高温煤气化炉的研究分析

科技资讯2010 NO.31SCENCE & TECHNOLOGY NFORMATION工业技术高温煤气化炉的研究分析白宏伟(机械工业第六设计研究院郑州450007)摘要;据专家预测,2020年前我国煤气化炉的市场需求数量将达到2250,煤制油 .煤制烯烃.合威氛等煤化工产业正在日益兴起,这些.常来大量的大型煤气化炉加上我国占全国煤炭总储量20%左中的高殖煤,如果要获得清洁.高效的利用，也要$气化技术来帝领。都需要大量的大型煤气化炉,加上我国占全国中图分类号:TB4文献标识码:A文章编号:1672-3791(2010)11(a)- -086-022000年10月19日到27日,灰熔聚流化床化炉的变 质程度从低到高的煤需要很高的区域的还原区 ,不过整个炉内是还原气粉煤气化制合成氨原料气工业化示范装置要求， 包括:长焰煤、不黏煤、弱黏媒、年老氛， 供氧不是很充足。气化介质和煤粒在开车成功,稳定持续运行120个小时,生产的褐煤、 气煤.贫煤、焦炭和大部分无姻煤炉内的停留时间很短,运动速度很快,所合格原料气间合成氨生产系统中输入70个等。 国标《常压固定床煤气发生炉用煤技术以接触和反应的时间也很短 ,约在一秒之小时，工业化示范成功,这个项目示范的成条件》中 对于常压固定床气化用煤都有标内可完 成,一般设计会设计停留时间在三功,标志着我国自行开发新一代煤气化技准要求。随 着煤炭开采技术的提高,小煤窑称到五秒间。最早的工业化气流床煤气化术的水平已达到了国际先进水平。关停.机采率越来越高、块煤越来越紧缺，炉出 现在1952年的联邦德国，由工程师F.导致碎媒与块媒的差。.托切克开发.我们在20世纪60.70年代也曾1煤气化炉的特点及煤种适用情形分析1.2流化床在山东、新疆等地做过工业化试验,但因目前,高温煤气化炉可以根据床层的当气化用煤的粒度减小到-定程度、为存在耐火砖的寿命短、 排渣困难,碳转特点分为“固定床(也叫移动床)”.“流化床气化介 质的流速不断提高，就会形成煤粒化率低等问题,没有取得成功。.(也叫沸腾床)".“气流床"三类。从煤气化技被吹起.像沸腾一样悬浮在半空的“流化"对于水煤将进料耐火砖炉壁的气流煤术的发展历程来看,三者的关系是从先到状态,这就是 “流化床"名称的起因。理想流气化炉来 说.较适用的煤粒-般是灰熔性后的逐步发展、演化，每个炉型都有从常压化状态 要求气流向的的速度和煤粒悬浮的温度较低.成浆性好.灰分低.活性比较高操作到加压操作的发展，而且每个炉型的力度还有煤粒的重力基本平衡,大多数粒.的不黏煤、气煤、长焰煤、弱黏煤等,而原理，都是主要依赖于以下几个基本的化度均匀、大小适 合的煤粒悬浮在下部,形成低阶 煤则较难使用。而流化床煤气炉用煤学反应如下。.密相区,这个区域就是流化床的主体.而相粒,目前还没有国家标准。主要一次反应:对较大的颗粒会沉落到炉底,较小的顆粒(1)C+O,→CO,(放热反应)则被气流带到出口排除.流化床煤气化炉2 各类煤气化炉工业化难 易程度分析(2)2C +02→2CO(放热反应)的主要床层从下而上分别人:灰渣区、密相固定床和流化床所用煤粒一般是从(3)C+H20→C0+ H,(吸热反应)区、稀相区。气化介质和煤在炉内的运动速上部加入，然后向下运动的，而气化介质(4)C+2H20→CO,+2H2(吸热反应)度较快，停留时间只有几分钟到几十分钟，是则是从相反的方向 ,即从下部进入,向主要二次反应:相对比较短,所以接触和反应的时间比较上运动,导致煤粒和气化介质的运动是(5)2CO+02- +2CO(放热反应)有限。相对的。气化炉要正常运行,气化介质和(6)CO,+C→2CO(吸热反应)流化床煤气炉的特点决定了他对煤粒燃料必须在煤气化炉的水平截面均匀分(7)CO+ H20→CO,+H,(放热反应)的要求较高,只有活性高的煤才能反应完布,否则会出现烧穿.偏炉等情况。在气.1固定床全。水份含量太高,容易粘连无法输送,干化炉直径较小时很容易做到，但当放大最早用于工业化的是常压固定床煤气燥 和气化的过程会耗时过多,所以导致只到工业化生产中时,直径会中大, 所以布发生炉，主要做为燃料气使用，从顶部加入有少数煤种 能满足他的要求,比哪褐煤,不风和加煤就成了最大的难点,而且在流煤.空气,水蒸气.氧气等气化介质,从底部點煤、长焰煤等。化床放大时,不能使用筛板布风，只能调鼓进炉内。为了保证料层的孔隙率(透气历史上最早的工业化流化床煤气化炉，整.