爐等,各種氣化爐均為高工藝流程如圖1所示。溫、高壓工況。以某甲醇項目中3臺氣化爐為例來(lái)說(shuō)明分析系統的選型設計,其采用的是西北化工研究院的稿件收到日期:中國煤化工2014-08-13. .多元料漿氣化專(zhuān)利技術(shù),生產(chǎn)方法:將原料煤與作者簡(jiǎn)介:MCHCNMHG04年畢業(yè)于空軍工程大學(xué)電訊工程學(xué)院通信工程專(zhuān)業(yè),獲學(xué)士學(xué)位，就職于華陸工水在磨機中研磨,得到煤的質(zhì)量分數約為60%的程科技有限責任公司從事化工儀表設計工作,任自控工程師。26石油化工自動(dòng)化第50卷煤助溶劑氧粗煤氣去變換系統磨煤I水煤漿氣化水處理爐渣圖1煤氣化簡(jiǎn)單 工藝流程示意2儀表選型原則好壞的重要標志。COr體積分數高證明氣化爐溫該甲醇項目中,3臺氣化爐的燒嘴質(zhì)量、換熱度偏高,CH4體積分數高則證明氣化爐溫度在下器質(zhì)量、爐膛溫度以及粗合成氣成分控制需要進(jìn)行降。因此,檢測粗合成氣中的CO2及CH4 ,來(lái)間接在線(xiàn)質(zhì)量監測?？刂茽t膛溫度是必需的;該點(diǎn)選用精度較高的色譜1)燒嘴質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測。燒嘴常年處于高儀或質(zhì)譜儀是最佳選擇,因紅外分析儀各組分之間溫高摩擦工況狀態(tài)下,壽命較短,屬于裝置消耗部有相互干擾，極易造成測量不準確。選用色譜或質(zhì)件,燒嘴- -旦損毀,須立即更換，否則會(huì )造成氣化爐譜儀,不但測量精確,且綜合成本較低(1臺色譜可反應失控,裝置停車(chē);但因其處于高溫、高壓工況代替多臺紅外分析儀)，且爐膛溫度是個(gè)慢反應過(guò)中,用常規方法很難檢測其質(zhì)量好壞。通過(guò)實(shí)時(shí)檢程,采用分析時(shí)間較長(cháng)的色譜儀也能滿(mǎn)足分析時(shí)間測燒嘴冷卻水中的CO體積分數來(lái)間接掌握燒嘴要求。的使用情況，是一-種巧妙的辦法(因燒嘴一旦損壞，4)粗合成氣成分的控制。氣化爐正常運行時(shí)氣化爐中CO即會(huì )滲透到燒嘴冷卻水中),所以該H2+CO的體積分數在78%~82%,這是滿(mǎn)足后.點(diǎn)須選用成本低廉、響應迅速、精度無(wú)需很高的分續裝 置必需的條件。色譜儀或質(zhì)譜儀，雖然測量精析儀,對燒嘴冷卻水系統中漏人的煤氣進(jìn)行連續檢確,但分析周期較長(cháng)(色譜儀平均每個(gè)流路的分析測并發(fā)出預警。在該點(diǎn)選用連續紅外分析儀是最時(shí)間在10 min左右),而采用連續熱導H2分析儀，佳選擇。因其具有極短的響應時(shí)間,能很好地滿(mǎn)足H2的控2)換熱器質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測。換熱器中的冷卻制需求。而控制好H2體積分數，即可有效地控制管常處于高溫、高粉塵的沖擊下,極易磨損破裂,一CO體積分數,因而CO用色譜分析即可。旦破裂勢必造成裝置停車(chē),因而實(shí)時(shí)監測換熱器中3煤氣化在線(xiàn)分析系統的組 成冷卻管的好壞很重要;但因其處于高溫、高壓、高腐該項目共計3套氣化爐,粗合成氣處于高壓蝕工況中,常規方法同樣很難檢測其質(zhì)量的好壞。