多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉运行分析

2007年10月0ct.2007第30卷第5期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol. 30 No.5多喷嘴对置式气化炉与单喷嘴水煤浆气化炉运行分析张彦(宁波万华聚氨酯有限公司,浙江宁波,315812)摘要目前关于多喷嘴气化炉 和GE单喷嘴水煤浆气化炉的优劣争论很多特别是对 于运行效率问题，说法不一。本文通过生产中实测数据的对比,利用相对有效产气率这-概念,试图解决存在的争论,给出分析煤气化效率的一个有效思路。关键词多喷嘴对置式气化炉 单喷嘴气化炉 运行效率有效产气率水煤浆气化1生产流程介绍涤变换冷凝液洗涤冷却后,温度243.9C、压力某公司运行的水煤浆气化炉有2种工艺、36.26MPa,经旋流板、丝网除沫器除去气体夹带的种规格,分别是多喷嘴对置式气化炉,燃烧室直径雾沫后送至变换工段。中2800mm;单喷嘴水煤浆气化炉,直径分别为中2800 mm、中3200mm。压力都是6.5 MPao2工业运行情况分析多喷嘴(4喷嘴)对置式水煤浆气化工艺的水多喷嘴气化炉、单喷嘴气化炉B炉(燃烧室煤浆由煤浆振动筛过筛后进人煤浆槽,出煤浆槽2800mm)和单喷嘴气化炉C炉(燃烧室后经2台水煤浆给料泵加压后通过4个工艺烧嘴中3200 mm)都经过了长期的工业运行考验。从运从侧面对喷进人气化炉(以下简称A炉)。空分行结果来看,A炉拱顶砖使用寿命已达到6000h来的高压氧气进氧气缓冲罐,经调节流量后分别以上,并且在换拱顶砖时发现,除炉顶盲头附近的进入4个工艺烧嘴的中心管和外环管,在气化炉砖磨损严重,还剩余50mm外,其他拱顶部位的砖中煤浆与氧发生反应,反应在6.5MPa、1350 ~基本剩余在130 ~ 140mm,从这点来看,A炉拱顶1400C下进行。的问题主要在盲头部位的设计上,这个地方在封单喷嘴气化工艺流程中出煤浆槽的水煤浆经堵后有一定的间隙,气体冲刷湍动比较厉害。因单台煤浆给料泵加压后通过单个工艺烧嘴从气化此,如何设计盲头封堵,让盲头部位配合紧密,这炉顶部进入气化炉(以下简称B.C炉)。空分来应该是解决目前所谓拱顶超温和拱顶砖使用寿命的高压氧气进氧气缓冲罐,经调节流量后分别进短的迫切问题。人单个工艺烧嘴的中心管和环管。在气化炉中煤C炉负荷为日投煤量1000,从目前运行来浆与氧发生的主要反应与多喷嘴气化炉相同。看,主要表现还是粗渣和细灰残碳偏高。具体数气化反应在气化炉反应段瞬间完成,生成据见表1.表2。表1中的数据基本是在同一时期CO、H2.CO2 H20和少量CH4、H2S等气体。稳定时的分析数据,可以代表大部分时间的运行离开气化炉燃烧室的热气体和熔渣进入气化状况中国煤化工炉下段激冷室,被水淬冷后温度降低并被水蒸气饱和后出气化炉;出气化炉的气体约249C,气体IHCN MH G_作看闻介:张尽，男,让办颗棚人191年青岛化工学院无经文丘里管喷水湿润、在分离器中进行气液分离机化工专业毕业,工程师，目前在宁波万华聚氨酯有限公司从事后进水洗塔,水洗塔为板式塔,进塔气经灰水洗水煤浆气化生产工作。联系电话:0574-86716773.352大龟融2007年第30卷表1 A.B.C 炉渣(粗渣)、细渣分析%因此,根据煤气成分就可以判断出有效气的相对项目炉渣残碳A.B细灰B.C细灰产气率,这一指标对于同一煤种来说具有很好的C水分残碳水分 残碳对比性。0.90 5.21 6.4166.7126.5871.29 33.750.36 5.49 5.13 69.94 22.22 67.2234.05一般来说,对于同-煤种水煤浆加压气化,可.88 4.86..6.58将气化当成一个黑箱,不管过程怎么样,最终的总1.95 :5.0:5.28”平均_ 1.275 5.165 5.85 68.33 24.40 69.26 33.90‘反应如下(对于同- -煤种,灰分不参与反应,不做从表1中看出,多喷嘴A炉的炉渣残碳很低，”;计算,同时为了方便,忽略其他微量元素):只有1.275% ,远低于B、C炉。由于A炉无法单(a+c+ d)CH.O. + 1/2[a +2c- b-2d +独分开细灰,所以无法单独测得细灰的量,但是在(1/2m-n)(a+c+d)]02+(b+2d- 1/2m(a+A炉运行期间，总体上细灰的含碳量要降低近c+ d)]H20-→aCO + bH2 + eCO2+ dCH4 (1)10%,由此可见,多喷嘴A炉的碳转化率要高于有效产气率定义为CO + H的生成量与煤消单喷嘴B.C炉的转化率。具体数值在实际对比耗量之比,即:a=(a+b)/(a+c + d),由于CH4中没有什么意义。但从下面的一个简单计算中可在煤气中比例很低,故可以忽略。则有效产气率以看出来。改写为:a=(a+b)/(a+c)。