提高水煤浆气化有效气成分的途径

2013年2月去Feb.2013第36卷第1期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 36 No. 1提高水煤浆气化有效气成分的途径王鼎,李辉,刘丽娜,秦超陕西延长中煤榆林能源化工有限公司,陕西靖边718500)摘要:通过对多元料浆气化装置中A、C气化炉运行情况的对比,找出影响有效气(CO+H2)含量的主要因素是烧嘴结构和煤浆浓度,提出调整烧嘴喷口尺寸改变中心氧量、烧嘴压差的改进措施,提高工艺气中有效气含量关鵪询:有效气烧嘴压差氧煤比煤浆浓度1工艺概况2012年6月18至6月28日,A、C气化炉满陕西延长中煤榆林能源化工有限公司年产负荷运行平稳,投煤浆量均为90m3/h,在相同运行600kt/a煤制甲醇项目气化装置采用西北化工研时间下,A炉有效气(CO+H2)含量明显高于C炉究院多元料浆气化技术,设计两开一备共3套(A、(见表1),其中,CH含量变化不大,H2含量C炉稍C炉开,B炉备),气化压力65MPa,装置于2011高于A炉,说明影响有效气含量主要是CO含量年10月首次投料,经过半年试车至今运行正常。波动引起的豪1A、C炉工艺气组成体积分数,%ArtnoCO,CHCH2时间A炉C炉A炉C炉A炉C炉A炉C炉A炉C炉A炉C炉2012-06-1813612517.2419760.170.14466041.8934.1336.36020.32012-06-200921.17175021.160130.1246.10383334.753852201206-220.53029183721420.110074441.18358736.54032012-0624140142177620.900.110.1244.5441.6335.5935330.32012-06-2612710417.751.130.11454038.8334853630.3201206-280.490.96184521580.120084713383333.1138.350.3通过对2套气化炉10d内的主要运行数据记变化;随着氧煤比增加,一部分碳完全氧化生成二录,从气化炉温度、氧煤比、中心氧量、烧嘴压差、氧化碳,使煤气中的有效气成分降低煤浆浓度、氧气量等工艺条件对比分析,期望找到影响有效气含量的主要原因。2工艺条件分析21氧煤比炉温日期(2012-0图1为2012年6月18至6月28日A、C炉图1A、C炉氧煤比(多次记录取平均值)氧煤比多次记录平均值。从图中可以看出,C炉氧煤比较A炉高一些,这与C炉总氧气量高有关,但收稿日期:2012-08-08;收到修改稿日期:2012-12-30。作者简介是两炉氧煤比变化趋势一致,这与空分系统每日Q.年1日出生助理工程师,2011年毕业于内蒙中国煤化工究生,现在陕西延提供的总氧气量、氧气纯度有关。许多实验研究数长中煤榆林能CNMHG工作。联系电话据表明,当氧煤比增加到一定值后,碳转化率不再1839142191:E-mil1w108108@163cm。16大瓦做2013年第36卷从表1知C炉的CH含量略高于A炉,但是总氧气量大,但是雾化效果不好、炭燃烧不完全,相差不大,这与图2两炉的炉温相差不大相符合。碳转化率低,有效气含量低。气化炉内燃烧份额增加气化温度升高,由于煤气表2A、C炉部分运行工艺参数(多次记录取平均值)化反应过程中的C与CO2的反应为吸热反应,高项目A炉温有利于反应向正方向移动,合成气中CO含量升总O2量/(m3h)43518高。由于C炉总氧气量大于A炉,当氧量过剩时中心O2量/(m3h-)72515777多余O2会与合成气中可燃成分H2、COCH反应炉压/MPa6.10生成CO2和HO,所以导致Co含量先增加后又减烧嘴压差MPa少。A炉氧煤比低,CO含量高,说明在二次反应煤浆管线压力/MPa中参与的O2量小,因此比氧耗低,气化成本低,这是气化装置的最优选择。1360◆A炉1340一C炉日期(2012-06)图3AC炉渣残炭量日期(2012-06)烧嘴压差=煤浆管线压力气化炉压力。由表2图2A、C炉温(多次记录取平均值)可知,C炉烧嘴压差大于A炉,A、C炉中心氧的阀22中心氧量、烧嘴压差门开度相同,均为40%,然而中心氧气量相差近烧嘴是水煤浆气化炉的核心设备,其功能有1500m3h,原因可能(由于影响中心氧气量的主要二:一是雾化煤浆;二是与炉体匹配形成适宜的流原因是烧嘴喷口尺寸和结构,但是也不排除其他场③。西北化工研究院多元料浆气化技术采用“三原因)是烧嘴喷口尺寸和结构不同,导致C炉烧嘴通道预混式烧嘴”,设计中心氧气占总氧量的15%气阻大。同时烧嘴几何结构同样影响二次雾化过20%中心氧能提高氧气和多元料浆的返混程度,程,二次雾化主要取决于气液间的相对速度,相外环氧能减轻多元料浆对炉膛内壁的冲刷磨损烧对速度的大小在气液物性一定时取决于反应器内蚀,中心氧的另一个主要作用是利用其出烧嘴后的流场,因此,烧嘴喷口结构对二次雾化进行的程与炉膛内的压差所产生的流速,牵引烧嘴的火焰,度起着重要作用,从而在一定程度上影响着雾化使气化反应区域在炉膛内达到一个理想的范围4。性能。另外,可能由于雾化角度和火焰的长度不中心氧量不能太小,否则达不到对煤浆的稀释和够,气化炉的空间不能充分有效的利用,气化效率加速作用。按照于遵宏5等提出的气化炉内三区模降低。型,即射流区、回流区与管流区,三区存在两类化烧嘴几何结构的作用是尽可能地减小液体束学反应:一次反应(燃烧反应)、二次反应(气化反的直径或液体膜的厚度,影响气流速度和射入角应)。