第5期中氮肥No.52007年9月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressSep. 2007灰熔聚粉煤氣化爐存在的問題及改進(jìn)蘇利偉，杜三民(平煤集團飛行化工有限責(zé)任公司，河南平頂山467001)[摘 要]對灰熔聚粉煤氣化爐運行中存在的問題進(jìn)行了分析、討論，并提出了解決方案和建議。[關(guān)鍵詞]灰熔聚粉煤氣化爐;中心管;分布板[中圖分類號] TQ545 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] B [文章編號] 10-92920070500070Problems Found in Operation of Ash-agglomerated Fluidized BedGasifier and Improving SuggestionsSU Li-wei, DU San-min( Feiring Chemical Industry Co., Ltd, Pingmei Group, Pingdingshan 467001, China)Abstract: In this paper, the author makes a discussion on the problems found in operation of ash-agglomerated fluidized bed gasifier, and puts forword some suggestions for improving.Key Words: ash-agglomerated fluidized bed gasifier; central nozzle; distributor灰熔聚粉煤氣化技術(shù)是我國具有自主知識產(chǎn)CO 28% ~ 30%，H2 39%~41%，CH4 1.7%~權(quán)的煤氣化技術(shù)，為我國氮肥行業(yè)原料本地化開1.9%，N2 3.0%左右;噸氨消耗煙煤1.9~2.3辟了一條新路子。目前國內(nèi)建成或在建爐子共8t,耗氧755~863 m',耗蒸汽1.97~2.25t,高套，其中城固1套，天堿2套,山西太化1套,于設(shè)計值;爐渣殘?zhí)?% ~16%。山西豐喜1套，平煤飛行2套，山西天脊集團1套。有4家已建成，其中天堿的爐子在役，太化2問題與分析和天脊集團正在調(diào)試，還有2家在建，預(yù)計近期2.1系統(tǒng)穩(wěn)定性投產(chǎn)。經(jīng)過對灰熔聚粉煤氣化爐與恩德爐運行情單爐運行的最長周期52 d,離工業(yè)要求還有況的實地考察，并查閱大量相關(guān)資料后，筆者對-定差距。從現(xiàn)象上看,導(dǎo)致停爐的原因有:二灰熔聚粉煤氣化技術(shù)形成了一些自己的看法,現(xiàn)廢鍋漏，高溫管線漏，高溫閥卡，爐內(nèi)耐火磚討論如下。塌，分布板燒壞，中心管斷裂，下煤不暢等。到1灰熔聚粉煤 氣化爐運行情況介紹目前為止，二廢鍋、高溫管段、高溫閥、爐墻、灰熔聚粉煤氣化爐工業(yè)裝置采用純氧制氣,分布板燒壞的問題基本.上得到解決，但中心管斷單爐產(chǎn)氣量14 000~ 16 000 m3/h。從試運行情裂的問題、下煤不暢的問題、分布板的其他問題況看，問題還是不少，既有設(shè)計問題，也有設(shè)備等解決得仍不理想。分布板的其他問題后面作專問題、安裝問題等等。經(jīng)過- - 系列技改，特別是門討論，這里重點討論下煤不暢和中心管斷裂的對二廢鍋、高溫管道、分布板、中心管、爐底排問題。