新型四喷嘴气化炉技术的发展现状

●32.广州化工2011年39卷第18期新型四喷嘴气化炉技术的发展现状鲍卫娜，祝亚荣(兖矿国泰化工有限公司，山东滕州277527)摘要:主要是介绍新型四喷嘴 气化炉技术通过技术改进以及不断优化,现今的运行状况。首先通过煤气化技术发展以及与其它煤气化技术比较概述了新型四喷嘴气化炉技术的技术优势,然后简要介绍了影响新型气化炉系统长周期稳定运行的两个关键因素,并分别针对两个关键因素烧嘴、耐火砖的改进、维护方法,以及通过优化现今使用寿命进行了详细阐述。关键词:新型气化炉;烧嘴;耐火砖Present Situation of New Four Nozzle Gasifier Technology DevelopmentBAO Wei-na, ZHU Ya - rong( Yankuang Cathay Coal Chemicals Co. , Ltd. , Shandong Tengzhou 277527, China)Abstract: The operation status que of new four nozzle gasifier technology through technology improvement and opti-mization was mainly introduced. The technical advantages of the new four nozzle gasifer were outlined through the coalgasification technology development as well as the comparation with other coal gasification technology. Two key factors af-fected the stable and long period operation of the new gasifer system were introduced briefly. The two key factors burner,refractory bricks improvement, maintenance methods, as well as optimization service life nowadys were discussed in de-ail.Key words: new gasifier; burner; refractory bricks装置,更先进的气化技术,具有生产强度大,原料转化率高,合成1新型气化炉发展 历程气有效成分高、生产成本低等优点,同时与德士古气化技术相180多年来的煤气化技术发展史,特别是近10多年来的大比,新型四喷嘴气化炉技术比氧耗比德士古低8%,比煤耗比德容量ICCC电站示范与商业化运行证明,固定床流化床相比,气士古低2.2% ,有效气(CO +H2)比德士古高2% ~3% ,碳转化流床具有较大的煤种与粒度适应性和更优良的技术性能,是煤率比德士古高2% ~3%。且四喷嘴气化炉负荷调节范围大,适基大容量高效洁净、运行可靠的燃气与合成气制备装置的首选应能力强,有利于装置的大型化,响应了国家大力号召的节能降技术。现代气流床气化的共同特点是加压(3.0~6.5 MPa)、高耗,安全环保的要求。目前国内已有十余家企业投入运行,并尚温细粒度,但在煤处理进料形态与方式、实现混合、炉壳内衬、有多家正在进行建设,同时该技术已成功走出国门,走向世界,排渣、余热回收等技术单元上对策迥异,从而形成不同风格的技具有很强的发展优势"术流派。其中包括两种各具特色的技术流派，一种是以美国 2新型气化炉运行现状Texaco技术为代表的水煤浆气化技术;另一种是以荷兰Shell 技术为代表的干煤粉气化技术。兖矿国泰新型气化炉装置自投料运行以来,经过六年多的水煤浆气化技术在世界范围内的商业化市场占有量大,技运行优化 ,运行过程中已达到了各项工艺指标合格系统状态稳术成熟,它因煤浆制备、计量输送、控制简单，安全可靠,操作压定 ,操作方便易控制的状态,单炉连续稳定运行可达80多天。力高(可达6.5 MPa)和投资省等技术特点得到广泛应用。美国.我们取得了一个个不错成绩,也在创造一-个个 新的运行记录,基能源部的近期目标是对现有技术进行完善与提高,在进一- 步降本实现 I对气化炉运行后期的可控。对早期影响系统长周期稳低成本降低风险提高效率上下功夫。定运行的两个关键因素拱顶耐火砖与工艺烧嘴的使用寿命问题我国从20世纪80年代末至今,已引进4套Texaco气化装也得到较好的解决。置,13台气化炉,还有两套引进Texaco气化装置处于设计和建2.1 工 艺烧嘴的使用寿命没阶段。经过10多年摸索与总结,我国在煤气化技术方面的研对于水中国煤化工气化技术的核心之-。究进展较快,在水煤浆及干煤粉加压技术方面已有多项具有自对喷嘴设计CNMH北滴径和分布，合适的.