多元料浆气化炉激冷室液位指标的讨论

44化肥工业第39卷第3期多元料浆气化炉激冷室液位指标的讨论赵伯平(陕西煤化集团陕化公司化肥厂陕西渭南 714100)摘要多元科浆气化炉激冷室液位是其在正常运行过程中需要重点监控的工 艺指标。根据对气化炉激冷室带水原因分析与讨论所得出的结论以及气化炉激冷室内件的布局,得出合理的多元料浆气化炉澈冷室液位控制指标，以达到消除气化炉激冷室带水现象的目的。经计算得出:气化炉正常生产时,激冷室高液位为5.2 m.正常液位为4.5 m,低液位为3.8 m,停车液位为3.1 m。关键词多元料浆 气化炉液位指标Discussion on Liquid Level Index in Quench Chamberof Multi-Component Slurry GasifierZhao Boping( Chenical Fertilizer Plant of Shaanxi Chemical Company of Shaanxi Coal Chemical GroupShaanxi Weinan 714100)Abstract The liquid level in the quench chamber of the muli-component slumy gasifier is thekeypoint of the process index to be monitored in normal operation. In line with the conclusions drawnfrom the analysis and discussion of causes for water entrained into the quench chamber of the gasiferand the layout of the intemals in the quench chamber, reasonable indices are obtained for the control ofliquid level in the quench chamber, so as to eliminate waler entrained into the chamber. By calculationit is found that in normal production of the gasifier the high liquid level in the chamber is 5.2 m, thenormal level4.5 m, the low level is3.8 m, and the level comes to 3. 1 m during shutdown.Keywords muli-component slurry gasifier liquid level index多元料浆气化炉激冷室液位+分重要,是气煤气带 水原因进行分析。化炉预热、开车、停车过程中需要重点监控的工艺指标。气化炉停运或预热期间,气化炉激冷室液探讨气化炉激冷室粗煤气带水现象的理论位过高会导致气化炉反应室底部浸水,甚至会导致激冷水浸入气化炉反应室而损坏耐火材料、气1.1激冷 室粗煤气带水原因分析"-4]化炉烘炉火焰回火。因此,在气化炉预热烘炉期气化炉激冷室的作用是将来自气化炉燃烧反间,激冷室液位需高于上升管管口但不能淹没下应室的高温煤气和熔融态的灰渣在激冷室内与激降管管口。由气化炉壳体结构(图1)可知,气化冷水直接接触激冷,熔渣被激冷固化后沉降在激炉预热时激冷室液位的控制指标应为2.425m。冷室下部锥体内,再经破渣机破碎后排人锁斗内气化炉运行期间,激冷室液位过高会造成出气化定期排放。粗煤气沿浸没于激冷水中的下降管及炉激冷室粗煤气大量带水;而气化炉激冷室液位上升管的金属壁面流动,被进一步冷却,同时产生过低会造成出气化炉粗煤气温度超高。要合理控大量中国煤化工(、液两相流的沸制气化炉激冷室液位,就必须对气化炉激冷室粗腾佴Y片CNMHG本文作者的联系方式: zha09130342605@ 126. com2012年6月.赵伯平:多元料浆气化炉激冷室液位指标的讨论45当Ot增大时,a与Q/F也随之增大,此阶段为泡核沸腾;当Ot增大至某-值时,a 与Q/F达到极φ457限值(临界值);当Ot继续增大时,汽泡生成量增多,众多汽泡汇成- -片,在加热面上形成一层蒸汽φ2134膜,a与Q/F值急剧下降,此阶段为膜状沸腾,此时气相中夹带大量的水膜,此即为气化炉激冷室φ3 300带水的主要原因。因此,在沸腾操作中,应避免出现膜状沸腾,否则会使高效率的沸腾传热遭到9781破坏。62D32根据液体沸腾传热理论,为避免激冷室带水，激冷室应控制在泡核沸腾状态.激冷室内热流强| 外134度控制在临界热流强度以下。φ3|80021.2 临界热流强度的计算['1. ψL170根据岁森诺( Rohsenow)和格里菲思s|φ1900(irffth)最大热流强度方程以及多元料浆气化工艺设计参数(表1),可求得陕西煤化集团陕化公司化肥厂气化装置的最大(临界)热流强度为:(Q/F) =143λ .ρc●[(pu -ρc)/ρc]°°=52. 