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粉煤壓球機煤球制造技術與制氣工藝

發布時間:2018-05-12 09:12| 瀏覽: |來源: 新聞中心

以粉煤為原料生產合成氨,目前主要有直接粉煤氣化和粉煤壓球機成型氣化。在這2種方法中,前者綜合效益好,原料煤選擇范圍大,但一次性  投資大:后者國內主要有碳化煤球、粘土煤球、清水煤棒等,我廠在試制粘土煤球過程中遇到許多困擾,但經反復實踐、不斷摸索、總結,成功地  實現了塊煤到粉煤壓球機成型氣化的轉變,達到了降低成本的預期改造目的。粘土煤球具有加工工藝簡單、裝置緊湊、占地面積小、投資少、能耗  低及固定碳含量高、灰熔點高、加工費低、制造成本低等特點,且建設周期短,可充分利用閑置設備、利用余熱,比較適合在小合成氨廠推廣使用  。其氣化原理同焦炭、塊煤氣化原理相同,但由于其固有的理化特性與焦炭、塊煤存在一定的差異,在氣化T藝上應選擇適當的條件,才能滿足正  常氣化的要求。下面結合我廠實際使用經驗作一些探討。
1.0粘土煤球制造技術
1.2原料
1)煤種。一般對所用無煙煤無特殊要求,考慮到粘土煤球氣化性能,應盡量選用灰熔點高、活性好的原料煤。2)粘土。可供選用的粘土有黃土、球  土、瓷土、耐火土、膨潤土等,生產中最常用的是膨潤土。我國的膨潤土儲量位居世界第二,其最重要的堿性成分是蒙脫石,其主要組成(質量百  分比)為Si0266.71%、Al0。28.39%、H04.90%。用膨潤土作為粘結劑一般要求為SiOz+Alz0。>80.096、Fez0。<3.5%、k20<2.0%,膨  脹量>lOmL/g,熔點>1350~2,粒度(200目)>95%。在選用粘結劑時,根據情況選擇適宜的粘土混合物作為粘結劑,并依據煤球強度選擇  適宜的配比。
1.3煤球及其相關因素
1)粘結劑種類。粘_土是一種無機粘結劑,具有較好的可塑性和粘結能力。不同種類粘結劑物理性能差別較大,直接影響煤球強度。一般而言,可  塑性越大,粘結性能越好,所制得的煤球機械強度越高,其次序一般為膨潤土>球士>耐火士>瓷土。在粘結劑含量不變的情況下,SiO  +Al0.,含量較高的粘土對煤球機械強度、熱穩定性作用較大,較為理想的組成為Si0:60%一70%、Al0。15%一20%。’
2)粘結劑含暈。粘結劑含量是影響粘士煤球機械強度的一個關鍵因素。粘土含量越多,其在煤粒間填充越充分,煤球就越具有足夠冷強度。關于粘  土為無機粘結劑,在煤球中形成的框架不會被燒掉,從而提高了熱態機械強度和熱耐磨性能。但也不宜過高,否則會增加能耗,增加生產成本,降  低煤球化學活性,還會增加灰分排放,帶出較高熱量。一般要根據原料煤特性(粘性)和粉煤粒度等因素來決定粘結劑加入景,最終以控制干球強度  ~600N/球為宜,膠質價應在35mL/15g以上,膠質價低,則粘土含量就要相應增加,可考慮添加適量其它粘結劑替代粘土。
3)伏料時問。利用滲透作用和水分的自然蒸發,使物料干濕均勻,同時降低含水量,提高粘結劑利用率,增強煤球強度。一般伏料時間宜控制在  24—48h之內,既減少對冷強度影響,又保證了熱強度。堆放時間與煤球強度關系。
4)水分。加水量應嚴格控制(要根據原煤水分決定加水量),一般總水量控制在12%,適量的水分可以濕潤煤粒和粘結劑,減少內摩擦力并使粘結劑  得以均勻分布于煤粒表面,同時濕潤的煤粒和粘結劑具有較好的可塑性和粘結能力,從而提高煤球強度。水分過低,制球時粉屑多、成球率低、強  度差。水分過高,制球時不宜脫球,烘干后因水分大量蒸發造成內孔隙率大,煤球疏松,熱強度差,入爐遇高溫易粉化,帶出物增多。
5)烘干溫度與時間。烘干溫度越高,強度越大,干球水分越低。相同溫度下,延長烘干時間,強度同樣能夠增大,干球水分降低。一般要求干球含  水量小于1%。但在較高烘干溫度條件下,時間不能太長,特別是不能停留,否則將引起煤球自燃。