事實上，灰熔聚爐目前尚屬常壓操作,但采渣、排灰系統(tǒng)等進(jìn)行技改后,單爐最長運行時間達(dá)到了52d;出爐氣體成分: CO2 23% ~ 27%，用的中國煤化工果象恩德爐那樣利HCNMHG把煤斗、煤鎖取[收稿日期] 2007-05-22消，且妝化保乜阿r術(shù)，保公出口直接與給煤機[作者簡介]蘇利偉(1964-),男,平煤集團飛行化工公司副相連，這樣會大大地減少煤堵現(xiàn)象，從而降低因總經(jīng)理。此而停車的可能性。8.●中氮肥第5期中心管的斷裂部位不太固定，發(fā)生斷裂的部波動。根據(jù)上述概念，灰熔聚氣化爐顯然屬聚式位往往并不在同- -位置。盡管某次斷裂的具體原流化。當(dāng)然，理論上可以用弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)(用Fmt因和機理不太容易搞清，但不妨可以用模糊理論表示)來判斷流化形式。Fmt= u/(dpg),來探討。這里所說的模糊是指不考慮某一次斷裂Fm:>1.3時，屬聚式流化; Fmr<0.13時， 屬的具體原因，而是把中心管及其工作環(huán)境聯(lián)系起散式流化。來做一個整體分析。先說說中心管的作用。就其騰涌主要發(fā)生在氣 -固流化床中。如果床設(shè)計的本意來說，是從中心管加入部分氧氣和蒸層高度與直徑的比過大或氣速過高，就會發(fā)生小汽，使?fàn)t子中心部位產(chǎn)生一個高溫氣化區(qū)，從而氣泡合并成大氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)氣泡直徑長大到與使煤粒氣化得更徹底，效率更高，效果更好。這床層直徑相等時，床層被分為幾段，形成相互間無疑是一個很好的設(shè)計創(chuàng)意，但中心管的長度、隔的氣泡與顆粒層。顆粒層像活塞那樣被氣泡向直徑、管壁厚度、材質(zhì)、排氣方式、通過氣體的上推動，到達(dá)上部后氣泡崩裂，而顆粒則分散下成分和流量是多少，如何固定氣流速度等都值得落，這種現(xiàn)象稱為騰涌。床層發(fā)生騰涌現(xiàn)象時,研究和探討。就目前排氣方式來說，氣速太高，不僅使氣固兩相接觸不良，而且使?fàn)t壁受顆粒磨易形成溝流;氣速太低，又容易漏料或高溫區(qū)達(dá)損加劇，同時引起設(shè)備振動。不到應(yīng)有的溫度。為了形成集中高溫區(qū)，中心管溝流指氣體通過床層時形成短路， 大量氣內(nèi)應(yīng)不加蒸汽，中心區(qū)溫度的調(diào)節(jié)直接靠調(diào)節(jié)氧體沒有和固體顆粒很好接觸即穿過溝道上升。氣流量來實現(xiàn)。管子越粗，受到沸騰煤粒的沖擊爐子振動有2個原因: - -是爐料沸騰時對爐力就越大，中心管就越易斷裂,因此，在能滿足壁的不均撞擊導(dǎo)致爐子振動;二是流化床中上升最大生產(chǎn)負(fù)荷所需要的進(jìn)氧量的前提下，中心管的氣泡在稀相的破裂或由騰涌所致。由計算知越細(xì)越好，越細(xì)自重越輕，也就越好固定。umt≈0.47 m/s。大顆粒取u/um= 10，u,=2.2 安全環(huán)保4.7 m/s;小顆粒取u/um= 100，ut= 47 m/s。說到安全問題，首先說說爐子的振動和框架中心管的實際流速為60~ 80 m/s,說明氣泡肯的晃動。爐子振動只是在高負(fù)荷時表現(xiàn)明顯，低定是存在的。負(fù)荷時不明顯。要搞清振動的原因需要明白4個框架的晃動或擺動還有2個方面值得注意。重要概念:散式流化、聚式流化、騰涌和溝流。一是框架結(jié)構(gòu)和設(shè)備的固定方式。