浅谈煤气化炉中分析系统的设计及选型

第50卷第5期石油化工自动化Vol. 50, No. 52014年10月AUTOMATI0N IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYOte, 2014浅谈煤气化炉中分析系统的设计及选型焦慧娟,李涛(华陆工程科技有限责任公司，西安710065)摘要:随着煤化工技术的日趋成熟，在线分析系统较多地应用到设备质量的测量诊断当中。概述了煤气化装置在线分析系统的设计及选型要点,针对不同的工艺检测要求选择合适的分析仪表。介绍了分析系统中的采样探头,预处理系统.在线气相色谱仪的结构.原理及应用，就如何采取有效的预警维护,有效地预防分析系统的隐形故障进行了阐述,保证了分析系统的稳定运行。关键词:煤气化在线气相色谱仪采样探头预处理系统 分析小屋中图分类号: TP273文献标志码: B文章编号: 1007 - 7324<2014)05 - 0025 - 04Brief Discussion on Design and Selection of Analysis System in Coal GasifierJiao Huijuan, Li Tao(Hualu Engineering & Technology Co. Ltd. , Xi'an, 710065, China)Abstracts: With development of coal chemical technology becoming mature, on- line analysissystem is being more and more used for equipment quality detection and diagnose. The keypoint for design and type selection of online analysis system for coal gasification plant isoutlined. Appropriate analysis instrument needs to be selected based on different processdetection requirements. Sampling probe, sample pretreatment system, structure, principle andapplication of on-line gas chromatograph are introduced. The mean on how to adopt efficientpre maintenance to prevent potential malfunction effectually for analysis system is expounded.It ensures stable operation for analysis system.Key words: coal gasification; on-line gas chromatograph; sampling probe; pre treatmentsystem; analyzing house在石油、化工的生产过程中,为了控制化学反料浆,用泵加压后送人气化炉,与空分装置来的应和确保安全生产,通常需要使用在线分析仪,例氧气混合,在加压的情况下，煤中的碳被部分氧如工业质谱仪.工业气相色谱仪、热导式气体分析化,生成H2,CO, CO2,H2O以及CH,H2S等气仪.红外线气体分析仪等。通过这些成分分析仪的体。由于气化温度较高(1 350~1 450 C),大部分析,不仅能及时准确掌握装置的生产反应状况，分煤中的灰渣呈熔融态流出,在气化炉底部用激控制产品质量,还可以通过成分分析反应装置的安冷水降温后凝固,经过锁斗排人渣池,粗渣用捞全情况,巧妙地掌握部分无法检测的装置安全问渣机捞出后送出厂外。降温后的气体经气液分题,以下以工业气相色谱仪分析系统在煤气化炉中离器分离出夹带的水分后,形成粗煤气送往文丘的应用为例说明其拓展应用。里洗涤器洗涤后进入洗涤塔,进- - 步洗涤气体带1煤气化工艺特点概述出的尘粒,最后送往变换工序。气化炉激冷洗涤煤化工项目,首先需要解决的是煤的气化问水和水洗塔洗涤排放出的黑水以及渣池中的黑.题，目前国内煤气化炉有多种工艺包,较为成熟的水送人灰水处理工序处理后循环使用。简单的有德士古炉壳牌炉、航天炉等,各种气化炉均为高工艺流程如图1所示。温、高压工况。以某甲醇项目中3台气化炉为例来说明分析系统的选型设计,其采用的是西北化工研究院的稿件收到日期:中国煤化工2014-08-13. .多元料浆气化专利技术,生产方法:将原料煤与作者简介:MCHCNMHG04年毕业于空军工程大学电讯工程学院通信工程专业,获学士学位，就职于华陆工水在磨机中研磨,得到煤的质量分数约为60%的程科技有限责任公司从事化工仪表设计工作,任自控工程师。