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型煤压球机生产线增产降耗与气化技术发展趋势

发布时间:2018-04-25 11:49| 浏览: |来源: 新火彩票平台

1国内粉煤成型技术状况
气化用工业型煤压球机技术在我国20世纪60年代开始发展,当时为了缓解无烟煤块煤供应短缺和运输紧张的状况,特别是在我国南方很多小氮肥企业建造了石灰碳化压球机煤球生产线、黏土压球机煤球生产线、清水压球机煤棒生产线、腐植酸钠压球机、煤棒生产线等型煤设备生产线,但因当时粉煤压球机成型技术和型煤气化工艺技术尚不成熟,故发展缓慢。
近几年,经一些科研单位、生产企业深入研究,气化用工业型煤技术有了长足发展。在黏结剂方面,开发了无机类黏结剂:水溶液水玻璃等;有机类黏结剂:如焦油渣、淀粉类、废纸浆等;高分子聚合物类黏结剂:如PVA、各类乳胶等;以上多种黏结剂的复合(有机无机复合型黏结剂)黏结剂。
粉煤成型采用的是低压成型技术。目前,国内黏结剂的研究开发取得了较大进展,型煤复合黏结剂和高压成型技术及型煤气化技术有了进一步提高和较大规模的工业生产,使中、小氮肥企业有了新的经济增长点。但也有少数企业型煤炉生产过程中存在产气量低、炉渣呈末煤掺夹黑块、炉渣返炭高、有效气体成分低等问题,型煤气化的增产降耗效益没有充分地发挥。用于生产合成氨原料气为主的型煤通常称为气化型煤。粉煤成型技术不是简单地将粉煤压制成型,而是使其改变性质、固硫、降黏、阻熔,提高其反应活性,使本来不适合以固定层气化生产的无烟粉煤、煤泥、挥发分较低的次烟煤等煤种能达到不同用户的质量要求。气化型煤的质量一般应达到5项标准:①型煤冷强度要达到6.67MPa以上,要求在装卸车和运输过程中不产生碎裂和粉尘;②型煤热强度要好,入炉后受热膨胀干馏、氧化放热和制气吸热、温度变化后不碎不散,气化后气体中带出物少;③型煤制作周期要短,自然干燥或烘干固化后,耐水性好,不怕潮湿雨淋;④型煤的固定碳含量在58%~68%(质量分数,下同);⑤型煤规格大小要符合气化炉型,一般2600~3000mm造气炉型需要使用32mm煤棒或者50~75mm煤球。   
型煤造气炉的选型与系统配置
炉型
型煤机械强度低,含灰分较多,具有较好的化学活性和较低的灰熔点;型煤密度小,但粒度均匀,入炉后透气性好,吹风效率易提高。型煤气化最大的特点是氧化层温度偏低,料层蓄热能力较差,半水煤气中CO含量偏高,原料消耗量大,排粉尘和灰渣量多。根据型煤的特性和气化特点,型煤造气生产需实现3项硬性指标,即增产、增效和环保。型煤气化时,宜采用高炭层、高炉温、高热值、低排放的“三高一低”的操作方法,以最大限度地提高型煤气化炉的安全、稳定、长周期运行能力。根据上述型煤及生产特点和从中、小氮肥企业发展的战略考虑,笔者认为目前选用新型的3000mm常压固定层间歇造气炉为宜。
先进的3000mm炉型造气炉的炉膛截面积为7.065m,夹套受热面积为26m,气化强度为1200—1500m/(m·h),中央风箱送风口直径1200mm,灰盘转速0~1r/h,产气量(块煤、煤球、煤棒)9000—11000m/h(标态),灰盘加大与炉径设计合理,有合理的灰渣过渡区,炉体适当加高,炉型的3个高径比(炉体高径比、水夹套高径比、容炭高径比)科学适用。
