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粉煤压球机煤球制造技术与制气工艺

发布时间:2018-05-12 09:12| 浏览: |来源: 新火彩票平台

以粉煤为原料生产合成氨,目前主要有直接粉煤气化和粉煤压球机成型气化。在这2种方法中,前者综合效益好,原料煤选择范围大,但一次性  投资大:后者国内主要有碳化煤球、粘土煤球、清水煤棒等,我厂在试制粘土煤球过程中遇到许多困扰,但经反复实践、不断摸索、总结,成功地  实现了块煤到粉煤压球机成型气化的转变,达到了降低成本的预期改造目的。粘土煤球具有加工工艺简单、装置紧凑、占地面积小、投资少、能耗  低及固定碳含量高、灰熔点高、加工费低、制造成本低等特点,且建设周期短,可充分利用闲置设备、利用余热,比较适合在小合成氨厂推广使用  。其气化原理同焦炭、块煤气化原理相同,但由于其固有的理化特性与焦炭、块煤存在一定的差异,在气化T艺上应选择适当的条件,才能满足正  常气化的要求。下面结合我厂实际使用经验作一些探讨。
1.0粘土煤球制造技术
1.2原料
1)煤种。一般对所用无烟煤无特殊要求,考虑到粘土煤球气化性能,应尽量选用灰熔点高、活性好的原料煤。2)粘土。可供选用的粘土有黄土、球  土、瓷土、耐火土、膨润土等,生产中最常用的是膨润土。我国的膨润土储量位居世界第二,其最重要的碱性成分是蒙脱石,其主要组成(质量百  分比)为Si0266.71%、Al0。28.39%、H04.90%。用膨润土作为粘结剂一般要求为SiOz+Alz0。>80.096、Fez0。<3.5%、k20<2.0%,膨  胀量>lOmL/g,熔点>1350~2,粒度(200目)>95%。在选用粘结剂时,根据情况选择适宜的粘土混合物作为粘结剂,并依据煤球强度选择  适宜的配比。
1.3煤球及其相关因素
1)粘结剂种类。粘_土是一种无机粘结剂,具有较好的可塑性和粘结能力。不同种类粘结剂物理性能差别较大,直接影响煤球强度。一般而言,可  塑性越大,粘结性能越好,所制得的煤球机械强度越高,其次序一般为膨润土>球士>耐火士>瓷土。在粘结剂含量不变的情况下,SiO  +Al0.,含量较高的粘土对煤球机械强度、热稳定性作用较大,较为理想的组成为Si0:60%一70%、Al0。15%一20%。’
2)粘结剂含晕。粘结剂含量是影响粘士煤球机械强度的一个关键因素。粘土含量越多,其在煤粒间填充越充分,煤球就越具有足够冷强度。关于粘  土为无机粘结剂,在煤球中形成的框架不会被烧掉,从而提高了热态机械强度和热耐磨性能。但也不宜过高,否则会增加能耗,增加生产成本,降  低煤球化学活性,还会增加灰分排放,带出较高热量。一般要根据原料煤特性(粘性)和粉煤粒度等因素来决定粘结剂加入景,最终以控制干球强度  ~600N/球为宜,胶质价应在35mL/15g以上,胶质价低,则粘土含量就要相应增加,可考虑添加适量其它粘结剂替代粘土。
3)伏料时问。利用渗透作用和水分的自然蒸发,使物料干湿均匀,同时降低含水量,提高粘结剂利用率,增强煤球强度。一般伏料时间宜控制在  24—48h之内,既减少对冷强度影响,又保证了热强度。堆放时间与煤球强度关系。
4)水分。加水量应严格控制(要根据原煤水分决定加水量),一般总水量控制在12%,适量的水分可以湿润煤粒和粘结剂,减少内摩擦力并使粘结剂  得以均匀分布于煤粒表面,同时湿润的煤粒和粘结剂具有较好的可塑性和粘结能力,从而提高煤球强度。水分过低,制球时粉屑多、成球率低、强  度差。水分过高,制球时不宜脱球,烘干后因水分大量蒸发造成内孔隙率大,煤球疏松,热强度差,入炉遇高温易粉化,带出物增多。
5)烘干温度与时间。烘干温度越高,强度越大,干球水分越低。相同温度下,延长烘干时间,强度同样能够增大,干球水分降低。一般要求干球含  水量小于1%。但在较高烘干温度条件下,时间不能太长,特别是不能停留,否则将引起煤球自燃。
