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型煤壓球機生產線增產降耗與氣化技術發展趨勢

發布時間:2018-04-25 11:49| 瀏覽: |來源: 新聞中心

1國內粉煤成型技術狀況
氣化用工業型煤壓球機技術在我國20世紀60年代開始發展,當時為了緩解無煙煤塊煤供應短缺和運輸緊張的狀況,特別是在我國南方很多小氮肥企業建造了石灰碳化壓球機煤球生產線、黏土壓球機煤球生產線、清水壓球機煤棒生產線、腐植酸鈉壓球機、煤棒生產線等型煤設備生產線,但因當時粉煤壓球機成型技術和型煤氣化工藝技術尚不成熟,故發展緩慢。
近幾年,經一些科研單位、生產企業深入研究,氣化用工業型煤技術有了長足發展。在黏結劑方面,開發了無機類黏結劑:水溶液水玻璃等;有機類黏結劑:如焦油渣、淀粉類、廢紙漿等;高分子聚合物類黏結劑:如PVA、各類乳膠等;以上多種黏結劑的復合(有機無機復合型黏結劑)黏結劑。
粉煤成型采用的是低壓成型技術。目前,國內黏結劑的研究開發取得了較大進展,型煤復合黏結劑和高壓成型技術及型煤氣化技術有了進一步提高和較大規模的工業生產,使中、小氮肥企業有了新的經濟增長點。但也有少數企業型煤爐生產過程中存在產氣量低、爐渣呈末煤摻夾黑塊、爐渣返炭高、有效氣體成分低等問題,型煤氣化的增產降耗效益沒有充分地發揮。用于生產合成氨原料氣為主的型煤通常稱為氣化型煤。粉煤成型技術不是簡單地將粉煤壓制成型,而是使其改變性質、固硫、降黏、阻熔,提高其反應活性,使本來不適合以固定層氣化生產的無煙粉煤、煤泥、揮發分較低的次煙煤等煤種能達到不同用戶的質量要求。氣化型煤的質量一般應達到5項標準:①型煤冷強度要達到6.67MPa以上,要求在裝卸車和運輸過程中不產生碎裂和粉塵;②型煤熱強度要好,入爐后受熱膨脹干餾、氧化放熱和制氣吸熱、溫度變化后不碎不散,氣化后氣體中帶出物少;③型煤制作周期要短,自然干燥或烘干固化后,耐水性好,不怕潮濕雨淋;④型煤的固定碳含量在58%~68%(質量分數,下同);⑤型煤規格大小要符合氣化爐型,一般2600~3000mm造氣爐型需要使用32mm煤棒或者50~75mm煤球。   
型煤造氣爐的選型與系統配置
爐型
型煤機械強度低,含灰分較多,具有較好的化學活性和較低的灰熔點;型煤密度小,但粒度均勻,入爐后透氣性好,吹風效率易提高。型煤氣化最大的特點是氧化層溫度偏低,料層蓄熱能力較差,半水煤氣中CO含量偏高,原料消耗量大,排粉塵和灰渣量多。根據型煤的特性和氣化特點,型煤造氣生產需實現3項硬性指標,即增產、增效和環保。型煤氣化時,宜采用高炭層、高爐溫、高熱值、低排放的“三高一低”的操作方法,以最大限度地提高型煤氣化爐的安全、穩定、長周期運行能力。根據上述型煤及生產特點和從中、小氮肥企業發展的戰略考慮,筆者認為目前選用新型的3000mm常壓固定層間歇造氣爐為宜。
先進的3000mm爐型造氣爐的爐膛截面積為7.065m,夾套受熱面積為26m,氣化強度為1200—1500m/(m·h),中央風箱送風口直徑1200mm,灰盤轉速0~1r/h,產氣量(塊煤、煤球、煤棒)9000—11000m/h(標態),灰盤加大與爐徑設計合理,有合理的灰渣過渡區,爐體適當加高,爐型的3個高徑比(爐體高徑比、水夾套高徑比、容炭高徑比)科學適用。