3.2夹套锅炉
从工艺角度讲,气化层的温度、厚度和位置决定了夹套锅炉的有效高度和安装高度。过高的夹套锅炉,虽然能增强操作弹性,但会造成煤耗上升,具体表现在灰渣返碳高和用高价原料煤换取低品位的蒸汽。在固定层间歇煤气化反应中,氧化层的厚度比还原层薄,但其温度最高,反应温度可在灰熔点之上;还原层的温度偏低,但其还原层和次还原层较厚。干燥层、干馏层和灰渣层的温度均在400℃左右,不可能形成熔渣和熔煤。显然,将夹套锅炉安装的位置对应于氧化层与还原层之高度,完全可以保证炉况正常,所以型煤炉水夹套锅炉的高度与造气炉炉径相同为宜。根据蒸汽焓的原理,采用次高压锅炉(如生产1.3MPa、约195摄氏度的蒸汽并入全厂蒸汽系统管网),既可降低夹套锅炉壁的热冷效应,又具有较好的操作弹性,对高产、低耗更有利。
3.3将传统的旋风除尘器改造为蒸汽过热器与旋风除尘两用
目前,多数用次高压夹套锅炉(如1.3MPa)生产195摄氏度左右的饱和蒸汽的常压固定层间歇造气炉是在传统自产蒸汽流程中改造的,系统没有1.3MPa的蒸汽管网,如经过截流将压力降到0.60MPa左右后,饱和蒸汽温度下降至140℃左右再人造气炉用的低压管网,会使人炉缓冲罐蒸汽温度下降至175摄氏度以下,影响造气炉的产气量和煤耗。笔者认为:将单炉传统的旋风除尘器上部改造为32mm的u形管式的蒸汽过热器与旋风除尘两用装置,更利于尘灰沉降和吹风煤气的显热进一步利用(吹风阶段的上行煤气温度在280摄氏度左右)。可在次高压夹套锅炉汽包出口配置减压截流阀,将蒸汽压力从DN100mm管线中的1.30MPa降至0.60MPa后送入DN300mm总管线进单炉的旋风除尘器,把蒸汽过热到180cc以上后入蒸汽缓冲罐前的蒸汽管网。此改造方案的热量平衡利用合理,先进安全可靠,工艺流程简单适用,投资少。
3.4加焦机
型煤生产应采用型煤专用加焦机(加装座板阀和圆盘蝶阀),以降低型煤的破碎率,使阀口关闭严密不易漏气。3.5专用炉箅选择原则型煤炉箅应具备:①炉箅总通风面积适宜,不易过大,但布风性能要好(与块煤相比,边风和中风要小),首先要达到炉内的中心区、内环区和外环区风量的均匀性;②具有较强的排破渣能力,破渣筋应耐温、耐磨,从上至下的各层破渣筋形成的螺旋角度要大,炉箅顶部风帽锥尖要有一定的夹角,旋转中能产生导渣力矩,以利于松动和推动高温料层,提高气化率;③需加高、加厚炉箅每层内、外风道的折边,并使其每层圆周边檐风道通风均匀,且通风道高度合理,材质要求耐温、变形小,生产中有效减少带出物;④最大层的落灰距不能过大,与破渣条安装后的距离应<280mm。炉箅本体最大层旋转直径层边檐的“S”落灰弓距离应为150mm左右,以有利于均匀控制边风,减少下吹制气带出物,降低下吹制气蒸汽消耗。在生产中,一旦炉箅的扇形层面发生变形,内、外口风道折边冲刷成凸凹形状及破渣筋磨损后尺寸变小,就会严重降低炉箅综合性能,难以达到在最佳工艺条件下运行,各项生产经济指标下降。上述现象会造成造气炉负荷越大,炉况越差,操作弹性越低,灰渣返碳升高;最终导致气化炉工艺恶化、产气量下降、煤和蒸汽消耗升高,使造气生产陷入被动局面。