表2某原料煤的分析数据定义气体产物总量N=a+b+c+ d,各气.工业分析元素分析体成分分别为:xco=a/N,xm=b/N,xco, =c/水分灰分挥发分固定碳碳氨氧氮硫其他N,xcn, = d/N。煤样5.668.79 30.91 54.64 70.183.84 10.070.69 0.77 14.45假设转化后的全部炉渣残碳分别为1%、5%因此,有效产气率a =(a+b)/(a+ c)=和15%，则计算后的碳转化率分别为99.87%、Nxco+ Naux∞+ %99.34%和97.81%,由此可以看出,多喷嘴的碳转Nx∞+ Nxco, xco+ x°化率可以达到到99%。由于工艺本身限制,在相也就是说,对于任何煤种来说，单位量的煤同的工业运行环境中,单喷嘴的碳转化率低于多(CH,O,)的有效气量为T5 ,有效气成分喷嘴的,这是因为顶置单喷嘴在喷射气化的过程xc∞+ xco,中,不可避免的存在-部分煤颗粒走短路直接进(CO+ H2)高,并不代表有效气产量就高。表3是人炉渣当中。特别是炉子负荷加大后,总体指标实际生产中的数据。从数据上看,B炉要好于C炉,这也就是在炉子负表3近期各炉实际生产当中的煤气成分平均值%荷和直径增加后,多喷嘴气化炉有优势的原因。$o∞郑xca2有效气比例有效产气率多喷嘴和单喷嘴水煤浆气化炉煤气中有效气A炉(多喷嘴)44.65~ 36.2717.4280.911.3036含量问题，也是很多煤气化专利商和应用厂家关B炉(单喷嘴) 44.0 35.7 17.94 80.271.2861C炉(单喷嘴) 45.33 35.54 18.19 80.87_ 1.2731 .注的重点，例如Shell粉煤气化工艺有效气(CO+从表3可以看出,有效气成分大概差不多,但H2)含量可达到90% ,GE水煤浆气化有效气(CO有效产气率A炉明显高出单喷嘴炉B约1.34%+ H2)可以达到80%等,单从这一数据来看,肯定和单喷嘴C炉2.38% ,也就是说在相同条件下,A是干煤粉气化要好。但是,有效气含量高并不代炉煤耗可以降低约2%。需要说明的是，以上数表有效产气率高。所谓的有效产气率就是:气化据是在同期同煤种测试的情况下的数据,具有很炉干煤气中有效气(CO+ H2)产量(m2/h)和气化好的可比性,因为当煤种发生较大变化时,有效产炉人炉干基原料量(kg/h)的比值，也就是说单位气率也会发生变化的,如表4所示。质量的煤能产出有效气的量。在实际生产当中，表4不同工况下有效产气率数据由于煤种和计量方面的原因,这一很重要的指标项中国煤化工球及有效产是不好测量的,所以许多专利商便以煤气中有效工况YHCNMH喷嘴神府1.3205气含量来表示技术的水平。弓喷嘴神府1.2843虽然,有效产气率在生产中不好测定,但是,.90 17.45 80.55 德士古神府1.2765工况4 45.21 34.00 18.55 79.21 德士古 1.2423由于煤气中的气体成分测量是很准确和方便的，工况5 64.60 22.31 2.57 86.91 Shell 干煤粉1.2939第5期张彦.多喷嘴对置式气化炉与 单喷嘴水煤浆气化炉运行分析353如果只考虑有效气比例,则很明显的认为工况下,与有效气产率类似，比氧耗可以通过煤气成况2比较好,因为有效气比例达到83.51% ,而工分来分析。比如,表2中原料煤数据，经计算,m况1则只有80.63% ,但从相对有效产气率来看，=0.656597,n = 0. 107616,代人式(4)得结果如两者则相差0.0638% ,也就是说同样的煤,在工况下:1下,有效气产量要高出工况2约4.97% ,对于双A炉比氧耗为351 .53 m2/1000m'(CO + H2),炉生产的企业来说,如果出现相对有效气产气率实际测量为346m2/1000m2(CO+ H2);差别太多的情况,- -定不要掉以轻心。但是同时B炉比氧耗为363.71 m?/1000m2(CO+ H2),发生大幅变化,则说明原料煤发生变化。对于水煤浆气化炉,另一个重要指标是比氧实际测量为350m/1000m2(CO+ H);C炉比氧耗为371.26m/1000m2(CO+ H2)，耗,即:实际测量为346m2/1000m2(CO + H)。比氧耗=从结果来看,4喷嘴气化炉的比氧耗还是比人气化炉氧气折100%氧气量(m2/b)出气化炉粗煤气中(CO + H2)气量(m2/h) x 1000较低的,但在实际测量过程中由于氧气流量及煤(2)气流量的误差,难以准确测量,如果仅由此来判断从式(1)可以看出,比氧耗的计算可以表达比氧耗的话,就会引起误导。因此,根据分析成分为:等数据计算出的比氧耗具有较好的可比性,虽然是一种大概计算,但在实际应用中还是允许的。由上面可以看出,化工生产中,水煤浆气化工a+2c-b-2d+(2m-n)(a+c+d)(3)艺好坏主要看3个方面:碳转化率、比氧耗和相对(a+ b)x 1000转化率,利用以上方法把数据进行对比，就容易判如果忽略了甲烷值,则:断煤种的好坏及气化技术的优劣。