3.2夾套鍋爐
從工藝角度講,氣化層的溫度、厚度和位置決定了夾套鍋爐的有效高度和安裝高度。過高的夾套鍋爐,雖然能增強操作彈性,但會造成煤耗上升,具體表現在灰渣返碳高和用高價原料煤換取低品位的蒸汽。在固定層間歇煤氣化反應中,氧化層的厚度比還原層薄,但其溫度最高,反應溫度可在灰熔點之上;還原層的溫度偏低,但其還原層和次還原層較厚。干燥層、干餾層和灰渣層的溫度均在400℃左右,不可能形成熔渣和熔煤。顯然,將夾套鍋爐安裝的位置對應于氧化層與還原層之高度,完全可以保證爐況正常,所以型煤爐水夾套鍋爐的高度與造氣爐爐徑相同為宜。根據蒸汽焓的原理,采用次高壓鍋爐(如生產1.3MPa、約195攝氏度的蒸汽并入全廠蒸汽系統管網),既可降低夾套鍋爐壁的熱冷效應,又具有較好的操作彈性,對高產、低耗更有利。
3.3將傳統的旋風除塵器改造為蒸汽過熱器與旋風除塵兩用
目前,多數用次高壓夾套鍋爐(如1.3MPa)生產195攝氏度左右的飽和蒸汽的常壓固定層間歇造氣爐是在傳統自產蒸汽流程中改造的,系統沒有1.3MPa的蒸汽管網,如經過截流將壓力降到0.60MPa左右后,飽和蒸汽溫度下降至140℃左右再人造氣爐用的低壓管網,會使人爐緩沖罐蒸汽溫度下降至175攝氏度以下,影響造氣爐的產氣量和煤耗。筆者認為:將單爐傳統的旋風除塵器上部改造為32mm的u形管式的蒸汽過熱器與旋風除塵兩用裝置,更利于塵灰沉降和吹風煤氣的顯熱進一步利用(吹風階段的上行煤氣溫度在280攝氏度左右)。可在次高壓夾套鍋爐汽包出口配置減壓截流閥,將蒸汽壓力從DN100mm管線中的1.30MPa降至0.60MPa后送入DN300mm總管線進單爐的旋風除塵器,把蒸汽過熱到180cc以上后入蒸汽緩沖罐前的蒸汽管網。此改造方案的熱量平衡利用合理,先進安全可靠,工藝流程簡單適用,投資少。
3.4加焦機
型煤生產應采用型煤專用加焦機(加裝座板閥和圓盤蝶閥),以降低型煤的破碎率,使閥口關閉嚴密不易漏氣。3.5專用爐箅選擇原則型煤爐箅應具備:①爐箅總通風面積適宜,不易過大,但布風性能要好(與塊煤相比,邊風和中風要小),首先要達到爐內的中心區、內環區和外環區風量的均勻性;②具有較強的排破渣能力,破渣筋應耐溫、耐磨,從上至下的各層破渣筋形成的螺旋角度要大,爐箅頂部風帽錐尖要有一定的夾角,旋轉中能產生導渣力矩,以利于松動和推動高溫料層,提高氣化率;③需加高、加厚爐箅每層內、外風道的折邊,并使其每層圓周邊檐風道通風均勻,且通風道高度合理,材質要求耐溫、變形小,生產中有效減少帶出物;④最大層的落灰距不能過大,與破渣條安裝后的距離應<280mm。爐箅本體最大層旋轉直徑層邊檐的“S”落灰弓距離應為150mm左右,以有利于均勻控制邊風,減少下吹制氣帶出物,降低下吹制氣蒸汽消耗。在生產中,一旦爐箅的扇形層面發生變形,內、外口風道折邊沖刷成凸凹形狀及破渣筋磨損后尺寸變小,就會嚴重降低爐箅綜合性能,難以達到在最佳工藝條件下運行,各項生產經濟指標下降。上述現象會造成造氣爐負荷越大,爐況越差,操作彈性越低,灰渣返碳升高;最終導致氣化爐工藝惡化、產氣量下降、煤和蒸汽消耗升高,使造氣生產陷入被動局面。