(6. 25 MPa)、高溫(243 C)狀態(tài),并含有部分灰,各通過(guò)實(shí)時(shí)檢測冷卻水中CO體積分數來(lái)間接掌握氣化爐粗合成氣待分析組分正常體積分數如下:冷卻管的使用情況,不失為一種好方法(因冷卻管H2為37. 8%, CO為39%,CO2為20. 72% ,CH一-旦損壞，氣化爐中CO即會(huì )滲透到燒嘴冷卻水為0.04%,H2S為1. 43% ;綜合考慮各設備的分析中),所以該點(diǎn)同樣選用成本低廉、響應迅速、精度精度、分析時(shí)間、投資成本后,選用3臺熱導H2分不是很高的紅外分析儀,對冷卻管中冷卻水系統中析儀,分別分析各爐子粗合成氣中的H2;選用3臺漏人的煤氣進(jìn)行連續檢測并發(fā)出預警。色譜儀,分別分析各爐子粗合成氣中的CO,CO23)爐膛溫度的監測。氣化爐的反應,必須嚴和CH4;選用3臺CO紅外分析儀,分別分析各爐格控制好溫度,但用常規方法檢測爐膛內的高溫、子燒嘴冷卻水中的CO。高壓工況,極易造成傳感器損壞或因爐膛煤渣掛壁整套系統由采樣探頭、前級減壓站、樣品預處造成測量誤差;計算裝置出口粗合成氣各組分體積理、色譜分析儀分5小易笛沿名凹成,現分別介紹中國煤化工分數,指示氣化爐運行情況,指導氣化爐操作,并估如下。計氣化爐內的溫度。粗合成氣的成分是多元料漿MHCNMH GS試樣高溫、高氣化工藝先進(jìn)控制系統的主要參數,是氣化爐運行壓高水含量的特點(diǎn),采樣探頭采用高溫脫水冷卻第5期焦慧娟等.淺談煤氣化爐中分析系統的設計及選型27型探頭。該采樣探頭用于高溫試樣取樣,可連續不2)前級減壓站。前級減壓站完成對試樣氣體失真地從管道中取出具有代表性的試樣。探頭采的初級過(guò)濾,采用- -備-用冗余過(guò)濾器“葫蘆式”用列管式水冷換熱器,探頭溫度調節至合適溫度后雙級氣液分離裝置,同時(shí)采用自動(dòng)排液閥與手動(dòng)排可有效降溫并脫出試樣中的水分，防止銨鹽結晶堵液相結合的方式排除試樣中的冷凝水;試樣的減壓塞管道,如圖2所示。采用自立式膜片減壓閥進(jìn)行減壓，可防止試樣中的CO2 ,NH3等減壓時(shí)結晶堵塞減壓閥;并設有快速冷水出口冷水人口回路有效減少分析滯后;前級預處理設有安全閥，保護壓力設為0. 2 MPa,保護后面儀表安全。3)預處理。預處理用于試樣的精細處理,完成試樣的穩流、穩壓、脫水、脫硫等功能。該系統采@|}p~*-出口用旋風(fēng)制冷、自動(dòng)排液、膜式過(guò)濾等多項專(zhuān)利技術(shù)，利用雙平衡閥實(shí)現環(huán)保零污染排放,系統中對試樣采樣探針水冷換熱器溫度計進(jìn)行溫壓流檢測,配合分析小屋遠程監控系統,實(shí)圖2采用探頭示意現了整套系統的遠程監控功能,如圖3所示。低壓火炬排放大氣排放試樣試樣入口析儀面PG)典團團團廢液排放儀表空氣低壓蒸汽進(jìn)出口圖3預處理系統示意4)色譜分析儀。根據待分析的試樣成分,固定色譜試劑與其載體按-定比例配比填裝,其配比及相中的色譜試劑可選擇極性試劑或非極性試劑,且柱長(cháng)度將決定試樣的分離度,如圖4所示。體積分數，%↑組分DA中國煤化工. 試樣注入.分析周期YHCNMHG圖4色譜圖示意