GE气化炉带水原因分析及解决措施 GE气化炉带水原因分析及解决措施

GE气化炉带水原因分析及解决措施

  • 期刊名字:城市建设理论研究(电子版)
  • 文件大小:767kb
  • 论文作者:孙卫国,张平旺
  • 作者单位:神华包头煤化工分公司
  • 更新时间:2020-07-12
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论文简介

GE气化炉带水原因分析及解决措施孙卫国张平旺神华包头煤化工分公司内蒙古包头 014000摘要:分析了GE气化炉合成气带水的表征现象、原因及其对稳定生产的危害性,并针对影响因素提出了两个方面的改进措施,一是从工艺指标的控制上作出调整,二是针对新设计装置气化炉结构提出了改进措施。关键词:GE气化炉合成气带水影响Abstract: The GE gasifiersynthesis gaswith water, thecharacterization of the phenomenon, causes and dangers forstable production and influencing factors for the two aspectsof the proposed improvements, one from the control of processindicators adjusted Second,the structure for the new designdevice gasifier proposed improvement measures.Keywords: GE gasifiedSyngasWateryAffect中图分类号: TQ54引言:气化炉是GE水煤浆加压气化装置的核心设备,分为燃烧室和激冷室两部分。上部为燃烧室,内衬3层耐火材料;下部为激冷室,内有激冷环、下降管、- 上升管和折流挡板等主要部件。我们在生产操作过程中时常会发生激冷室的合成气带水问题,所谓“带水”,即激冷室的水被合成气大量夹带至后续工序的洗涤塔,使激冷室内液位严重低于工艺要求值,而洗涤塔内严重超高,来不及排除,严重时塔内水与合成气- -并流向下游工序的变换炉,中国煤化工迫使变换停炉。本文就此问题进行分析和探讨。.MYHCNMH G1.装置流程简述加压的水煤浆和氧气经过特制的工艺喷嘴喷入气化炉内后,水煤浆被高效雾化成细小的颗粒,与氧气在炉内1300~ 1400 °C 的高温下发生复杂的氧化一-还原反应产生煤气,其主要成分为合成气(CO+ H2) ;同时生成少量熔渣。合成气与熔渣出气化炉燃烧室后,在下降管的引导下,进入到气化炉激冷室液面下,在此熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室锥底,经锁斗收集后排出;合成气被冷却并吸收饱和水蒸气后出下降管,沿下降管与上升管之间的环隙鼓泡上升,离开上升管后被激冷室顶部的折流挡板折流,由激冷室合成气出口排出, 经文丘里洗涤器去洗涤塔进一步洗涤除尘后,送变换工序。洗涤塔的补充水有三路:一路是高压灰水,由上塔盘加入;另两路为冷凝液,分别由洗涤塔的下塔盘加入。出洗涤塔的水有两路,一路是去闪蒸处理的排放水; - - 路是去气化炉激冷环上的激冷水,为气化炉的补水。下图为工艺流程简图:中国煤化工YHCNMH G氧气合成气去变换气化炉补充冷凝液水煤浆洗涤塔变化冷凝液气化炉液位调节阀文丘里k灭合成气激冷水去激冷环激冷水泵去闪蒸系统(四级) L +沉降槽不低压灰水泵溢流灰渣去锁渣系统.灰水槽2.气化炉带水时的现象与危害2.1异常现象(1) 气化炉的液位下降,低于正常的工艺指标控制。激冷水浴不能形成,不能维持正常的气化炉操作。(2)气化炉底部黑水排放量减少,激冷室水夹带在合成气流中,带入洗涤塔。(3)洗涤塔液位升高,超出其正常液位,洗涤塔补水阀关小后仍无法控制洗涤塔液位。中国煤化工MHCNMH G-3-(4) 从气化工段出来合成气温度偏高,原因有二:一方面,当气化炉带水时,合成气夹带大量的水蒸气,而水蒸气中蕴含大量的潜热,故造成温度偏高;另一方面,当出现带水时,由于洗涤塔液位偏高,由洗涤塔给水泵供塔盘冷凝液减少以及进文丘里的激冷水量减少,使得与合成气换热量减少,从而引起合成气温度升高。(5)文丘里压差增大并出现频繁波动现象。