粉煤气化中煤粉的适应性改造

第5期孙西红:粉煤气化中煤粉的适应性改造●57●y,生产与应用y粉煤气化中煤粉的适应性改造孙西红(兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司,内蒙古达拉特旗,014300)摘要:简述了田坝煤在中试试烧过程中由于煤粉性质和粒径分布引起的一些问题,分析原因,介绍了改造方法和效果。关键词:煤粉粒径;粉煤气化;煤粉输送中图分类号:TQ531文献标识码:B文章编号: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水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心日处理合适的煤粉经氮气携带进人粗分分离器,完成煤粉煤30t的粉煤气化中试装置包含完整的煤粉磨制与的粒度筛选,粒度不合格的煤粉返回磨机,粒度合格输送单元、气化单元、气体净化单元和渣水处理单的煤粉随氮气进入第一分离器,完成煤粉与氮气的元。中试装置进行过多个煤种的试烧工作,其中贵分离,煤粉进人低压煤粉罐,氮气经过第三分离器净州田坝煤在煤粉磨制、输送、人气化炉流量稳定性等化后排放。方面与其他试烧过的煤种差异较大，原有制粉输送煤粉输送单元是煤粉连续不断地加压工作过系统生产出的煤粉不满足气化反应要求,煤粉输送程。低压煤粉槽中的煤粉间断进人中间罐,然后由存在不稳定情况,经过几次改造,煤粉粒度过细和流氮气携带进入第二分离器,分离出的氮气经第四分量不稳的情况已基本消除。离器净化后排放，煤粉进入煤粉锁斗，煤粉锁斗在接1中试装置煤粉制 备与输送系统流程收煤粉时是常压,当煤粉加满罐后,关闭阀门,经氮煤粉制备单元是进行煤粉的磨制工作,粒度合气充压并 与发料罐压力相等后,再将煤粉送人加料格的原煤由煤场经汽车送至现场,将煤和气化助熔罐。加料罐始终保持--定料位,才能向气化炉持续剂按比例掺混,原料经皮带运输机、斗提机,送人原供料或进行煤粉循环。制粉与输送系统流程图如图煤槽,再经螺旋计量给料机送人球磨机,原煤在此被1所示。磨制成粉,同时进人磨机的还有热氮气,磨机中粒度中国煤化工收稿日期:2012-04 -20作者简介:孙西红( 1982- -) ,女,陕西扶风人,助理工程师,一直从事气流床气.MHCNMHG山东化工●58●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷引风机分离，器二y分离分离器三,器四器一低压煤粉罐粉煤煤粉风锁斗选器原煤计量中间罐磨机I 给料罐氮气图1制粉与输送 系统流程图2煤粉的基本性质料的接触角度可分为刮削和压剥两类。2.1 煤粉的粒径与粒度分布(1)刮削煤粉颗粒是构成煤粉的基本单位。煤粉的许多煤粉颗粒以--定角度冲击材料之后,以其动能.性质都由颗粒的大小及分布状态所决定。粒径或粒刮削材料。度都是表征粉煤所占空间范围的代表性尺寸。对单(2)压剥个颗粒,常用粒径来表示几何尺寸的大小;对颗粒煤粉颗粒以近乎垂直的角度冲击材料，对材料群,则用平均粒度来表示。造成磨损。材料不同,其受到冲击后磨损的情况也(1)粒径不同。硬质脆性材料受到冲击后,由于局部产生裂以粉粒的长度尺寸来表示粒度时,该尺寸称为纹而剥损;延性材料受到冲击后,产生局部压人变粒径。形,多次反复后材料剥落;另外,延性材料也会因受(2)平均粒度到冲击局部升温而粘附于煤粉颗粒上,从而使材料平均粒度是对煤粉粒度大小的描述,可用粒径剥落受损。的算术平均值来表示,如下式所示:2.4粘附( 凝聚)性质煤粉颗粒与其他粉粒或物体表面之间存在相互D、=一End;吸引的作用力,主要包括有分子间力、静电力等,因(3)粒度分布而在气力输送过程中，粉粒往往会粘附在管壁、器壁粒度分布通常是指某-粒径或某-粒径范围的以及机体表面上,或是煤粉颗粒间相互凝聚成团,影颗粒在整个粉体中所占比例,有区间分布和累计分响输送过程的顺利进行。布两种形式,区间分布又称为微分分布或频率分布，3输送和试烧过程中出现的主要煤粉问题它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分(1)煤粉给料罐底部结拱、架桥;布也叫积分分布,它表示小于或大于某粒径颗粒的(2)煤粉锁斗到给料罐下料不畅;百分含量。可用简单的表格、绘图和函数形式表示(3)循环气量控制较难;颗粒群粒径的分布状态。(4)煤粉流量不稳定,波动较大,导致煤粉流量2.2 休止角低于跳车值,几次引起系统跳车。休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡4原因分析状态下,与水平面所形成的最大角,它表示粉体重力4.1号中国煤化工流动时的流动性。