2650mm和2800mm系列间歇气化炉以及2800mm和①3000mm富氧空气+蒸汽连续气化炉使用的炉算材质应为:铸钢风帽和破渣筋,且破渣筋覆盖耐磨低合金;炉箅每层圆周扇面使用耐热、抗裂、变形小的铸铁(TRGrMnSI5)。炉箅结构双重材质组合完全可以实现与炉底总成机械同等周期,达到同步计划检修的目的,能充分延长炉箅最佳工艺条件下的运行周期和使用寿命,有利于维持造气炉况的长周期稳定和增产降耗。
3.6油压阀门
由于型煤的固定碳较低,故同等炉型单炉产气量是块煤的80%左右。以3000mm型造气炉为例,各工艺阀门的规格为:吹风阀DN600mm、上行煤气阀DN800mm、下行煤气阀DN700mm、蒸汽阀和氮空气阀DN250mm较为合适。因为单炉产气量是以型煤的质量而定,一般在8500~11000m/h(标态)。这种配置有利于减少DCS油压系统和阀门运行中的阀门起落行程时间损失,对增加产气量和降低蒸汽消耗有利。配置的D700型风机具有风量大、低风压的性能。
3.7不停炉下渣装置
由于型煤固定碳含量较低,生产中下灰渣量大、次数多。为了保证系统生产负荷稳定,采用不停炉下灰渣装置可有效提高型煤炉生产的产气量。
4气化工艺与优化操作
4.1型煤气化工艺的选择
传统间歇造气炉的循环时间分配一般是:吹风22%、上吹26%、下吹45%、二次上吹4%、吹净3%。烧山西等地的优质块煤,多数企业造气炉在上吹阶段利用吹风阀加氮空气或用加氮空气专用阀加入一定量氮空气,以利于调节H/N和提高炉温。此操作方法适用于原料煤质量好的情况,但烧型煤却不能很好地解决炉温波动、产气量低的问题。由气化理论和生产实践得知:在二次上吹阶段加入氮空气是科学合理的;从传统的循环时间分配上看,二次上吹的分配时间远不能满足加氮空气的需要。
因此,型煤制气循环时间分配可调整为:吹风20%、上吹lO%、下吹45%、二次上吹22%、吹净3%,使二次上吹阶段有充足的时间加入氮空气,既满足了减少炉温波动,又达到提高蒸汽分解率、增加产气量和调整H:/N的目的。鉴于安全
的需要,二次上吹加氮空气阀调整为:加氮空气阀开启时间I:L~-次上吹蒸汽阀滞后5s;加氮空气阀关闭时间比二次上吹蒸汽阀提前6~8s。根据灰渣质量,微调二次上吹加氮空气的量和时间。
另外,因每个循环制气中,上吹和下吹蒸汽制气后,炉内气化层温度相对降低,如果继续使用上吹和下吹相同的蒸汽流量,势必造成炉温下降过快,气体中CO含量升高。所以可采用专用油压阀门在二次上吹22%的时间内减小阀门开度,有效减小蒸汽流量,与二次上吹的加氮空气流量统一调整、合理使用,更有利于以提高炉温,使有效气体成分进一步提高。吹风后期的3S左右回收时间不能撤掉,因为回收阀和煤总阀开关不到位会使总管煤气倒回吹风气余热锅炉(或烟囱)系统,发生煤气流失现象。采用联醇工艺的装置也可以在单炉煤气总阀位置另外增设煤气三通阀,设置微机程序,单独回收上吹和下吹的水煤气,然后送人甲醇系统;二次上吹和吹净的半水煤气单独进入合成氨系统,以利于全系统节能降耗。
4.2工艺指标与优化操作