6)烘干用的烟道气应保持清洁,否则微小的粉尘将包裹于生球表面,致使烘球不透,内部水分无法时排出而影响干球强度。
1.4化学活性
粘土煤球表面结构严密无细孔,表面被惰性粘土膜覆盖影响气化剂向煤粒表面扩散和生成物向外解吸。因此粘土煤球同碳化煤球相比活性较差,但  由于粒度均匀,表面积较大,相对于块煤又有较好活性。在强度和灰熔点保证情况下,可采取以下一些措施:
1)采用复合型粘合剂,改变内部结构,增加空隙率。
2)几种粘土按一定比例进行配比,调节至适宜操作。
3)添加纸浆废液、活性污泥、电石渣等,增加活性。
4)以烟煤为添加剂,既提高固定碳含量,又能提高煤球活性,但要适当控制添加量。
5)原煤粒度要控制得当,不能过细,否则一方面粘土、水分混合不均匀,影响煤球质量,另一方面煤球活性也受到一定程度影响。而过粗会影响煤  球强度,缩短设备使用寿命。
1.5主要技术指标
配比(质量百分比)为粘土8%一12%、水分10%一12%、粉煤粒度(20目以上)<25%、堆放时间在24-36h、烟道气温度在180—200"C  、熟球含水量<1%、单球强度>60ON/球、强度差<20ON/球、灰分在20%一30%、固定碳含量约60%、灰熔点>l4o0℃。
2.0粘土煤球气化技术工艺条件选择
2.1原料选择
对于固定床间歇造气炉,原料煤应满足低水分、低灰分、低矸石、学活性好、灰熔点高、粒度均匀适当、机械强度高、热稳定性高等条件原料的合  成氨厂,制造粘土煤球的原料要尽量采用固定碳含量高、化学原料。
2.2炉温控制
气化层温度的控制是造气生产控制的核心,高气化层温度是煤气优质高产的必要条件,炉温的高低直接影响到煤气产量、质量、消耗,但在操作中  最高温度受燃料灰熔点的限制。其操作原则为气化层温度要分布均匀,且尽量接近原煤灰熔点,尽可能提高蒸汽分解率。一般应控制在1250一l350  ℃,可通过探火或观察灰渣情况来判断。
2.3入炉蒸汽控制
蒸汽用量的多少,对煤气质量、产率和气化过程中正常进行有非常重要的影响。在煤气炉中,蒸汽主要起以下几个作用:因蒸汽分解吸收热量,可  降低炉温,防止灰分熔化结块,还可减少炉壁热损失。由于蒸汽的分解反应,可改善煤气质量,提高煤气热值。由于蒸汽的作用,可降低炉温,减  弱cOz的还原反应,使co/co降低。因未分解蒸汽的显热损失,而降低热效率。因此,蒸汽的用量存在一个最佳点,上吹时蒸汽用量过大将使炉温  下降过快,-影响下吹制气,易造成火层上移而挂炉(属扩散控制)。在下吹时蒸汽用量过大,并不能有效地加快反应速度(温度较低,属于反应动力  学控制),反而加速炉温的下降,影响气质、气量。一般以优质煤制气,下吹蒸汽量/上吹蒸汽量在1.6一1.8。以劣质煤制气,下吹蒸汽量/上吹  蒸汽量在0.90-0.95。以此为原则,再根据半水煤气及上下行煤气成分、气量、温度、灰渣情况来综合分析入炉蒸汽量、上下吹蒸汽比例,并作适  当调整。入炉蒸汽对炉内蓄热和制气的影响见表1。由表1知,当采用300℃过热蒸汽制气时,要比其它入炉蒸汽减少为提高自身温度而消耗的热量  ,相对提高了气化层温度,提高了蒸汽分解速度。温度低的蒸汽入炉,不可避免含有部分冷凝液,饱和蒸汽在入炉时也会冷凝一部分,蒸汽入炉后  就要消耗部分热量,一部分用来提高蒸汽温度,一部分用来气化部分冷凝液,降低了炉内温度,增加了能量损失,影响了制气,特别对于粘土煤球  来讲,蒸汽带水易使粘土煤球粉化而影响制气,因此粘土煤球制气更应提高入炉蒸汽温度。
对于蒸汽压力的控制,根据气化原理,应适当提高入炉蒸汽压力,提高气化强度。另一方面,提高入炉压力,蒸汽比容相对减少,即在相同流量蒸  汽情况下,通过燃料层蒸汽流速减小,蒸汽在炉内停留时间延长,有利于提高蒸汽分解率和煤气质量。同时对于多台炉子,应适当扩大蒸汽总管,  以稳定压力,这样对炉况的稳定较为有利。对于粘土煤球制气,入炉蒸汽压力一般应控制在0.14MPa左右。
