航天粉煤气化炉的温度控制

!第38卷第4期化工设计通讯2012年8月Chemical Engineering Design Communications●13●航天粉煤气化炉的温度控制郭兴建，童维风(安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽临泉236400摘要: 介绍航天炉温度的判断方法，气化炉温度的控制手段，以及稳定炉温的揩施。关键词:航天炉;温度;判断;控制中图分类号: TQ113. 26文献标志码: B文章编号: 1003-6490(2012)04-0013-03Tempreature Control of HT-L Pulverized Coal GasifierGUO Xin-jian，TONG Wei- feng(Anhui Jinmei Zhongneng Chemical Co., Ltd., Linquan Anhui 236400 , China)Abstract : Introduce how to judge temperature of HT-L pulverized coal gasifier, the control meansof the temperature, and the measures of temperature stability .Key words: HT-L pulverized coal gasifier ; temperature ; judgement ; control航天炉粉煤加压气化属于加压气流床工艺，计理念基础上，由北京航天万源煤化工工程技术是在借鉴壳牌、德士古及GSP加压气化工艺设有限公司自 主开发，独特创新的新型粉煤加压气收稿日期: 2012-04-30 .作者简介:郭兴建(1978-),男,安徽阜阳人,助理工程师,在安徽晋煤中能化工股份有限公司粉煤气化车间工作。方式，考虑到布袋对温度的承受能力较低(不能兖矿混煤在U-GAS气化炉试烧满负荷运行超过230°C)，反吹阀已发生故障，且合成气温时，有效气(CO+ H2)含量达72%以上，比氧耗度较低时易结露堵塞布袋，可以借鉴壳牌粉煤气为300m'，比煤耗为0. 91t(收到基)，碳转化率化除尘方式，选择更加可靠的陶瓷过滤除尘方达到96%以上，冷煤气效率达到81. 54%，装置式，合成气尘含量可以降到5mg/m3以下。无三废排放，各项技术指标理想，符合预期。(2) U-GAS气化炉的排渣系统出现了问题，因此通过本次试烧证明兖矿混煤在U-GAS使气化炉内灰渣不能连续排放，从而导致气化炉气化炉 上不仅能够在满负荷下长期、稳定运行，床层高度不稳定，给气化炉操作带来- -定的难而且操作灵活简便，负荷调节能力强，气体成分度。排渣系统是影响气化炉操作稳定的关键因素等各项技术经济指标较好。表明该气化技术煤种之一，所以排渣系统的优化是亟需解决的问题。适应性广，对原料煤要求宽松，可以使用高灰熔该气化炉排渣设计为螺旋冷渣机排渣方式，压力点、高灰分、高硫、低发热量的劣质烟煤，只要提高后密封问题和停车后重新启动困难问题需要发热量大于12 MJ/kg、粒度6mm以下均可使解决，可以借鉴鲁奇炉刮刀固态排渣方式，估计用，因此完全适应于改造峄化固定床气化炉，真较为理想。正实现原料煤本地化，彻底解决原料来源的问题，可以实现较好的经济效益和社会效益。4结论由于U-GAS气化技术工业示范装置的气化兖矿混煤在U-GAS气化炉上气化的整个工压力目前只有0.22MPa，与峄化现有合成氨系艺流程基本满足要求。煤的干燥和输送系统正统的匹配性较差，能耗偏高。如果气化压力提高常，输送系统的输送量、回转窑出口的外水含量到1.0MP&中国煤化工更加合理，能均能达到设计要求。单台冷渣机正常排渣亦可满耗将大幅度MHCNMHG纸，因此，该足满负荷工况下气化炉排渣要求。