煤气炉循环时间的设定首先应服从造气炉高产低耗,其次应尽可能延长气化循环周期,减少阀门和油缸过高频率运动损失,两者同等重要。型煤制气的3000mm炉型气化总循环时间设定为150s较为合理(2800mm炉型采用140s为宜)。’延长制气总时间可使间歇循环制气有利于降低入炉蒸汽压力,减缓蒸汽在气化层流速,提高蒸汽分解率;工艺阀门的阀板因蒸汽压力减小,变向速度加快且降低工艺阀门填料函泄漏率。使用210℃左右的过热蒸汽,蒸汽缓冲罐压力设定0.055MPa左右;上吹时,蒸汽阀门开度较大,下吹时,蒸汽阀门开度较小;吹风后期回收时间设定为3s(防止总管煤气倒流造成消耗升高)。半水煤气中(CO2)在8.8%~9.8%,空程1.0m。氮空气主要用在二次上吹时间里,二次上吹阶段将半水煤气中(CO)控制在约9.5%和(O)≤0.3%,以利于氧化还原反应与疏松高温料层,两者兼顾较为合理。采用次高压(1.35MPa)水夹套锅炉的气化炉,吹风阶段水夹套温度在200℃左右,下吹阶段在170℃左右,此温度能很好地显示氧化还原层对应于水夹套,气化反应在炉内下部进行,使炉况稳定;上行煤气温度≤280℃,下行煤气温度≤300℃,灰仓温度160~210℃,有利于炉况稳定,产气量高、煤耗降低。3000mm炉使用D700型风机,阀门开度70%,风压控制在26kPa左右,单炉产气量控制在8500m/h(标态)左右;此负荷下操作,弹性大、炉况稳定、煤耗降低、设备运行周期长、清理和润滑难度减小、操作容易。
4.3改进加煤时间
由于型煤成型、烘干过程后易发生含水量超标和运输、入仓过程中产生过量的粉尘,改为二次上吹阶段对加焦机进料、吹风阶段对炉内布料可使型煤在加焦机内不与蒸汽接触,且能再度烘干,加焦机黏结现象减少;吹风阶段对炉内布料过程中,将过量的煤尘吹人旋风除尘器内(过量的粉煤进入炉内阻力增大,消耗升高),降低入炉粉煤量。此加煤方式对型煤生产而言,先进、合理、适用。
4.4特殊操作
在型煤生产中,常发生短时间供气不足现象的原因:①由于型煤的综合质量所限,气化层温度较低且脆弱,在下灰渣之前,不少企业需对灰渣箱加水,灰渣产生的部分饱和蒸汽进人炉内灰渣层使其湿度加大,短时间造成空气、蒸汽人炉量减少,气化效率下降。此时需调整下吹制气时间,即减少1—2s,分别加在吹风时间和上吹时间里,持续20min再恢复至原定工艺参数。②因为夏季和冬季环境温差大,空气密度下降,单位时间入炉0:量减少,炉内蓄热和吸热失去平衡,造成产气量下降。此时上吹时间减少1s,加在吹风时间中,持续30min再恢复至原定工艺参数。型煤生产须维护持续较高的气化层温度,控制炉况长期稳定,人的因素是高产低耗的第一要素,只有提高操作技能、加强工艺管理,管理者与操作者工艺操作高度默契和统一,才能确保型煤生产的安全、高产、低耗、环保、长周期稳定运行的局面。
4.5清理和润滑
造气系统在次高压夹套锅炉、低压入炉蒸汽、常压煤气系统及高炉温状态下运行。以型煤为原料的造气系统,煤灰堵、焦油堵和冷凝液堵情况尤为突出,制气时的阻力(下行煤气积尘器、余热锅炉、煤气管道)上升常为清理不及时或者清理不彻底造成的;炉底滑道、闭式传动和减速机负荷加重,则由加油不及时、不到位造成的。周期性地定期清理、检查补加润滑油,才能保证造气系统在正常气化压力下运行,使运转机械在最佳润滑状态下工作。鉴于安全要求,煤气炉的油泵站、电磁阀站应定期巡检和清洗。


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