2650mm和2800mm系列間歇氣化爐以及2800mm和①3000mm富氧空氣+蒸汽連續氣化爐使用的爐算材質應為:鑄鋼風帽和破渣筋,且破渣筋覆蓋耐磨低合金;爐箅每層圓周扇面使用耐熱、抗裂、變形小的鑄鐵(TRGrMnSI5)。爐箅結構雙重材質組合完全可以實現與爐底總成機械同等周期,達到同步計劃檢修的目的,能充分延長爐箅最佳工藝條件下的運行周期和使用壽命,有利于維持造氣爐況的長周期穩定和增產降耗。
3.6油壓閥門
由于型煤的固定碳較低,故同等爐型單爐產氣量是塊煤的80%左右。以3000mm型造氣爐為例,各工藝閥門的規格為:吹風閥DN600mm、上行煤氣閥DN800mm、下行煤氣閥DN700mm、蒸汽閥和氮空氣閥DN250mm較為合適。因為單爐產氣量是以型煤的質量而定,一般在8500~11000m/h(標態)。這種配置有利于減少DCS油壓系統和閥門運行中的閥門起落行程時間損失,對增加產氣量和降低蒸汽消耗有利。配置的D700型風機具有風量大、低風壓的性能。
3.7不停爐下渣裝置
由于型煤固定碳含量較低,生產中下灰渣量大、次數多。為了保證系統生產負荷穩定,采用不停爐下灰渣裝置可有效提高型煤爐生產的產氣量。
4氣化工藝與優化操作
4.1型煤氣化工藝的選擇
傳統間歇造氣爐的循環時間分配一般是:吹風22%、上吹26%、下吹45%、二次上吹4%、吹凈3%。燒山西等地的優質塊煤,多數企業造氣爐在上吹階段利用吹風閥加氮空氣或用加氮空氣專用閥加入一定量氮空氣,以利于調節H/N和提高爐溫。此操作方法適用于原料煤質量好的情況,但燒型煤卻不能很好地解決爐溫波動、產氣量低的問題。由氣化理論和生產實踐得知:在二次上吹階段加入氮空氣是科學合理的;從傳統的循環時間分配上看,二次上吹的分配時間遠不能滿足加氮空氣的需要。
因此,型煤制氣循環時間分配可調整為:吹風20%、上吹lO%、下吹45%、二次上吹22%、吹凈3%,使二次上吹階段有充足的時間加入氮空氣,既滿足了減少爐溫波動,又達到提高蒸汽分解率、增加產氣量和調整H:/N的目的。鑒于安全
的需要,二次上吹加氮空氣閥調整為:加氮空氣閥開啟時間I:L~-次上吹蒸汽閥滯后5s;加氮空氣閥關閉時間比二次上吹蒸汽閥提前6~8s。根據灰渣質量,微調二次上吹加氮空氣的量和時間。
另外,因每個循環制氣中,上吹和下吹蒸汽制氣后,爐內氣化層溫度相對降低,如果繼續使用上吹和下吹相同的蒸汽流量,勢必造成爐溫下降過快,氣體中CO含量升高。所以可采用專用油壓閥門在二次上吹22%的時間內減小閥門開度,有效減小蒸汽流量,與二次上吹的加氮空氣流量統一調整、合理使用,更有利于以提高爐溫,使有效氣體成分進一步提高。吹風后期的3S左右回收時間不能撤掉,因為回收閥和煤總閥開關不到位會使總管煤氣倒回吹風氣余熱鍋爐(或煙囪)系統,發生煤氣流失現象。采用聯醇工藝的裝置也可以在單爐煤氣總閥位置另外增設煤氣三通閥,設置微機程序,單獨回收上吹和下吹的水煤氣,然后送人甲醇系統;二次上吹和吹凈的半水煤氣單獨進入合成氨系統,以利于全系統節能降耗。
4.2工藝指標與優化操作