比氧耗= 500a+2c- b+(m-n)(a+c)(a+b)3投资比较(4)多喷嘴气化炉的投资相对较高但是具体高可以看出,比氧耗计算比较复杂些,不仅跟煤出多少还没有一个准确的数据。多喷嘴和单喷嘴气成分有关，也与煤质有关,但是在煤质-定的情相比,主要差别如表5所示。表5多喷嘴对置式气化炉与单烧嘴气化炉工艺配置 比较(投煤最750/d)项目单喷嘴多喷嘴设备气化炉高压煤浆泵煤浆管线1条6英寸4条3英寸氧气管线1条5英寸4条2英寸烧嘴冷却水管线2条3英寸8条1%英寸高压氰气保护管线2条3英寸,1条%英寸6条2英寸.4条%英寸蒸汽管线1条2英寸4条}%英寸仪控煤浆阀2台6英寸8台3英寸氧气阀3台5英寸9台2英寸饶嘴拎却水自动阀2台3英寸8台1%英寸高压氮阀2台3英寸,1台%英寸8台2英寸,4台%英寸熬汽阀1台2英寸4台1%英寸.从表5可以看出,多喷嘴用的阀门等较多,设使气中国煤化工对于延长激冷备、阀门、仪表等投资较大,不单纯是一个4倍的环的:带灰问题也大关系,要小得多。其他设备投资可以做到和单喷AYHCNMHG大降低。冉如母个气化刀1丢庆水系统，如果相嘴一样,例如分离器,多喷嘴这种分级分离洗涤,对降低气化系统的水质要求,减少外排水量,像单354大氛配2007年第30卷喷嘴那样共用1套灰水，也是可以的。时,4喷嘴的气化工艺在技术指标上并无多大优由于实际操作经验相对还不多,多喷嘴气化势,但是一旦大规模应用,其优势就会显现。因此在早期运行过程中也出现了许多问题,这还需要选择何种气化工艺,还是要看原料煤的成分及试大家努力,不能依靠单喷嘴经验来对待多喷嘴。烧结果,综合分析才能选出适合实际情况的气化经过分析可以看出,在气化炉负荷相对较小工艺。COMPARATIVE OPERATING ANALYSIS OF OPPOSEDMULTI-NOZZLES GASIFTER AND SINGLE-NOZZLECOAL-WATER SLURRY GASIFIERZhang Yan(Ningbo Wanhua Polyurehane Co., Ld., Ningbo ,315812)Abstract There are many arguments on the advantages and disadvantages of multinozzlesgasifier and single nozzle coal-water slury gasifier, especially on their operating eiciencies, thereare different points of view. This paper, with the help of practical production data, applies the con-cept of relative effective gas yield, to try to settle down the disputes and presents an effective clue ofthoughts of analyzing coal gasification eficiency.Keywords:opposed multi-nozzles gasifier, single-nozzle gasifier, operating efciency, effectivegas yield, coal-water sury gasifcation中国石化湖北化肥分公司改造尿素水解水回收装置中国石化湖北化肥分公司从2004年开始进行节水减排技改,2005年完成了水平衡图。根据水平衡结果,制定了5个节水减排方案。目前,已完成砂滤池反洗水回收、汽机逆止阀控制水回收、尿素水解水回收等3个节水减排项目,节水量约170/h。其中,砂滤池反洗水回收项目从2006年3月开始进行回收计量,到12月底共回收反洗水近60x10^m?,分别减少长江取水和排放污水近60x10m3,节约资金41.6万元。2007年8月底,尿素水解水回收改造项目已调试完毕,装置具备投用条件。据测算，这项节能措施每小时可节约用水45t,减排45to●本刊.我国最大的煤制二甲醚项目正式启动.中天合创能源有限责任公司近日举行了揭牌仪式,这标志着我国最大的煤制二甲醚项目一鄂尔多斯3Mt二甲醚项目正式启动,主要包括25Mt/a煤矿、4.2Mt/a甲醇、3Mu/a二甲醚及其配套的600MW热电联供电厂.900多公里鄂尔多斯至唐山京唐港产品输送管道和50km矿区铁路专用线等单项工程。该项目是列人国家煤化工产业中长期发展规划的示范工程,由中国中煤能源股份有限公司、中国石油化工股份有限公司、上海申能(集团)有限公司和内蒙古满中国煤化工资建设。将采用气流床连续煤气化技术等当今世界最先进的工艺技术生YHCNMHG本刊.