2.4气化强度和气流速度控制
一般来讲,气流速度愈大,气化强度大。但是过分提高气流速度,不但会增加床层阻力及吹出物,且流速加快,气体与燃料接触时间减少,从而恶  化c0:的还原反应。对于粘土煤球而言,由于其热稳定性相对块煤要差一些,如采用高风压、大流量吹风,容易造成煤球粉化、料层吹翻或产生风  洞,吹出物增多。另外,要根据燃料性质决定风量、风压,对于粘土煤球,风压应控制在25kPa,流速应控制在0.1-0.2m/s2.5炭层控制炭层高度  的选择,主要由原料性质及风机风压、风量决定。高风压、大风鼍,宜采用高炭层操作,有利于提高单炉发气量和炉况的稳定,反之则应采用低炭  层操作。机械强度高、热稳定性好、粒度大而均匀的原料,宜采用高炭层操作,有利于提高气化强度,反之宜采用低炭层操作。而对于粘士煤球,  炭层宜控制在1.8一l_9m。在实际操作中,应合理控制炉条机转速、加炭量及加炭时间,掌握出灰次数。必须保持一定灰渣层且有松软的疤块,否  则带出物明显增多,残碳量也将升高。总之要使气化层、灰渣层、炭层保持相对稳定。
2.6循环时间及百分比控制
1)循环时间。循环时间的选择应根据燃料活性、机械强度、固定碳含量等因素综合考虑。一般情况下,燃料活性高,循环时间应较短,反之则应延  长。对于粘士煤球,宜采用120s短循环操作,这样可以大大减少炉温波动、阻力不均、炉面吹翻等现象,单位时间内带出热量也少。
2)吹风时间。吹风时间的选择应综合考虑原煤性质、风机风压和风量、管网阻力、蒸汽流量等因素,总的原则是在保持料层有较高温度的前提下,  尽量缩短吹风时间,延长制气时间。机械强度高、热稳定性好、粒度均匀的原料,料层阻力小,有利于提高气流速度,可使用短吹风,反之则应相  对延长吹风来提高炉温。在具体制订操作指标时,各应根据各自的特点,在试验的基础上,确定合适的吹风时间。
3)上、下吹时间。上、下吹时间分配以维持气化层位置的稳定和提高气体产景及质量为原则。在这个原则下,要充分考虑的原料性质、热量平衡、  气化层的稳定等因素。对于粘土煤球,一般分配原则为吹风18%、上吹33%、下吹40%、二上吹6%、吹净3%。但由于各炉固有的特性(设备、管  道阻力等),在具体操作中应根据各炉实际情况作一些适宜的调整,以稳定炉况,满足生产需要。
2.7加氮控制
加氮与蒸汽分解反应有着相互促进、良性循环的作用,但要合理利用加氮热虽才能起到增产节能的作用。在温度较高(800—1000℃)时,蒸汽  与炭的反应属扩散控制,故加氮宜在气化层温度最高时进行。正常情况下,上吹初期炉子温度最高,可在此时加入适量氮,使加入空气在炉内放出  热量,充分弥补此时蒸汽分解反应所需热量,使蒸汽分解反应能在较长时间处于扩散控制区。对于粘土煤球,更应采用上吹加氮来保持气化层温度  恒定,但具体加氮方式要根据炉况确定。
3.0结语
目前,国内煤粉压球机成型气化技术较多,各厂可根据自身所在周边地理环境,考虑采用何种型煤技术,以充分发挥型煤作用。对于周边有各类陶  土、粘土地区,可优先考虑使用粘土制球。粘土煤球由于利用余热进行烘干,因此入炉时煤球尚有80"C左右的余温,直接入炉。一方面带入  炉内的水分少,另一方面带入部分热量,可以减少干燥、干馏所需热能,有效提高了制气时间,同时增加了气化层厚度,对生产较为有利。但由于  粘土煤球的特殊性,具体操作中应合理调节各类参数,力求炉况稳定,才能真正发挥节能降耗的作用。粉煤压球机成型气化技术是一项系统工程,  在具体制订各项气化技术指标时应反复实践,不断总结,才能真正发挥其优势。有条件的厂家可考虑采用寻优控制系统,对造气炉况实时监控,可  以使炉子处于更加稳定状态,更有利于炉子产气。


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