6)烘干用的煙道氣應保持清潔,否則微小的粉塵將包裹于生球表面,致使烘球不透,內部水分無法時排出而影響干球強度。
1.4化學活性
粘土煤球表面結構嚴密無細孔,表面被惰性粘土膜覆蓋影響氣化劑向煤粒表面擴散和生成物向外解吸。因此粘土煤球同碳化煤球相比活性較差,但  由于粒度均勻,表面積較大,相對于塊煤又有較好活性。在強度和灰熔點保證情況下,可采取以下一些措施:
1)采用復合型粘合劑,改變內部結構,增加空隙率。
2)幾種粘土按一定比例進行配比,調節至適宜操作。
3)添加紙漿廢液、活性污泥、電石渣等,增加活性。
4)以煙煤為添加劑,既提高固定碳含量,又能提高煤球活性,但要適當控制添加量。
5)原煤粒度要控制得當,不能過細,否則一方面粘土、水分混合不均勻,影響煤球質量,另一方面煤球活性也受到一定程度影響。而過粗會影響煤  球強度,縮短設備使用壽命。
1.5主要技術指標
配比(質量百分比)為粘土8%一12%、水分10%一12%、粉煤粒度(20目以上)<25%、堆放時間在24-36h、煙道氣溫度在180—200"C  、熟球含水量<1%、單球強度>60ON/球、強度差<20ON/球、灰分在20%一30%、固定碳含量約60%、灰熔點>l4o0℃。
2.0粘土煤球氣化技術工藝條件選擇
2.1原料選擇
對于固定床間歇造氣爐,原料煤應滿足低水分、低灰分、低矸石、學活性好、灰熔點高、粒度均勻適當、機械強度高、熱穩定性高等條件原料的合  成氨廠,制造粘土煤球的原料要盡量采用固定碳含量高、化學原料。
2.2爐溫控制
氣化層溫度的控制是造氣生產控制的核心,高氣化層溫度是煤氣優質高產的必要條件,爐溫的高低直接影響到煤氣產量、質量、消耗,但在操作中  最高溫度受燃料灰熔點的限制。其操作原則為氣化層溫度要分布均勻,且盡量接近原煤灰熔點,盡可能提高蒸汽分解率。一般應控制在1250一l350  ℃,可通過探火或觀察灰渣情況來判斷。
2.3入爐蒸汽控制
蒸汽用量的多少,對煤氣質量、產率和氣化過程中正常進行有非常重要的影響。在煤氣爐中,蒸汽主要起以下幾個作用:因蒸汽分解吸收熱量,可  降低爐溫,防止灰分熔化結塊,還可減少爐壁熱損失。由于蒸汽的分解反應,可改善煤氣質量,提高煤氣熱值。由于蒸汽的作用,可降低爐溫,減  弱cOz的還原反應,使co/co降低。因未分解蒸汽的顯熱損失,而降低熱效率。因此,蒸汽的用量存在一個最佳點,上吹時蒸汽用量過大將使爐溫  下降過快,-影響下吹制氣,易造成火層上移而掛爐(屬擴散控制)。在下吹時蒸汽用量過大,并不能有效地加快反應速度(溫度較低,屬于反應動力  學控制),反而加速爐溫的下降,影響氣質、氣量。一般以優質煤制氣,下吹蒸汽量/上吹蒸汽量在1.6一1.8。以劣質煤制氣,下吹蒸汽量/上吹  蒸汽量在0.90-0.95。以此為原則,再根據半水煤氣及上下行煤氣成分、氣量、溫度、灰渣情況來綜合分析入爐蒸汽量、上下吹蒸汽比例,并作適  當調整。入爐蒸汽對爐內蓄熱和制氣的影響見表1。由表1知,當采用300℃過熱蒸汽制氣時,要比其它入爐蒸汽減少為提高自身溫度而消耗的熱量  ,相對提高了氣化層溫度,提高了蒸汽分解速度。溫度低的蒸汽入爐,不可避免含有部分冷凝液,飽和蒸汽在入爐時也會冷凝一部分,蒸汽入爐后  就要消耗部分熱量,一部分用來提高蒸汽溫度,一部分用來氣化部分冷凝液,降低了爐內溫度,增加了能量損失,影響了制氣,特別對于粘土煤球  來講,蒸汽帶水易使粘土煤球粉化而影響制氣,因此粘土煤球制氣更應提高入爐蒸汽溫度。
對于蒸汽壓力的控制,根據氣化原理,應適當提高入爐蒸汽壓力,提高氣化強度。另一方面,提高入爐壓力,蒸汽比容相對減少,即在相同流量蒸  汽情況下,通過燃料層蒸汽流速減小,蒸汽在爐內停留時間延長,有利于提高蒸汽分解率和煤氣質量。同時對于多臺爐子,應適當擴大蒸汽總管,  以穩定壓力,這樣對爐況的穩定較為有利。對于粘土煤球制氣,入爐蒸汽壓力一般應控制在0.14MPa左右。