主知识产权的煤气化技术被开发出来或投入工业运行。雾化角;具有限对的防咱比比，北氏圳建渎运行;具有较长的使由兖矿集团和华东理工大学联合研发的具有完全自主知识用寿命等。喷嘴的理想工作状态是:一方面形成好的雾化效果产权的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术,是突破Texaco气化(平均滴径小,滴径分布好),另-方面形成有利于反应的流场，作者简介:鲍卫娜( 1982 -),女,助理工程师，主要从事煤化T研究方向。2011年39卷第18期广州化工起到良好的混合作用。喷嘴性能好坏直接影响气化反应结果、(3)通过多次对气化炉向火面砖检查总结,发现拱顶砖B砖喷嘴自身的使用寿命,关系到工艺过程正常稳定运行雾化指标至K砖蚀损过快为气化炉的薄弱点。我们对拱顶耐火砖进行了的好坏等,其运行状态和寿命直接决定着装置能否长周期经济重新设计改进,把拱顶原耐火砖一道子母槽该为两道,增加一道运行。国泰公司自试车以来,通过技术攻关不断对工艺烧嘴进砖缝侵蚀的防线。行结构改造,与运行优化,烧嘴的使用寿命由最初的不到-个图2~3为气化炉顶部封口砖改进前后的结构示意图。月,到2008年底突破100天,实现了质的飞跃, 10年再次达到150天以上,烧嘴使用寿命比较稳定,基本实现了可控状态。为了延长烧嘴使用寿命,烧嘴结构改进主要是在向火端面上焊接-块金属挡板,以减小气化炉对烧嘴盘管头部的高温侵A蚀。同时着重从以下两个方面下功夫:(1)加强设备维护保养,精心操作精心维护,严格控制烧嘴A1维修质量,安排专人负责。烧嘴的维修质量是确保长周期运行的前提,目前气化炉烧嘴均靠外协来进行维修,所以车间与机电B部共同做工作,制定严格的检修方案,提出严格的检修质量要求，检查验收中出现问题追究相关责任人的责任,不符合质量检验标准的烧嘴坚决不使用,对烧嘴加强保护,严格控制安装质量。图2改进前封口砖(2)工艺操作加强监控,从煤浆质量、生产负荷、饶嘴冷却水等方面全方位监控,严格分析煤浆质量,发现问题及时调整;定期检查煤浆滚筒筛;严格控制装置负荷,防止因氧气流速过低,影响雾化效果同时损坏烧嘴以及加速烧嘴附近耐火砖的蚀损;确保烧嘴冷却水供应正常,延长烧嘴头部盘管的寿命。圈3改进后封口砖烧嘴冷却通过改造大大延长了拱顶耐火砖的使用寿命。拱顶砖的使用寿命是气化安全稳定运行的关键,是减少开停车频次、节省维修费用的关键。在技术改进的同时加强以下几点来保证耐火砖的使用寿命:烧嘴水冷腔(1)严格控制耐火砖的砌筑质量,按照烘炉曲线对耐火砖进保护挡板行养护。耐火砖的砌筑质量是确保其使用周期的关键,车间安图1 保护挡板示意图排专人负责,从砖的检验砌筑、验收全程跟踪,分阶段检验耐火砖的砌筑质量,发现问题坚决返工处理;新筑气化炉耐火衬里,2.2拱顶耐火砖的使用寿命至少自然养护三天,炉内温度应保持在15 C以上。烘炉过程,耐火砖的寿命对新型气化炉工艺至关重要。前几年高温气严格按升温曲线控制,并绘制实际升温曲线,进行对比。化炉中,拱顶耐火砖在一个较短时间内(4个月~8个月)就会经(2)生产运行严格按照压力负荷曲线控制，严禁随意加减负历严重的毁坏。换砖要经拆卸、安装、烘烤和测试温度等过程，荷,从而改变气体流速以及雾化效果,若长时间超负荷运行,困大概要花1个多月时间,这将会影响其他工艺生产。气流增大,冲蚀必然加剧,炉砖时时处于疲劳状态,寿命必然缩同时拱顶耐火砖更换费用占整个装置维修费用的50%,因矩。加强气化炉操作温度控制,炉温操作-定要稳定,谨防肆意此延长拱顶耐火砖使用寿命也是节能降耗、降低成本的重要环大幅度调整炉温,炉温过高会加速耐火砖的蚀损和烧嘴盘管的节。检修中通过对耐火砖检查发现，拱顶砖减薄速度最快，拱顶损坏。加强对壁温的监测,发现隐患及时处理,确保其安全稳定由三层砖组成,向火面砖,背衬砖,隔热砖。其中向火面砖厚度长周期运行。(3)加强煤质监控,煤中灰分含量的增高,将加大系统的渣为200 mm,当向火面砖厚度减薄到原厚度的1/3时,耐火砖达到量,增加熔渣对耐火砖的侵蚀和磨损,直接影响黑水沉降效果,使用寿命,不能继续使用。后经研究设计将拱顶部分三层耐火使系统黑水含固量增高,加重管道、设备、阀门的磨损,造成结垢砖改为两层,取消了中间层的背衬砖。改进后由向火面砖取代原背衬砖部分,从而增加了向火面砖的厚度,延长了拱顶部分耐和堵塞,严重时造成蒸发热水塔填料堵塞,闪蒸带水,影响系统火砖的使用寿命。水循环正常运行,同样灰分含量高造成比氧耗、比煤耗相应增同时对气化炉顶部封口砖结构形式进行改进:加。煤种灰熔点决中国煤化工点低，操作温度(1)气化炉顶部封口砖由原设计的圆柱凸台型改为圆锥凸相对较低,有利于耐温度必然要相台型。对提高,炉内热辐射iYHCNMH G速度。有时由(2)对B砖进行了加厚,将预热口尺寸缩小,将预热口由圆于灰熔点的频繁波动致使气化炉炉温波动,从而造成气化炉内柱孔改为圆锥孔。