2.2带水对系统的危害2.2.1从水系统平衡角度考虑:(1)气化炉带水造成洗涤塔液位升高,系统无法补水,进而引起整个系统的水平衡被破坏。其表现:高压闪蒸罐、中压闪蒸罐、真空闪蒸罐的液位降低,导致灰水罐液位降低,严重时由于整个水系统失去平衡,会迫使停车。(2)洗涤塔液位过高,就会引起后工序变换系统带水,水淹变换催化剂,不仅导致后工序停车,而且使催化剂失活。2.2.2从工艺角度来分析:(1) 气化炉带水后,由于激冷室内直接接受自气化炉燃烧室来的熔渣、飞灰,系统内水质较差,大量灰分会随合成气夹带的水到达洗涤塔内,影响洗涤塔水质,也影响出塔合成气清洁度。(2)洗涤塔水质恶化,影响自洗涤塔抽取供气化炉激冷环激冷水的水质,长期运行会加剧气化炉激冷环结垢问题,并最终导致停车处理。(3)由于气化炉黑水向闪蒸系统的排放量源中国煤化工,管道之间MHCNMH G流量减少,从而使管道内流体流速降低,导致黑水中的灰渣在设备管道中的沉淀速度加快,严重时,容易堵塞或磨损气化炉去闪蒸系统的黑水管线,增加设备结垢,影响灰水系统 长周期、安全稳定运行。2.2.3从经济效益角度分析:(1)气化炉液位持续下降会导致操作环境恶劣,使气化炉不能维持高负荷生产,单炉生产能力下降,影响装置的生产强度,影响整个净化和合成系统经济运行。(2)设备、管道堵塞时,必须进行清理、疏通、检修、增加了操作上的困难,由于增加了劳动强度和检修费用,使运行成本增加,进而增加单位产品成本,从而影响了企业的经济效益。3.合成气带水过程理论分析合成气通过燃烧室的渣口进入到激冷环和下降管后,由于下降管内壁四周分布着激冷水形成的液膜,合成气与激冷水在并流下行的过程中即发生了传热、传质过程,部分激冷水蒸发成为饱和水蒸气进入合成气成为气相组分,合成气离开下降管后,在下降管与上升管的环隙间穿越激冷室水液层鼓泡_上升。在高速气流作用下,激冷室的液体呈膨胀状,下降管液位较低,而上升管液位较高,气流经过下降管后沿上升管与下降管间的空隙迅速上升,将液体迅速包围、分散,使液体分散成众多大小不均的液滴,并使其获得了一定速度随气流上升,此时液面上鼓,这些夹带的水液和水团由于自重还有一个沉降过程,即:中国煤化工气速+液团速度≥液团的沉降速YHCNMH G这些被夹带上来的液体有五种运动方向:一是部分夹带水由于没有足够的能量,在还没有上升到升气管的顶部时就又回落下来,返回到激冷室;二是部分夹带水撞击到上升管的内壁或者是下降管的外壁上,沿着壁面回流到激冷室;三是部分夹带水被带出升气管,但在经过折流板时由于被折流而与合成气分离落回激冷室;四是部分夹带水在向激冷室的合成气出口方向运动时碰到激冷室的内壁而沿着激冷室的内壁向下回流;五是部分夹带水最终随着合成气被带出激冷室影响后序工段。4.气化炉带水的影响因素4.1炉温炉温的高低是控制气化反应得-一个重要指标。一般的讲,保持较高的炉温,对气化反应是有利的,对提高气化炉发气量有着至关重要的作用。而炉温偏低时,气化反应速度降低,碳的转化率降低,气化效率下降,导致发气量降低,并且,渣中的可燃物含量较高,浪费了煤炭资源。但是,当控制炉温偏高时,气化炉激冷室内的黑水就会大量的蒸发,超过其炉温时的蒸发量,产生的大量水蒸气就会随着合成气进入洗涤塔,造成气化炉液位降低,洗涤塔液位升高,气化炉底部水量减少,从而产生带水。4.2氧压及系统压力一.般说来,维持较高的氧压及系统压力对气化反应有利。根据化学平衡移动原理,增加压力有利于提高化学反应速度、揭高气化效率,但是,中国煤化工TYHCNMH G氧压不能控制过高。由于工艺烧嘴是三流式喷嘴,中心枪与外环道为氧气通道,中间套管环隙为煤浆通道。在氧压过高时,中心枪内氧气喷出时,就会在气化炉内形成- - 个较长的火炬,会对激冷室液位造成较大的冲击力。此时,激冷室内的黑水会随着合成气进入洗涤塔,进而产生带水。另外,氧压及其系统压力波动过大也会造成不同程度带水。4.3气化炉液位气速-一定,若气化炉液位控制较高,气流通过激冷水浴的时间长,气流对液体的分散作用就会加剧,环流现象加强,从而导致了气化炉带水。因此,高负荷生产中, 气化炉的液位不可控制过高,否 则极易引起带水。4.4系统生产负荷企业为追求效益,往往使气化炉处在高负荷状态(为原设计负荷的140%左右运行),当负荷过高时,气量也相应增大,系统压力升高,而压力的升高又会引起合成气温度的偏高,从而造 成激冷室内大量黑水蒸发,这些蒸发的水蒸气部分夹带到合成气中带入洗涤塔,同时在合成气通过激冷环与上升管环隙时由于气流通过的间隙未改变,气速的增加也会使气化炉带水。