MHCN MHG 1。其煤粉的物理2.3 磨损机理性质见表2。煤粉颗粒对设备材料的磨损机理根据粉粒与材第5期孙西红:粉煤气化中煤粉的适应性改造表1煤质分析工业分析(质量分数) /%元素分析(质量分数) /%基准MF(CHNS0ad1.1525. 68.16.0757. 1064.263.10.011.024.76d25.9816.2657.7665.003. 161.034.82灰熔融温度/C热值/( MJ/kg)哈氏可磨指数HCIDTSTHT25. 315171121812331269表2煤粉的物理性质煤种平均粒径/μm堆密度/(kg.m' -3) Husner 指数含水量/%休止角/(°)内摩擦角/(°)田坝煤.5471.61.3539.2我们进行了相关的流动性测试,从而为密相气因不仅粒度较小(平均粒度35μm) ,而且具有相对力输送特性提供了理论依据。按照一般气化用煤种其他水煤浆气化用煤种煤样粒度而言较宽的粒度分进行煤粉磨制，田坝煤的平均粒径较小，仅为布范围,很可能会造成高浓度密相气力输送性能不36μm,这与其高达159的哈氏可磨指数相符;同时佳。其Hausner指数和休止角也偏大。4.2煤粉下料不畅根据Hausner提出的判别法，HR达1.6的田磨煤和输送过程中氮气温度控制不严,造成煤坝煤粉属于较难流化的粘性粉体。另外,从休止角粉水分偏高,引起料仓结拱、架桥,导致煤粉下料不的角度而言,田坝煤粉休止角高达51°,属于具有较畅。高粘附性的难以流动的粉体。煤粉颗粒堵塞出料口,以致不能卸料的现象,称实验室对不同粒度的田坝煤粉流动性参数进行为结拱。结拱现象的情况错综复杂,常见的结拱形测试,结果表明,磨制的田坝煤粉流动性较差,其原式如图2所示。(a)(b)(C)(d)图2料仓结拱类 型(1)图2(a)所示为第一类结拱,出料口附近的拱,严重时则需要用机械破拱。颗粒互相支撑,形成拱架状态。这种形式在出料口(4)图2(d)所示为第四类结拱,物料附着于料较小而颗粒较大的情况下最为常见。加大出料口,仓的锥部表面,形成研钵状。这种现象常见于壁面或在冲击,振动作用下即可破拱。的倾角过小和对壁面有附着性和粘性的粉状物料。(2)图2( b)所示为第二类结拱,物料集存在料可用振动或吹人空气破拱,严重时需用机械铲除。仓的锥部,使物料不能下落。结拱现多中国煤化工粒度、颗粒形.(3)图2(c)所示为第三类结拱,物料在出料口状、比密度、1YHCNMHG度以及出料口.上部近于垂直下落,形成空穴状。它常见于颗粒间的大小等因素有关。结拱的原因大致可分为颗粒之有粘附性的细粉。可用振动和吹人空气的方法破间或颗粒与料仓壁面之间的摩擦及粘力,以及物料山东化工●60●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷.颗粒间的粘结力。制。4.3人炉煤粉管线设置不合 理解决田坝煤流动性差的问题,关键在于提高煤人炉煤粉管线设置不合理也是造成磨损的主要粉粒径,实验室研究表明贵州田坝煤煤粉平均粒径原因。大于50μm时流动性较好。通过以下几个措施提高5解决方法煤粉粒度。5.1调整煤粉粒度 分布,提高平均粒度(1)调整磨机钢球级配根据多次粉煤气化炉试烧经验,煤粉气化过程球磨机中原有钢球级配为磨制南屯煤的级配，中煤粉平均粒径40~50μm,90%≤74μm,100%≤南屯煤的哈氏可磨指数约为60 ~70,这- -级配不适100μm时流动性较好,而且在气化炉内雾化弥散效合哈氏可磨指数高达159的田坝煤,所以尝试调整果较好,燃烧比较充分,所以对煤粉粒径要严格控了三次钢球级配。如表3所示。表3钢球级配改造效果各直径钢球重量/1煤粉平均粒度/μmφ60mmφ50mmφ40mmφ30mmφ25mm原始级配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,前两次的改造幅度太小,煤粉运行结果表明粉煤密相输送单元完全达到工艺要粒度没有明显变化,第三次改造后效果比较明显,但求。依然没达到50μm的要求,还要从别的方面再进行1200改造1100(2)提高制粉系统循环风量制粉系统循环风量由3800Nm'/h 提高到4500Nm2/h,从而提高磨机出粉率,进而达到提高煤00粉粒度的目的。改造前(3)调整煤粉风选器挡板开度煤粉风选器挡板开度由30°增大到45° ,减小风0300 600 900 1200 1500选器阻截大颗粒的能力,使进人第--旋风分离器的时间/s煤粉粒度范围变大。5.2 优化操作,控制煤粉水分图3粉煤质量流率信号比较(1)适当增加低压氮气加热器,提高补充入制粉系统的新鲜氮气温度至180C。