技术的市场前景广阔。14●化工设计通讯第38卷化技术。先后在安微临泉，河南龙宇，山东鲁西下各两个。辅助测温点十二个，分别测缓腔、盘等地建成并投产，装置分单炉日产720t和1 500 t管、支撑板温度，以辅助判断气化炉的运行情两种炉型，临泉最长连续运行时间达到156d。况。经过一段时间运行，炉膛上部的测温点最易损坏。我公司2008年原始开车时，最高显示温1航天炉的结构特征度1800C，超过设计温度100C，根据对气化航天炉由烧嘴、气化炉燃烧室、激冷室及承.炉内部检查结果，发现渣层严重破坏，水冷壁烧压外壳组成。其中烧嘴为点火烧嘴、开工烧嘴和穿，炉膛上部测点运行不到一个月就被烧坏。粉煤烧嘴组成的顶烧式组合烧嘴。气化炉燃烧室用热电偶测温较准确，但费用高，使用周期内是膜式水冷壁结构，其主要作用是抵抗1 450短。气化炉运行后期，则不能使用和参考。~1700 C高温及熔渣的侵蚀。为了保护气化炉2.2CO2和CH4判断法.压力容器及水冷壁盘管，水冷壁盘管内通过中压粉煤和氧气、蒸汽在气化炉内反应后，生成锅炉循环泵强制维持水循环。盘管内流动的水吸CO、CO2、 H2和微量CH。如果氧气加入量增收气化炉内反应产生的热量并发生部分汽化，然加，CO、H2、CH, 的燃烧就会加剧，使炉内温后在中压汽包内进行汽水分离，产出5. 0 MPa度上升。CO和CH在反应后生成CO2,造成的中压饱和蒸汽送人蒸汽管网。水冷壁盘管与承CO2含量升高，而CH,含量下降。反之，炉温压外壳之间的环腔通人流动的CO2(N2)作为保低时，CO2含量下降，CH,含量上升。所以，护气，水冷壁表面焊有抓钉并附着一层耐火材通过出口合成气中CO2或CH。含量的变化可以料。煤粉和氧气、蒸汽在1500 C的高温下瞬间判断炉内温度的高低。完成燃烧反应并生成熔融态灰渣，在回流气体的2.3蒸汽流量 判断法作用下，熔渣被甩到水冷壁表面。随着渣层厚度在无法直接测量气化炉内部温度的情况下，的增加，外表渣层就变成了熔融态，并向下流淌用汽包蒸汽流量来判断气化炉温度的高低，以及而使渣层厚度减小。当厚度降到- -定程度时，热气化炉水冷壁挂渣的情况，是一个非常行之有效传导作用增大，使熔渣温度降低而固化，渣层重的方法。由于蒸汽流量直接反应气化炉高温气体新聚积增厚。这样维持动态平衡，实现“以渣抗对水冷壁热辐射的强弱，气化炉温度的变化很快渣”，保护水冷壁免受高温烧蚀和熔渣冲蚀。就会表现为蒸汽产量的变化。所以，此种方法判渣层的厚度主要取决于炉内温度，炉温的波断炉温，响应时间短，最为真实可靠，也是炉温动会造成渣层厚度的变化。过厚的渣层会使气化控制的重要依据。炉下部堵渣而停车。过薄的渣层会失去对水冷壁利用蒸汽产量来判断和控制炉温时，有一个的保护作用。鉴于炉温对气化炉的重要影响，对缺点，就是容易出现失真。所以要求蒸汽流量计其准确的测量和判断就极为重要。由于气化炉内指示必须真实、准确、灵敏，不能出现假数据。部处于4.0MPa高压和1500C的高温状态，常我公司1#系统，由于是第一.套试验设备，对蒸规手段无法直接测量温度，只能通过-些间接手汽流量的估算不足，流量计量程过大，小流量不段来判断。一般采用间接测温法，CO2、 CH,含能正确显示，操作时可根据蒸汽外送阀门的开度量，以及蒸汽流量、合成气流量等方法判断。来判断蒸汽流量的大小，只是反应稍有滞后。2.4 合成气流量判断法2气化炉温度的判断合成气流量，--般作为辅助方法来判断炉温2.1热电偶 间接测温法的波动。在氧负荷一定的情况下，一般合成气流由于气化炉内温度较高，无法直接测出炉膛量是在一个范围内平滑的小幅度上下波动(排除内的温度，一般热电偶不直接插人炉膛，而是插流量计失真现象)。如果合成气流量短时间内突在耐火材料中，防止炉内高温气体的直接辐射,然增大或降低，则说明气化炉内的温度出现波保护热电偶，以延长热电偶的使用周期。