26[GJ/(m2●h)」重式中:λ一液相潜热, kJ/kg;气体密度,kg/m';ρu一液体密度 ,kg/m'c图1气化炉壳体结构( 图中尺寸均为mm)表|多元料浆 气化工艺设计参数液体沸腾传热是一个较为复杂的传热过程。激冷水潜热λ/粗煤气密度po/灰水密度p!根据液体沸腾传热理论,液体的过热程度取决于(kJ.kg-)(kg.m~})(kg.m-3)加热面的温度t。和饱和蒸汽温度1,的温度差( Ot=t。-t),其热负荷Q=a.F .△t(a为传热1 71531.30796. 65系数,F为传热面积),则热流强度Q/F= Ol *a。1.3 实际热流强度的表达当a值不大、O1较小时,热流强度较小，激冷水1.3.1计算所用工艺参数仅处于轻微的沸腾状态,此阶段为自然对流传热;计算所用多元料浆气化工艺参数见表2。表2计算所用多元料浆气化工艺参数气量/气体组分/% (体积分数)混合气体热容/项日(kmol●h)温度/C压/MPaH2 C0 CO2 H2S cos CH4 N2 Ar (kJ.kmol-' .K-')徽冷室人口7 031. 731 3606.5033. 86 45.62 19.60 0.30 0.03 0.10 0.34 0. 1330.55激冷室出口15 654.762516.48 33.7945.50 19.74 0.30 0.03 0.10 0.34 0.1335.23(116 279 m/h)注:1)表中物流量为正常生产时最大流量。1.3.2计算所用设备参数F=πx下降管直径x(X-2.5) +πx上升气化炉激冷室底部锥体上口平面到下降管齿管直中国煤化工2.50)口平面的距离为2.50 m,下降管直径φ1.17 m,室温YHCNMHG粗煤气出激冷上升管直径φ 1. 50 m,设气化炉正常生产时激冷室液位为X,则有效传热面积可表达为:则粗煤气由1 360 C降至251 C时释放给激化肥工业第39卷第3期冷水的热量为:室内实际热流强度Q/F = 274. 73/15. 511 =Q=a. F. Ol=CP●S. Ot=35.23 x17.712° GJ/(h. m')^ ,远小于临界热流强度。在7 031.73x1 109 = 274.73(G]/h)许可的范围内，气化炉液位越高,粗煤气的降温、式中: C-激冷室出口混合气体热容，除尘效果越好,所以应将正常生产时的激冷室液kJ/(kmol . K);位控制在4.5 m。激冷室人口气量, kmol/h。当气化炉的生产负荷提至设计能力的120%1.3.3 实际热流强度的计算时,进入气化炉激冷室的粗煤气在被激冷后,以Q/F=cp. s●Ot/F =274.73/[8.38 x38. 760 m'/s( 116 279 x 120%/3 600)的流量沿下(X-2.5)]降管与上升管之间的环隙进人激冷室上部,因此在激冷室内部必须留出38.760 m'空间,以便粗2气化炉激冷室液位的讨论煤气在此空间进行气液分离。在此条件下,激冷为避免激冷室带水,激冷室应控制在泡核沸室激冷水进口至气化炉激冷室液面的距离H=腾状态,激冷室内热流强度控制在临界热流强度38. 760/(3. 14x1.93) =3.419(m),正常生产时,以下,即:激冷室液位应控制在7.2-3.419= 3.781(m)。Q/F≤(Q/F)m此时有效传热面积F =8.38 x (X-2.5) =274.73/[8. 38 x(X-2.5)]≤52.268.38x(3.781 -2.5) = 10. 735( m2),激冷室内实X≥3.1(m) .际热流强度Q/F =274. 73/10. 735 =25. 59[ GJ/由此可见,正常生产时气化炉激冷室液位必(h. m2)],远小于临界热流强度。因此,当气化须大于3.1 m才能杜绝气化炉激冷室带水现象的炉的生产负荷提至设计能力的120%时,激冷室发生。当气化炉激冷室液位达到3.1 m时,激冷低液位应控制在3.8 m。室内有效传热面积最小,热流强度达到临界热流当气化炉的生产负荷降至设计能力的60%强度,气化炉激冷室带水现象在所难免。为了保证气化炉正常运行,必须提高气化炉激冷室液位。19. 380 m'/s( 116 279 x 60%/3 600)的流量沿下由图1可知，下降管的长度为5.805 m,即液位达到8.905 m时,气化炉激冷室传热面积最大,热流在激冷室内部必须留出19. 380 m'空间,以便粗强度远远小于其临界传热强度。但此时激冷室上部气液分离空间为零,同样不利于减轻带水现象。显然,将激冷室液位控制在8.905 m也是不合19. 380/(3.14x1.92) =1. 710( m),正常生产时,理的。激冷室液位应控制在7.2-1.710=5.490( m)。进入气化炉激冷宰的粗煤气在被激冷的同时此时有效传热面积F=8.38x(X-2.5)=还会使激冷水汽化，因此进人气化炉激冷室的粗25. 056(m2),激冷室内实际热流强度Q/F =煤气在被激冷后,以32.30 m'/s(116 279/3 600)274. 73/25.056= 10.965[GJ/(h. m2)],远小于的流量沿下降管与上升管之间的环隙进人激冷室临界热流强度。但将液位控制在5.5 m,激冷室上部,因此在激冷室内必须留出32.30 m'的空上部气液分离空间将缩小，同样不利于减轻气化间,以便粗煤气在此空间进行气液分离。