分布气化剂的喷嘴改善布风的均匀性),对于煤块的粒度要求有较大的局限是在1926年由德国 F .温克勒开发出的温性,当生产负荷有所变化时，气化介质量性。为了增加单台炉的产气量,提高气化强克勒气化炉,在20世纪50.60年代,我国吉林的变化也有改变气化炉正常流化状态的度，固定床煤气发生炉采用了增加气化压化肥厂、 兰州化肥厂都曾使用过,后由于烧可能，所以固定床和流化床是比较难以力的方法一加压 气化鲁奇炉。因为合成氨煤改烧油而停用。近年又有几家从朝鲜引工业化的两种炉型。的生产需要纯度较高的一氧化碳和氢,所进改进后的温克勒炉,目前国内有几家化而气流床所用的燃料和气化介质是以这种煤气化炉采用了间歇制气的方法，肥厂 .焦化厂在使用。同一方向加入的,不管是向下还是向上即中小化肥厂常用到的水煤气炉，在吹风1.3气流床运动，气化介质和燃料的方向都是一质阶段主要进行反应。当气化介质速度再提高.煤粒度再减的，而且粉煤和水煤浆喷出后雾化、旋转，这两种反应可以提高火层温度,积蕃速小时 ,煤粒就会被气流吹起穿过气化炉很容 易在炉内就分布均匀了,并且磨煤热量,再用比较高压力水蒸气吹人炉内,进到达出口，形成气流床,而真正的气流床的粒度较小，反应速度较快,几秒钟就可行反应,以利用得到纯度较高的一氧化碳是水煤浆或者煤粉随着气化介质一起,从以完全反应离开气化室，因此即使炉型和氢。固定床煤气化炉内的主要床层从下烧嘴中 喷涌而出的,所以气流床一般又叫放大了 ,气流床也比固定床.流化床容易，而上分别为:灰渣层.氧化层.还原层、干馏做射流床.气流床气化炉内不中国煤化工小炉型的运行情况基本层和干燥层,气化介质和煤在炉内停留的者流化床那样有明显的层次,时间比较长,运动的速度比较慢,所以接触化介 质和煤粒很快就会穿过划YHCNMHG和反应的时间比较充分。同的炉型也有不同的设计考虑。可以分为3 各类煤气化炉的效率分析从固定床的特点可以看出,这种煤气烧嘴附近的氧化区,即火焰区,还有其它气化炉的气化效率对于化工企业的经86科技资讯SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONSCENCE & TECHNOLOGYI32010NO.81科技资讯工业技术营及效益有着极大的影响。而影响气化效它已知关系,确定被测量值.这种方法就悬事的因素一般是碳转化率(其表现为渣.灰4煤气化炉温度测量的方法间接删量法。这里的间接测温技术就是参中的含碳量),还有系统的保温效果和换热煤气化炉的温度是研究煤气化效率的照这一原理,结合煤气化炉的特点来进行效率,在实际生产中,冷煤气的效率也是至重 要参数,所以下面我们来看下煤气化炉开发 研究的.利用传热的原理,测量冷却剂为重要的一个因素。一般常压固定床气化温度的测量方法。进出口温升的变化，还有带出的热量,间接炉，因为是在灰熔融性温度以下的温度气4.1直接测温法测出煤气化炉内的温度。设计一种容积式化的，煤块有一定的粒度，所以很难把整块直接测温法利用热电偶直接测量气化冷管间接测温 探头,插人气化炉内,通入冷媒完全气化.灰渣含碳量在10%-15%左炉的温度 ,在运行初期,或者新原料、新装.却剂，通过剩量冷却剂的压力.流量.温度右,使用块煤带出的飞灰量相对较少。虽然置业条件下,必须按照这种方法来直接测等技术参数,找出与煤气化炉内膛温度场灰渣中含碳量较高,不过因为生成的热煤量炉内的温度 ,以便后续用于指导气化炉的关系,通过对传、比较.热过程及其它参气与加入的热灰渣.煤及气化剂有很好的的工艺操作。数的对比，找出其中的函数关系，然后建立.逆流换热效果:炉渣离开气化炉时的温度(1)气化炉一般选择“铂铑一铂铑" 热电数学模型。约350C ,煤气约500C，所以固定床连续制偶, 它的长期工作温度-般在1500C ,短期4.3经验测温气冷煤气效率可以达到约70% ,而歇制气冷可达1700C ,总范围在600 ~ 1500之间,精度主要有两种途径,一种是料浆和氧对煤气的效率有60%,主要是因为吹风气有损为正负0.5%。还有-种抗氧化钨铼热电偶，比测温，另一种是测量气体成分.因与实际失，换热效果不佳。电极丝熔点高,强度大.灵敏度高，热电势操作经验相关,故此处不做赘述。而常压流化床煤气化炉,对于煤种的大，最重要的是价格便宜,属于高温测试领粒度要求范围较宽,所以带出的小粒粉煤域中比较有市场前影的测温材料。