通过热动，造成合中国煤化工致使合成气电偶显示的温度趋势来判断炉温的变化。气化炉流量趋势I:MYHCNMHG主要测温点有十个，上锥段四个，炉膛上、中用这种方法判断炉温，会出现一定的偏差，.第4期郭兴建等:航天粉煤气化炉的温度控制●15比如煤质的波动，是在操作中无法预知的。煤中4稳定炉温的措施碳含量的变化，挥发分的变化，也会影响合成气量的变化。特别是两种或两种以，上的煤掺烧时，4.1稳定入炉煤质实现完全匀质化比较困难，对合成气量的变化影稳定气化炉温度，人炉煤质是非常关键的- -响更大，这主要是根据操作人员在长期的操作中环，只有保持人炉煤的品质一致，才能保证其灰总结出的经验进行有效判断。熔点和粘温特性的稳定。两种或两种以上的煤混除以上方法外，气化炉的温度还可以根据气烧，在人炉前必须保证混煤的均质化。为此，必化炉的渣口压差，水冷壁盘管内的水密度，气化须建立相应的配煤系统，同时保证煤源的稳定。炉压力的变化，气化炉液位，合成气的出口温度我公司从2008年系统运行以来,试烧了十几等判断，进行辅助控制。种不同的原料煤,进行了多种掺烧配比探索，目前2.5小结主要掺烧的煤种有神木煤.新疆煤、晋城煤末,并由于对气化炉内部温度的测定是间接测量，在此基础上添加了石灰石(助熔剂)。前期掺烧过无法迅速、直观地进行判断，只靠单一的一种方一段时间的榆神煤,其灰渣粘温特性较差,对炉温法，容易出现误判，给生产带来隐患。所以，在的控制非常苛刻,不允许超过50 C的波动,最终实际操作中，必须结合3种或3种以上的方法进造成炉内严重积灰，下渣口堵,迫使系统停车。行综合判断。使用不同的煤种，石灰石的添加量要随之变化。两种以上的煤混烧，可不添加石灰石，但其3气化炉的温度控制灰熔点不允超过1400 C。航天炉是顶烧式烧嘴，气化炉的温度是因为O2和C反应放出热量煤灰熔点过高，不利于气化炉顶部的挂渣。形成的。所以气化炉的温度控制，实际上就是4.2 稳定粉煤管线流量O2/C的控制。控制O2/C-般有以下方法。粉煤输送过程中，流量的不稳定容易造成人.(1) 由CO2分析仪/控制器进行比率的自动炉氧煤比失调。要保证煤粉管线稳定，即要保证控制。粉煤的密度和速度稳定，所以，粉煤的悬浮和流(2)由CH分析仪/控制器进行比率的自动化效果必须稳定，在气体输送下，使粉煤均匀分布。这就要求粉煤的水分、粒度，输送气体量，(3)手动调整比率。必须严格控制，以防止流量计工作不正常。(4)自动设定比率值，这在开车阶段适用。4.3保证 气化炉压力的稳定比率控制信号通常对于3个粉煤管线是相等粉煤输送与气化炉保持0. 7~1.0MPa的压的。差。炉压波动会造成压差变化，粉煤流量波动，正常运行，较理想的是采用间接调节方法中人炉氧煤比失调，同时也会使烧嘴火焰长度发生的控制合成气CO2(CH、)含量的方法来调节。变化，不利于炉温调节和水冷壁挂渣。在开车期间，或者严重失调期间(通常只有4.4保证入炉氧气流量的稳定.在CO2和CH。两个分析仪均失效时)直接调整稳定的氧流量是稳定氧煤比的基础，氧流量O2/C.波动的原因主要有空分氧气输送波动，气化炉压利用CO2和CH,控制，主要是根据CO2随力不稳定,氧气调节阀的精度差。氧流量波动会O2/C的增大含量上升，CH。则下降，O2/C下使人炉煤粉、蒸汽产生波动,不利于炉温的调节。降将表现为相反的规律。我公司由于是全国第一台航天粉煤气化炉，5结语开车时没有相关的实践数据，致使CO2和CH .鉴于炉温对气化生产的重要性，要求对其进的一些比率曲线无法置人系统，目前主要采用直行精确和平稳的控制。由于气化炉温度只能间接接O2/C控制法。这种控制方法，最大的缺点，判断，这刻中国煤化工不断积累经是操作中的调节幅度不易把握，对炉温的调节反验，对出现MHCNMHG采取改进措应滞后，对操作人员的技术要求高。施，这样才能实现气化装置长周期稳定运行。