另外,负荷增减频率快及调节幅度过大也会引起带水。4.5气速当气化炉高负荷运行,或者炉温控制偏高时,均能使气化炉发气量迅速增大,从而使气速增大,气流对液体分散作用加强,液体环流现象加剧,中国煤化工这样就导致了带水。MHCNMH G-7-4.6气化炉底部排水量从上文可以知道,气化炉底部排水量的减少是气化炉带水的-一个明显标志,气化炉带水严重时,其底部排水量甚至可以减少到零。因此,操作时严格控制气化炉底部排水是决定气化炉是否带水的一一个重要因素。5.预防或解决气化炉带水的措施解决合成气带水问题可以试着从以下几个方面着手考虑。5.1严格控制工艺指标5.1.1炉温控制在控制炉温时,操作工应及时根据煤的灰熔点分析,以及合成气分析、CH含量、CO2含量、渣中可燃物含量等主要工艺参数来进行综合判断,以便调节炉温。根据鲁南化肥厂的生产实践证明,炉温控制在高于灰熔点100°C~150"C左右,对烧嘴雾化效果较好,而且也可避免气化炉带水。5.1.2氧压及系统压力应保持氧压及系统压力稳定,不可过高。操作人员若发现氧压偏高,应立即通知调度联系空分工段适当降低氧压,同时,中控人员需相应减少中心枪氧量,减少烧嘴在炉内的喷射火焰长度,防止对激冷室液位冲击力过大,引起液位波动。因此稳定的氧压及系统压力对防止气化炉带水是有利的。中国煤化工YHCNMH G-8-5.1.3液位控制由于气化炉超设计负荷运行,气化炉液位不可控制太高,以减少气体通过的时间,降低气体对液体的分散作用,而且,处理带水时,可适当降低液位,待带水得到控制后,再逐步提高液位,但控制液位不偏低时,应保证整个水系统循环平衡,且循环量要 大,否则液位过低会改变渣的沉降过程,增加黑水的含固量,而且也会使气化炉停车。5.1.4负荷调节为使系统经济运行,气化炉均在高负荷状态下运行,但是,不能超出气化炉设计负荷太多,维持在设计负荷的130% 为宜。高负荷运行时,加减负荷频率要少,调节幅度不宜过大,这不仅能防止气化炉带水,而且对系统长周期、稳定运行也有好处。5.1.5气化炉底部出水量气化炉底部出水量的高低是判断气化炉是否带水的一个重要标志,当气化炉出水量减为零时,气体对激冷室水浴的分散作用便会加强,而且,流现象加剧,只能引起更严重的带水,保证气化炉底部有- -定的出水,水流和气流方向近似作逆向接触,使气体的分散作用变弱,这也会在一定程度上防止气化炉带水。5.1.6加大水系统循环量加大气化炉激冷水的供应量和排出量,降低激冷室内激冷水的温度,降低合成气与激冷水间两相流沸腾传热的热流引中国煤化工F=a/MYHCNMHG△t; Q表示热负荷,F表示传热面积,a表传热系数,△t表加热面的温度tw和饱和蒸汽温度ts之差),减少水沫的生成。但这需要加大洗涤塔循环泵的功率和闪蒸系统的黑水处理负荷,使整个系统的水平衡发生改变。5.2从气化炉内件改进角度考虑(1)扩大上升管的直径,加大上升管与下降管之间的环形通道的面积,降低气体的流速,减弱合成气对液相的冲击,降低夹带水的动能,从源头上遏制合成气带水的问题。(2)加大气化炉激冷室的结构尽寸,增大激冷室液面上部的分离空间,让更多的夹带水返回到气化炉激冷室的液面中。在气体流速相同的情况下,气体夹带水的动能基本相同,其分离空间大,夹带水回流到液面中的比例就多。在发生气化炉严重带水时,用降低气化炉液位的办法,相对增加了气化炉激冷室液面上的分离空间,对于减轻气化炉带水的效果非常明显。但气化炉要维持正常液位运行,所以激冷室的结构尺寸要加大。6.结论(1)气化炉合成气带水的问题对气化系统稳定运行的危害很大。气化炉合成气带水的主要影响因素有气体气速、炉温高低、氧压及系统压力、气化炉液位、负荷等。(2)为解决气化炉带水各厂家经过实践采取相应防范措施,一是严格控制工艺指标(气体气速、炉温高低、氧压及系统压力、气化炉液位、负荷的控制,气化炉底部黑水排放量),二是针对i中国煤化工户结构提fYHCNMHG出了理论性改进措施,比如扩大上升管的直径、加大激冷室液面上部分离空间。从不同的侧面解决气化炉带水问题。参考文献《中文科技期刊数据库》《关于氮肥、甲醇加压煤气化技术发展和应用》《石油化工应用》《石油化工自动化》《兰化科技》中国煤化工YHCNMH G

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