一次反应区主要进行反应(1),二次反应区主度,从而达到雾化煤浆的目的,因此,改变烧嘴结要进行反应(2)构是改变雾化效果、提高有效气含量的主要手段液滴蒸发的气相产物O2之煤中的挥发分CO2+H2O(1)残炭游离碳CO2CH、H电气华CO+H(2)3煤浆浓度表2中A、C炉中心氧占总氧气量为166%图4为A、C炉的煤浆浓度比较,从图中可以12.8%,C炉明显偏小,不符合设计值。由于C炉中看出,A炉煤浆浓度平均值比C炉高约1%。经验心氧量小影响煤浆稀释、加速作用和返混程度,导表明,煤浆浓度增加1%,有效气增加0.5%以上。致二次反应区负荷过重,不能完全气化,残炭和煤浆浓度升中国煤化工CH、CO2含量CO2没有充分反应因此C炉有效气含量低、残炭随煤浆浓CNMHG随煤浆质量分量高,与图3中A、C炉渣残炭数据相符。虽然C炉数的增加而增加9这是由于入炉煤的质量增加会第1期王鼎等,提高水煤浆气化有效气成分的途径使C+CO2=2CO和C+H2O=CO+H2的反应量相对增5结论大0进入气化炉的水煤浆,只有小部分水参与化对A、C气化炉满负荷运行中的主要工艺数据学反应,大部分水都被蒸发掉,而蒸发水分所需的进行记录分析,总结出影响有效气含量的主要因热量是通过煤完全燃烧提供的,这样氧耗就会增素是烧嘴和煤浆浓度,通过调整烧嘴喷口尺寸改加;另外,在煤完全燃烧提供热量的同时,产生CO2变中心氧量烧嘴压差,可以提高工艺气中有效气和HO等大量无效气体增加了煤耗。所以煤浆浓含量。另外对煤浆粒度进行严格控制,选择适合的度对合成气组分和单位煤的产气率起着决定性作添加剂提高水煤浆浓度,使有效气体含量增加。用,应尽可能维持在指标上限影响水煤浆加压气化工艺气组成的因素很多,通过日常生产过程的数据进行分析对比,得出◆A炉些经验性结论,期望相关厂家和同行技术人员求副兴C炉就此问题能够给予关注,提出更多提高有效气含量的途径。参考文献日期(2012-06)[]林玉波主编.合成氨生产工艺[M].北京:化学工业出版社,图4A、C炉煤浆浓度2011:27-28.由于A、C炉使用相同的添加剂,煤浆的黏度[2]乌晓江.高灰熔点煤高温、加压气流床气化实验研究与数值模拟[D]上海:上海理工大学,2007:7差别不大,C炉煤浆浓度低的原因可能是粒度过[3]侯丽英.德士古双通道喷嘴雾化性能研究[D].上海:华东理细。为了证实这一点,查阅6月18日至28日煤浆工大学,1993:4粒度分析数据发现,C炉大粒度分布略低于A炉[4]吴纯马.影响多元料浆工艺烧嘴长周期运行因素及对策[虽然影响煤浆浓度的因素很多,但是粒度的影响中氮肥,2011,7(4):51-53也至关重要。[5]于遵宏,肖克俭,沈才大德士古气化炉冷态流场数学模拟[J.材料化学学报,1993,21(2):191-198[6] Arthur Heny Lefebvre. Atomization and Sprays[M]. New York:4改进措施Hemisphere Publishing Corporation, 1989: 89-96.停车检修时选择A炉烧嘴作为参照,以A炉[7]周炜星,刘辉,吴韬,等气流式喷嘴雾化过程的分形特烧嘴喷口尺寸作为标准更改B、C炉烧嘴。更换后征及液滴分裂模型[J.非线性动力学学报,2000,8(2):90发现B、C炉中心氧量明显改善,烧嘴压差达到设计值,有效气含量有了一定的提高对B、C炉磨煤85#样静,刘军.煤炭气化工艺M.北京:化学工业出版社,2004:10-20.分布,选择多个厂家生产的添加剂进行试用对比,9王柳臣气流床气化过程研究01,上,华东理工太学,找到了适合于所用煤种的添加剂,将人炉煤浆浓[10]何期,金晶,张忠孝,等,水煤浆气化炉入口参数对出口度提高至59%以上。合成气的影响[J].上海电力,2009(1):74-77INCREASE OF EFFECTIVE GAS COMPOSITIONIN CWS GASIFICATIONWang Ding, Li Hui, Liu Lina, Qin ChaeShaansi Y anchang China Coal Yulin energy and Chemical Co, Ltd, Jingbian 718500)Abstract: Through comparing operation conditions of multi-component slurry gasifier A and C,mainfactors that impact effective gas(CO+H2) content were found, which were the burner structure and coal slurryconcentration. The improvement measures, such as adjusting dimension of burner nozzle, changing oxygencontent in the center, and pressure differential in the burner, to inctYH中国煤化工 in the processgas were proposeCNMHGKey words: effective gas; pressure differential of burner; oxygen coal ratio; coal slurry concentration