2.4氣化強度和氣流速度控制
一般來講,氣流速度愈大,氣化強度大。但是過分提高氣流速度,不但會增加床層阻力及吹出物,且流速加快,氣體與燃料接觸時間減少,從而惡  化c0:的還原反應。對于粘土煤球而言,由于其熱穩定性相對塊煤要差一些,如采用高風壓、大流量吹風,容易造成煤球粉化、料層吹翻或產生風  洞,吹出物增多。另外,要根據燃料性質決定風量、風壓,對于粘土煤球,風壓應控制在25kPa,流速應控制在0.1-0.2m/s2.5炭層控制炭層高度  的選擇,主要由原料性質及風機風壓、風量決定。高風壓、大風鼉,宜采用高炭層操作,有利于提高單爐發氣量和爐況的穩定,反之則應采用低炭  層操作。機械強度高、熱穩定性好、粒度大而均勻的原料,宜采用高炭層操作,有利于提高氣化強度,反之宜采用低炭層操作。而對于粘士煤球,  炭層宜控制在1.8一l_9m。在實際操作中,應合理控制爐條機轉速、加炭量及加炭時間,掌握出灰次數。必須保持一定灰渣層且有松軟的疤塊,否  則帶出物明顯增多,殘碳量也將升高。總之要使氣化層、灰渣層、炭層保持相對穩定。
2.6循環時間及百分比控制
1)循環時間。循環時間的選擇應根據燃料活性、機械強度、固定碳含量等因素綜合考慮。一般情況下,燃料活性高,循環時間應較短,反之則應延  長。對于粘士煤球,宜采用120s短循環操作,這樣可以大大減少爐溫波動、阻力不均、爐面吹翻等現象,單位時間內帶出熱量也少。
2)吹風時間。吹風時間的選擇應綜合考慮原煤性質、風機風壓和風量、管網阻力、蒸汽流量等因素,總的原則是在保持料層有較高溫度的前提下,  盡量縮短吹風時間,延長制氣時間。機械強度高、熱穩定性好、粒度均勻的原料,料層阻力小,有利于提高氣流速度,可使用短吹風,反之則應相  對延長吹風來提高爐溫。在具體制訂操作指標時,各應根據各自的特點,在試驗的基礎上,確定合適的吹風時間。
3)上、下吹時間。上、下吹時間分配以維持氣化層位置的穩定和提高氣體產景及質量為原則。在這個原則下,要充分考慮的原料性質、熱量平衡、  氣化層的穩定等因素。對于粘土煤球,一般分配原則為吹風18%、上吹33%、下吹40%、二上吹6%、吹凈3%。但由于各爐固有的特性(設備、管  道阻力等),在具體操作中應根據各爐實際情況作一些適宜的調整,以穩定爐況,滿足生產需要。
2.7加氮控制
加氮與蒸汽分解反應有著相互促進、良性循環的作用,但要合理利用加氮熱雖才能起到增產節能的作用。在溫度較高(800—1000℃)時,蒸汽  與炭的反應屬擴散控制,故加氮宜在氣化層溫度最高時進行。正常情況下,上吹初期爐子溫度最高,可在此時加入適量氮,使加入空氣在爐內放出  熱量,充分彌補此時蒸汽分解反應所需熱量,使蒸汽分解反應能在較長時間處于擴散控制區。對于粘土煤球,更應采用上吹加氮來保持氣化層溫度  恒定,但具體加氮方式要根據爐況確定。
3.0結語
目前,國內煤粉壓球機成型氣化技術較多,各廠可根據自身所在周邊地理環境,考慮采用何種型煤技術,以充分發揮型煤作用。對于周邊有各類陶  土、粘土地區,可優先考慮使用粘土制球。粘土煤球由于利用余熱進行烘干,因此入爐時煤球尚有80"C左右的余溫,直接入爐。一方面帶入  爐內的水分少,另一方面帶入部分熱量,可以減少干燥、干餾所需熱能,有效提高了制氣時間,同時增加了氣化層厚度,對生產較為有利。但由于  粘土煤球的特殊性,具體操作中應合理調節各類參數,力求爐況穩定,才能真正發揮節能降耗的作用。粉煤壓球機成型氣化技術是一項系統工程,  在具體制訂各項氣化技術指標時應反復實踐,不斷總結,才能真正發揮其優勢。有條件的廠家可考慮采用尋優控制系統,對造氣爐況實時監控,可  以使爐子處于更加穩定狀態,更有利于爐子產氣。

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