26石油化工自动化第50卷煤助溶剂氧粗煤气去变换系统磨煤I水煤浆气化水处理炉渣图1煤气化简单 工艺流程示意2仪表选型原则好坏的重要标志。COr体积分数高证明气化炉温该甲醇项目中,3台气化炉的烧嘴质量、换热度偏高,CH4体积分数高则证明气化炉温度在下器质量、炉膛温度以及粗合成气成分控制需要进行降。因此,检测粗合成气中的CO2及CH4 ,来间接在线质量监测。控制炉膛温度是必需的;该点选用精度较高的色谱1)烧嘴质量的实时监测。烧嘴常年处于高仪或质谱仪是最佳选择,因红外分析仪各组分之间温高摩擦工况状态下,寿命较短,属于装置消耗部有相互干扰，极易造成测量不准确。选用色谱或质件,烧嘴- -旦损毁,须立即更换，否则会造成气化炉谱仪,不但测量精确,且综合成本较低(1台色谱可反应失控,装置停车;但因其处于高温、高压工况代替多台红外分析仪)，且炉膛温度是个慢反应过中,用常规方法很难检测其质量好坏。通过实时检程,采用分析时间较长的色谱仪也能满足分析时间测烧嘴冷却水中的CO体积分数来间接掌握烧嘴要求。的使用情况，是一-种巧妙的办法(因烧嘴一旦损坏，4)粗合成气成分的控制。气化炉正常运行时气化炉中CO即会渗透到烧嘴冷却水中),所以该H2+CO的体积分数在78%~82%,这是满足后.点须选用成本低廉、响应迅速、精度无需很高的分续装 置必需的条件。色谱仪或质谱仪，虽然测量精析仪,对烧嘴冷却水系统中漏人的煤气进行连续检确,但分析周期较长(色谱仪平均每个流路的分析测并发出预警。在该点选用连续红外分析仪是最时间在10 min左右),而采用连续热导H2分析仪，佳选择。因其具有极短的响应时间,能很好地满足H2的控2)换热器质量的实时监测。换热器中的冷却制需求。而控制好H2体积分数，即可有效地控制管常处于高温、高粉尘的冲击下,极易磨损破裂,一CO体积分数,因而CO用色谱分析即可。旦破裂势必造成装置停车,因而实时监测换热器中3煤气化在线分析系统的组 成冷却管的好坏很重要;但因其处于高温、高压、高腐该项目共计3套气化炉,粗合成气处于高压蚀工况中,常规方法同样很难检测其质量的好坏。(6. 25 MPa)、高温(243 C)状态,并含有部分灰,各通过实时检测冷却水中CO体积分数来间接掌握气化炉粗合成气待分析组分正常体积分数如下:冷却管的使用情况,不失为一种好方法(因冷却管H2为37. 8%, CO为39%,CO2为20. 72% ,CH一-旦损坏，气化炉中CO即会渗透到烧嘴冷却水为0.04%,H2S为1. 43% ;综合考虑各设备的分析中),所以该点同样选用成本低廉、响应迅速、精度精度、分析时间、投资成本后,选用3台热导H2分不是很高的红外分析仪,对冷却管中冷却水系统中析仪,分别分析各炉子粗合成气中的H2;选用3台漏人的煤气进行连续检测并发出预警。色谱仪,分别分析各炉子粗合成气中的CO,CO23)炉膛温度的监测。气化炉的反应,必须严和CH4;选用3台CO红外分析仪,分别分析各炉格控制好温度,但用常规方法检测炉膛内的高温、子烧嘴冷却水中的CO。高压工况,极易造成传感器损坏或因炉膛煤渣挂壁整套系统由采样探头、前级减压站、样品预处造成测量误差;计算装置出口粗合成气各组分体积理、色谱分析仪分5小易笛沿名凹成,现分别介绍中国煤化工分数,指示气化炉运行情况,指导气化炉操作,并估如下。计气化炉内的温度。粗合成气的成分是多元料浆MHCNMH GS试样高温、高气化工艺先进控制系统的主要参数,是气化炉运行压高水含量的特点,采样探头采用高温脱水冷却第5期焦慧娟等.浅谈煤气化炉中分析系统的设计及选型27型探头。该采样探头用于高温试样取样,可连续不2)前级减压站。前级减压站完成对试样气体失真地从管道中取出具有代表性的试样。探头采的初级过滤,采用- -备-用冗余过滤器“葫芦式”用列管式水冷换热器,探头温度调节至合适温度后双级气液分离装置,同时采用自动排液阀与手动排可有效降温并脱出试样中的水分，防止铵盐结晶堵液相结合的方式排除试样中的冷凝水;试样的减压塞管道,如图2所示。采用自立式膜片减压阀进行减压，可防止试样中的CO2 ,NH3等减压时结晶堵塞减压阀;并设有快速冷水出口冷水人口回路有效减少分析滞后;前级预处理设有安全阀，保护压力设为0. 2 MPa,保护后面仪表安全。3)预处理。预处理用于试样的精细处理,完成试样的稳流、稳压、脱水、脱硫等功能。该系统采@|}p~*-出口用旋风制冷、自动排液、膜式过滤等多项专利技术，利用双平衡阀实现环保零污染排放,系统中对试样采样探针水冷换热器温度计进行温压流检测,配合分析小屋远程监控系统,实图2采用探头示意现了整套系统的远程监控功能,如图3所示。低压火炬排放大气排放试样试样入口析仪面PG)典团团团废液排放仪表空气低压蒸汽进出口图3预处理系统示意4)色谱分析仪。根据待分析的试样成分,固定色谱试剂与其载体按-定比例配比填装,其配比及相中的色谱试剂可选择极性试剂或非极性试剂,且柱长度将决定试样的分离度,如图4所示。体积分数，%↑组分DA中国煤化工. 试样注入.分析周期YHCNMHG图4色谱图示意