改变紧靠B砖的A砖的设计为A1砖,目的是流场的不稳,引起气化妒内表面熔渣流动性能的变化,加速耐火(下转第48页)保护B砖。●48.广州化工2011年39卷第18期续表Ozawa193. 12173.29Average192. 5641. 69164. 7032. 79可以确定第- -步热分解为二维扩散(2D)控制机理,符合ja-标题化合物的第二步分解是化学反应,机理函数积分形式ner方程,表观活化能E。= 192.56 kJ/mol,指前因子A=2. I3x g(x)=(1-a)"'-1 和微分形式f(a)=(1 - a)”,表观活化能10*s-1 ,g(a)=[1-(1-a)"1],(a)=(1-a)"[1-(1- E.=164. 70 kJ . mol-" ,指前因子A=2.90x10"s~'.a)"]|;第二步热分解为化学反应控制机理,符合反应级数方程,表观活化能E。=164. 70kJ . mol-' ,指前因子A =2.90 x 1012参考文献s-' ,g(a)=(1-a)-'-1,J(a)=(1-a)”。[1] G. B. Birell, B. Zaslow. The erystal struture of [ NH,CH2CH2NH, ][CuCl,] [J]. Joumal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1972,4结论34(5):1 751.[2] 郭丽玲,刘韩星.层状类钙钛矿结构有机-无机杂合物的制备在本文中采用了液相合成法合成了层状钙钛矿化合物[J].合成化学学报,2008 ,16(1):1 -7.[ NH,CH2CH2 NH3 ][ CuCl, ]的晶体,然后对它的热稳定性和热分3] 岳蓓茵,高艳艳.低温可逆热致变色材料[ NH,( CH2 )2NH, ]CuCl,解动力学进行了研究,通过实验测定、数据演算和理论分析最终[J].广州化T. ,2011 ,39(1):90 -91.得出如下结论:4] 郑志锋,黄元波,蒋剑春,等.核桃壳热解行为及动力学研究[J].(1)[NH,CH2CH,NH,][CuCl, ]的热分解分三步。第一步从林产化学与工业,2010,30(2):6 - 10.180.5 C到285.5 C,失去一个NH,和-一个HI;第二步从283.0 C5] 库宗军,张忠海，肖丽媛.电荷转移盐(C,H;N2H)s[ PMo20# ]的到420.5 C,失去一个CICH2CH2CI 和一个NH,, 所剩物质为合成与热分解及光致变色反应动力学[].应用化学学报,2010，27(2):173 - 177.CuCl;第三步至800 C时反应结束,化合物完全转化为CuO。升[6]王学杰 .游金宗.司他夫定的热分解机理及动力学[J].应用化学温速率的变化对化合物的热失重有明显的影响,随着升温速率学报,2011 ,28(6) :709 -715.的升高,晶体的起始分解温度和终止分解温度均向高温移动,最[7] Irahimn E,Cemal C. Synhesis and canceiraion of。metharlule大失重速率温度也随之升高。polymer witt side chain ketone and its derivatives[ J]. Joumal of Poly-(2)通过对[ NH,CH2CH2NH, ][ CuCl, ]晶体热分解动力学的mer Science ,2011 ,29(1):101 -110.研究,发现晶体的第一步分解是二维扩散反应,n=2,机理函数[8] 任天宝 马孝琴,徐桂转,等.蒸汽爆破玉米秸秆热解特性 及其动力积分形式g(a) =[1-(1 -a)]和微分形式f(x) =(1 -学分析[J].农业工程学报,2011 ,27(s1):32 -36.a)|"[1 -(1-a)"]' ,表观活化能E. = 192.56 kJ/mol ,指前因9] 任宁,张建军,张存英，等.钐-邻硝基苯甲酸与1,10 -邻菲咯啉配子A=2. 13x10'9s'。合物的热分解动力学[J].无机化学学报,2007 ,23(6):1 078 -1 084.(上接第33页)砖的热侵蚀速度.导致渣口堵塞等- - 系列影响。因此一般气化稳定运行 ,实现了节能降耗安全可靠的要求。现今新型气化炉用煤选择灰熔点小于1 300 C的煤种,并保持其相对稳定。技术已经成为一项比较成熟的气化技术,在煤气化领域有很大经过不断地摸索改进,现今拱顶耐火砖使用寿命最长约的影响 ,为国家发展具有自主知识产权的洁净煤技术做出了突9000多小时,且有望更高。出贡献。3结语通过对气化炉工艺烧嘴与耐火砖的可控性的提高,对装置[1] 聂成元,李耀,等.气化操作工[ M].徐州:中国矿业大学出版社,2009:33 -37.的运行优化,气化系统的运行稳定性进一步 提高,实现了长周期中国煤化工MHCNMH G