炉带水现象。因此,当气化炉的生产负荷降至设由图1知,激冷室的半径为1.9 m,激冷室底计能力的60%时,激冷室高液位应控制在5.2 m。部锥体上口至激冷水进口的距离为7.2m,因此3结语激冷窒激冷水进口至气化炉激冷室液面的距离H=32. 30/(3.14x1.9) =2.849(m),正常生产中国煤化工时,激冷室液位时激冷室液位控制在7.2 -2.849 =4.351(m)。此时有效传热面积为F=8.38x (X-MHCNMHGC)l化nie吊土)叫,微冷室液位应控制2.5)=8.38*(4.351 -2.5)=15.511(m2),激冷(下转第51页)2012年6月张金成，等:GC-R023型氨合成塔技术及应用51能达到6.9MPa,循环量45000~85000m'/h(标根据生产数据及负荷的变化情况，氨产量达到设态),大大延长了催化剂的还原时间。计能力1 200 V/d 的情况下，其系统压力≤氨合成催化剂升温还原结束后,合成氨系统14.2 MPa,系统压差为0. 90 MPa,合成塔压差为进行优化调试，然后转入轻负荷生产阶段。0.25 MPa,氨净值≥17.5%(体积分数)。3.2.2催化剂升温还原过程中存在的问题从2011年9月20日10:00开工加热炉主烧5结语嘴点火升温至10月16日11 :30催化剂升温还原GC-R023型氨合成上艺装置是目前采用国内结束,期间因设备、电气.仪表等故障停运136h,自主知识产权建设的第1套大型低压氨合成装置,使实际升温还原耗时481.5 h,比原计划多耗时具有大型化、系列化及能量综合利用率高等优点，251.5 h。影响催化剂还原时间主要原因为:①开合成塔的性能指标达到国际先进的Topsoe S-300,工加热炉故障增加耗时71 h;②合成气压缩机原Casale 300B，Uhde等氨合成塔的设计参数(7.8]。因增加耗时73 h;③新鲜气未及时送至氨合成系GC-R023型氨合成塔在催化剂的升温还原过统等原囚造成无法提高系统压力和循环量。程和系统开车过程中虽然遇到了一些困难,但通过努力得以解决，并从中获得了宝贵的经验。从4氨合成装置的开车目前合成塔生产运行情况来看,系统负荷达到设催化剂升温还原结束后,合成气压缩机停车计能力的70%以上,系统压力、塔压差、平面温进行检修、消缺。2011年10月28日,气化装置差氨净值系统阻力等各项指标均较为理想。粉煤投料,2011年11月1日正式生产出合格的参考文献液氨产品。随后,系统缓慢提高负荷,氨合成装置[1] 吕仲明.鱼鳞板式径向流动固定床反应器:中国，200520077058. 2[ P].2006-1206.运行正常。[2」许若超 大型合成氨装置合成塔催化剂选型的探讨[J].大根据合成塔生产的DCS显示:氨合成系统压氮肥,2003 ,26(5):317-319.力11.7 MPa,合成塔压差0. 16 MPa;催化剂床层[3]周铭新.张结喜,顾福龙托菁索S-200型氨合成塔催化剂温度分布比较理想，各床层进口/热点温度分别为的装填[J].化学工业与工程技术,2001 ,22(4) :39-40.363. 9/469. 8 ,396. 6/459.8和391.5/433.5 C ,床[4] 卢夺,朱连起 ,吴成华,等托普索S-300氨合成塔内件工艺原理及安装[]小.石油化工设备,2010,39(6) :6467.层同平面/柱面温差最大值9.1/5.6 C ;装置新鲜[5] 高雁,杨清,宋艳兵,等卡萨利氨合成塔的吊装及合成废气量90991m'/h(标态),合成系统循环气量锅的安装总结[J].大氮肥.2010 33(6) :361-363.355 000 m'/h(标态),氨净值15.16% (体积分[61 庄光山.臧安华,左玉静,等NC74-1型氨合成催化剂的升温数),系统压差0.58 MPa,液氨产量34.5 /h。还原及应用[J].化学工业与工程技术.06.27(3):47-49.目前，该装置的粉煤流量42 ~46 Vh,氨产量[7}陈胜军. 托普索和卡萨利氨合成塔和工艺探讨([J].化肥工业.2010.37(4) :56.58.32 ~36 Vh,氨合成系统压力10.8-11.2 MPa,系[8] 李洁. 卡萨利型合成塔的试车及运行情况[].化学1.业与统压差0.55 ~0. 60 MPa,合成塔压差0.15 ~T程技术,2002 ,23(5):4546.0.16 MPa,氨净值14.6% ~ 14.8% (体积分数)。(收到修改稿日期2012-02-08)(上接第46页)2] 谢海燕,袁竹林.激冷室合成气穿越液池过程流动特性与帶水问题[J].中国电机工程学报,2007 ,27<8) :3741.在4.5 m(正常液位)。(3)气化炉生产负荷为120%时,激冷室液位[3] T 振伟,王伟.德士古煤气化合成气带水问题的分析与探讨[J].化肥工业,2003 ,30(3):52-54.应控制在3.8 m(低液位)。.[4] 王旭宾. 德士古煤气化炉激冷突带水问题的讨论[J].上海(4)气化炉停车时,激冷室液位应控制在化工1999.24(9):17-19.3.1 m。中国煤化工京:中央广播电视大学YHCNMHG[1]陕四煤化集团陕化公司。 多元料浆气化1艺设计说明书s.(收到修改祸目期2012-03-23)