煤氣爐循環時間的設定首先應服從造氣爐高產低耗,其次應盡可能延長氣化循環周期,減少閥門和油缸過高頻率運動損失,兩者同等重要。型煤制氣的3000mm爐型氣化總循環時間設定為150s較為合理(2800mm爐型采用140s為宜)。’延長制氣總時間可使間歇循環制氣有利于降低入爐蒸汽壓力,減緩蒸汽在氣化層流速,提高蒸汽分解率;工藝閥門的閥板因蒸汽壓力減小,變向速度加快且降低工藝閥門填料函泄漏率。使用210℃左右的過熱蒸汽,蒸汽緩沖罐壓力設定0.055MPa左右;上吹時,蒸汽閥門開度較大,下吹時,蒸汽閥門開度較小;吹風后期回收時間設定為3s(防止總管煤氣倒流造成消耗升高)。半水煤氣中(CO2)在8.8%~9.8%,空程1.0m。氮空氣主要用在二次上吹時間里,二次上吹階段將半水煤氣中(CO)控制在約9.5%和(O)≤0.3%,以利于氧化還原反應與疏松高溫料層,兩者兼顧較為合理。采用次高壓(1.35MPa)水夾套鍋爐的氣化爐,吹風階段水夾套溫度在200℃左右,下吹階段在170℃左右,此溫度能很好地顯示氧化還原層對應于水夾套,氣化反應在爐內下部進行,使爐況穩定;上行煤氣溫度≤280℃,下行煤氣溫度≤300℃,灰倉溫度160~210℃,有利于爐況穩定,產氣量高、煤耗降低。3000mm爐使用D700型風機,閥門開度70%,風壓控制在26kPa左右,單爐產氣量控制在8500m/h(標態)左右;此負荷下操作,彈性大、爐況穩定、煤耗降低、設備運行周期長、清理和潤滑難度減小、操作容易。
4.3改進加煤時間
由于型煤成型、烘干過程后易發生含水量超標和運輸、入倉過程中產生過量的粉塵,改為二次上吹階段對加焦機進料、吹風階段對爐內布料可使型煤在加焦機內不與蒸汽接觸,且能再度烘干,加焦機黏結現象減少;吹風階段對爐內布料過程中,將過量的煤塵吹人旋風除塵器內(過量的粉煤進入爐內阻力增大,消耗升高),降低入爐粉煤量。此加煤方式對型煤生產而言,先進、合理、適用。
4.4特殊操作
在型煤生產中,常發生短時間供氣不足現象的原因:①由于型煤的綜合質量所限,氣化層溫度較低且脆弱,在下灰渣之前,不少企業需對灰渣箱加水,灰渣產生的部分飽和蒸汽進人爐內灰渣層使其濕度加大,短時間造成空氣、蒸汽人爐量減少,氣化效率下降。此時需調整下吹制氣時間,即減少1—2s,分別加在吹風時間和上吹時間里,持續20min再恢復至原定工藝參數。②因為夏季和冬季環境溫差大,空氣密度下降,單位時間入爐0:量減少,爐內蓄熱和吸熱失去平衡,造成產氣量下降。此時上吹時間減少1s,加在吹風時間中,持續30min再恢復至原定工藝參數。型煤生產須維護持續較高的氣化層溫度,控制爐況長期穩定,人的因素是高產低耗的第一要素,只有提高操作技能、加強工藝管理,管理者與操作者工藝操作高度默契和統一,才能確保型煤生產的安全、高產、低耗、環保、長周期穩定運行的局面。
4.5清理和潤滑
造氣系統在次高壓夾套鍋爐、低壓入爐蒸汽、常壓煤氣系統及高爐溫狀態下運行。以型煤為原料的造氣系統,煤灰堵、焦油堵和冷凝液堵情況尤為突出,制氣時的阻力(下行煤氣積塵器、余熱鍋爐、煤氣管道)上升常為清理不及時或者清理不徹底造成的;爐底滑道、閉式傳動和減速機負荷加重,則由加油不及時、不到位造成的。周期性地定期清理、檢查補加潤滑油,才能保證造氣系統在正常氣化壓力下運行,使運轉機械在最佳潤滑狀態下工作。鑒于安全要求,煤氣爐的油泵站、電磁閥站應定期巡檢和清洗。

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