1.4(2)适当增加循环氮气加热器蒸汽量,保证循环氮气温度高于160。把煤粉的水分含量严格控1.3制在0.4%以内。出1.2 truwtNM-mv5.3改造人炉煤粉输送 管线布置1.1针对原煤粉输送管路为非规则管线难以确保气1.0化炉工艺条件的情况,对输送管线进行了系统整改，03000 6000 900 1200 1500重新布置煤粉切断阀、煤粉流量调节阀和三块煤粉流量计等的位置,使之变成从给料罐到人气化炉具中国煤化工:比较有下降、水平和上升三段的规则管路,减少流动干扰MYHCNMHG因素,管线排布趋于合理,输送稳定性明显改善,同(下转第66页)时设置三个固体流量计在下降、水平和上升段,开车山东化工●66●SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷表2工艺指标一 览表汽冷凝水的预热加热原料气。可根据天气情况及时序号测点名称调节原料气温度,确保脱硫剂的脱硫效果,我公司入1原料气入口压力/MPa0.2预脱硫塔的原料气温度一般控制在10 ~ 30C。原料气人口温度/C10~304.2.2增加加湿装置原料气CO2含量/%95 ~98预脱硫塔出口H2S含量/( mg/L)≤0.1根据氧化铁常温脱硫剂和水解剂的要求,脱CO2压缩机二段出口气体压力/MPa2.3-2.5H2S时原料气湿度最好为接近饱和水汽(60%~CO2压缩机出口总管气体温度/C60 ~70C80%),而我公司的净化放空气含水量为0.012%，水解塔进口CO2温度/C60-90满足不了常温脱硫剂和水解剂的要求。经过计算,精脱硫塔出口Cos含量/(mg/L)0精脱硫塔出口H2S含量/( mg/L)我公司在缓冲罐前增加φ8mm蒸汽管道,根据原料冷凝器出口CO2温度/C-25~ -20气水分分析结果及时补充原料气中水分，提高产品提纯塔塔底温度/°C-25~ -18质量。提纯塔顶部气体温度/C-23~ -185结束语进球罐液体CO2压力/MPa2.0-2.5当今世界的温室效应日益严重,人类生存的环提纯塔项压力/MPa2.2-2.5冷凝器气氨压力/MPa0-0.05境受到威胁。对工业排放的温室气体尤其是CO2冰机出口气氨压力/ MPa1.2-1.5加以回收利用,是当今社会所面临和亟待解决的严球罐压力/MPa .1.8-2.0重问题。本高硫煤制甲醇净化废气回收制取液体18干燥塔出口水分含量分析/%≤0.002CO2装置顺利运行,使工厂废气中CO2得到有效回干燥塔出口总烃含量分析/%≤0.05收和治理,符合国家绿色、低碳环保政策,既具有一4.2改进措施定的社会效益,同时也为企业带来了较好的经济效4.2.1增加原料气加热器该装置脱除大部分H2S采用氧化铁常温脱硫益。剂,适用温度为5~80°,而且在常温下脱硫效果最参考文献佳。我公司甲醇净化采用低温甲醇洗工艺,净化放[1]代岚.二氧化碳回收技术及应用前景[J].辽宁化工，2010( 10) :1041 - 1043.空气温度在4~10C,由于放空阀处距离液体CO2装置距离较长,且管道未保温。在冬季,如不采取保(本文文献格式:赵绍武,张萍,汪俊. 高硫煤制温措施,CO2原料气人预脱硫塔温度可达-10C以甲醇净化废气回收利用制取食品级液体CO2[J].山下,严重影响脱硫剂的脱硫效果。经过论证,我公司东化工,2012 ,41(5):63 -66. )在CO2原料气管道上增加蒸汽加热器,利用富余蒸(. 上接第60页)分含量等都达到了粉煤气化的要求,也摸索出了这图3、图4给出了稳定操作时的典型煤粉流率- ~特殊煤种在粉煤气化炉上应用的经验。和入炉压力波动信号数据趋势。比较结果表明,尽煤粉磨制与输送是粉煤气化过程中的关键技管处于稳定操作阶段,但改造后的煤粉流率和人炉术,也是一-项技术难题,通过试验,我们掌握了丰富压力信号的稳定性相比改造前明显改善。的理论和技术经验,在工业化装置中实现了转化。5.4适当加大各级料仓底部活化目前国内主要的气化装置还都是以水煤浆气化炉居原有料仓活化为料仓底部周圈进氮气,改造成多,可用煤种的局限性大，气化原料煤成本高,导致160C的热氮气活化，同时在煤粉锁斗增加一-路间歇产品在市场上竞争力弱,利润空间低。干煤粉水冷活化气,人为通过切断阀控制,不规则开启,破坏料壁气化炉凭借其原料优势和维护成本低的优势,必仓底部的煤粉状态,使煤粉在加压时也能得到充分将成为煤气化技术发展的方向。活化,使下料顺畅,缩短下料时间。中国煤化工6改造结果(本文文比中煤粉的适应性通过几项改造措施的实施,煤粉平均粒度和水改造[J]:MHCNMH G57 -60,66. )