现在国参考文献比较多,炉渣中的含碳量可以达到10%~内巳具备使有钨铼热电偶的成熟技术,寿([1]强军锋，等.新型煤气炉内温度场影响15%,带出物的含碳量可以达到20%~30%，命比铂铑系列长一到两倍,但价格却只有因素研究[J].煤碳转化.2006(4).炉渣离开气化炉的温度也较高，约300C，他的一半。[2]程林生.国内外煤气化炉的特点及在煤煤气及带出物的温度也高,大概在1000C左(2)保护管.热电偶测温时保护管发挥化工领域的应用[J].山西化工,2008(8).右，所以综合以上各方面可以看出,流化床着至为重要的作用.热电偶是否可以长期[3] 林器.煤碳气化工艺学[M].大连工学院的冷煤气效事较低,只有60%。使用有一个重要的因素就是保护管的材料教材,1983(6).气流化订由于煤种较细、均匀,并且在性能， 在煤气化炉测温过程中.保护管在长[4] 贺永德.现代煤化工技术手册[M].北熔渣状态气化的情形下.煤中所含的碳基时间在高温高压条件下,不仅要抵当压力、京,化学工业出版社, 2004(11).本上可以完全反应,所以碳化率较高。一般温度的霖然变化，还要承受炉内物料的冲水煤型的气流床煤气化炉,碳转化事可以刷，这对保护管的性能是个很高的考验,要达到92%上下班，炉含碳量约5%,飞灰中含求保护管有很高的性能指标才可以。碳量约25%,冷煤气的效事约70%,干煤粉型4.2 间接测温法的碳转化率在98%左右.炉渣中的碳含量只这种测温法原理如下:直接测出被测有2%左右,冷煤效率可以达到80%。量对象有已知关系的各项参数，再通过其(上接85页)矿主井箕斗设计满载值32t,实际最大提升提升机箕斗“煤未卸尽"问题进行保护设计在Network 1中 ,在主提升机司机操作量不得 超过40t,超载范围不得大于8t.现将后,系统运行的稳定性和安会性得到大大台上取一按钮,作为“功能投入”钮。当全自IN2定 为8,当MD634的值大于8时,复位线的提高， 减少了运行故障和停工工时,节省动提煤时,将功能钮投人。利用MS00.0作为圈M426.5接通,通过MPI网将故障点传到了人力和物力.提高了运煤能力,安全和经此功能的自保点,作为当Network5中的故WINCC中, WINCC界面显示故障信号。济效益得到显现。障点426.5输出时复位用。利用Ms00.0作为同时在Network 6中的常开 点M426.5此功能的自保点，作为当Network5中的故断电,当PLC可编程控制器中的FM4S8模块参考文献障点426..5输出时复位用.见图2.计算出副箕斗C2的实际位置在装载到位上[{1]高素芹.主井提升机非正常情况下卸煤在Network 2中.当主箕斗C1或副箕斗限 与下限之间时,即C2到停车位时系统将不净的技术改造[J].中国矿业, 2009(9).C2在装载位时,将储存在“MD1118"差重值复不给到位信号 ,定量斗停止向C2中装煤.提[2]边军,张登岭.主井提升系统可靠性技制到地址MD630中,可把MD630和MD1118升机解除自动提煤运行。.术改造[].矿山机械，2007(3).分別理解为上一钩和本钩提煤时两箕斗的[3] 莫其华.PLC与上位软件组成的自动配差重值.4上位机界面煤系统设计[J].电气应用. 2007(6).在Network 3中 ,假设C2在上勾中有煤上位机通过WINCC监控系统对系统可[4] 沈惠霞,朱真才,耀亚军,等.主井提升未卸尽,现在C1中被装入32t煤,C2由卸载进行绞车运行状态显示.故障监视报警,并系统增大提升能力的技改方案探讨[].站向装载站运行，当系统检测出MD1118与且对于所需记录的运行状态及报警都可以矿山机械，2005(3).MD630的值不相等时.将它们进行减法运进行记录。当功能投入确认后,如未出现[S]苗贺军,郭广生,吴登庆.等.主井提升.算。此时,运算输出值存在MD634中的值为“煤未卸尽”故障,故障指示灯将-直显示系统技术改造浅析[J].矿山机械，2006负值。为绿色,反之,将显示红色.如图4.(2).在Network 4中,我们把MD634里的值5结语取绝对值,目的是与NetorkS中的自定义常量1IN2进行比较。见图3.主井提升机卸煤不净，造中国煤化工在Network 5中的IN2为超载范围,此 载位置 二次装煤,是很多煤矿值用户可以根据现场需要自行设定。顾桥遇 见的情况,采用PLC技术对:MYHCNMHG.科技资讯SCIENCE & TECHNOL OGY INFORMATION87