設(shè)備布置“頭散式流化散式流 化的特點為固體顆粒均勻重腳輕”，重量較大的設(shè)備幾乎都在32 m以上地分散在流化介質(zhì)中，故亦稱均勻流化。當(dāng)流速(總高為50.5 m),如一、二旋分離器，一、二增大時，床層逐漸膨脹但沒有氣泡產(chǎn)生，顆粒彼廢鍋及其汽包，煤倉，中間料倉等等,最重的設(shè)此分開，顆粒間的平均距離或床層中各處的空隙備一氣化爐的中心在 28 m以上。這種頭重腳率均勻增大，床層高度上升，并有一穩(wěn)定上界輕的結(jié)構(gòu)很像一個帶穗高梁桿, -經(jīng)風(fēng)吹便會搖面。通常兩相密度差小的系統(tǒng)趨向散式流化，故擺不定。二是由于氣化裝置是在高溫條件下工作大多數(shù)液-固流化屬于“散式流化”。.的，設(shè)計時必須考慮熱膨脹的吸收問題。這就不聚式流化對于兩相密度差較大的 系統(tǒng)則趨可避免的出現(xiàn)了- -對矛盾一-吸 收熱膨脹和固定向于另- -種流化形式一聚式流化。 在密度差較設(shè)備之間的矛盾。事實上，為了吸收膨脹，除了大的氣-固系統(tǒng)的流化床中,超過流化所需最小氣化爐、蒸汽過熱器等少數(shù)設(shè)備外，大部分設(shè)備氣量的那部分氣體以氣泡的形式通過顆粒層，上(如一、二旋分離器，軟水加熱器，渣斗，中間升至床層上界時即行破裂。在這些氣泡內(nèi)，可能料倉等)都用彈簧箱做設(shè)備支撐。當(dāng)用管道把這夾帶有少量固體顆粒。這時床層內(nèi)分為兩相,些設(shè)備連接起來時，很容易傳遞振動。相是空隙小而密度大的氣固均勻混合物構(gòu)成的連中國煤化工因加上“頭重腳續(xù)相，稱為乳化相;另一相為夾帶少量固體顆粒輕”.1HCNMHG設(shè)備固定方式這以氣泡形式通過的不連續(xù)相，稱為氣泡相。由于4寸以低水無頭，的」的振動通過連接管氣泡在上界面處破裂，所以上界面是以某頻率上道傳給了整個框架，使框架晃動，甚至擺動。下波動的不穩(wěn)定界面，床層壓差也隨之做相應(yīng)的環(huán)保問題的重點是污水治理。如果能上1套第5期蘇利偉，等:灰熔聚粉煤氣化爐存在的問題及改進(jìn)，9.污水處理裝置,問題還是能夠得到解決。實際影響流化質(zhì)量的因素主要有三:一是分2.3消耗布板;二是爐內(nèi)構(gòu)件;三是煤粒的粒度分布。2.3.1煤耗高先說分布板，分布板的作用除了支撐固體顆煤氣中的二氧化碳含量高、爐渣中殘?zhí)亢苛?，防止漏料以及使氣化進(jìn)行得均勻外，還有分高、帶出物(至二旋)多造成煤耗高。二氧化碳散氣流，使氣流在分布板上方形成較小氣泡的作含量高與蒸汽過量、不投用二次風(fēng)等有關(guān)。氣化用。然而，分布板對氣體分布的影響是有限的，反應(yīng)中蒸汽量始終是過量的，但過量多少是適當(dāng)通常僅局限在分布板上方不超過0.5 m的區(qū)域。的呢?對比一-下固定床氣化爐就會明白。在固定設(shè)計良好的分布板，應(yīng)對通過它的氣流有足床爐的操作中，蒸汽的投加量由氣化層的操作溫夠大的阻力，以保證氣流均勻分布于整個床層截度直接決定，固定床爐氣化層的最佳操作溫度又面上。也只有當(dāng)分布板的阻力足夠大時，才能克是由t1決定的。蒸汽的過量度由氣化層操作溫服聚式流化的不穩(wěn)定性，抑制床層中出現(xiàn)溝流現(xiàn)度≤t1決定。當(dāng)氣化層的操作溫度大于t1 時，象。實踐證明，當(dāng)采用低開孔率的分布板時，可必須多加蒸汽把它降到t1以下;反之，當(dāng)氣化使氣固接觸非常良好，這正是第二代分布板比第層溫度降得太多時，又必須減少蒸汽的投加量，- 代分布板好的原因。但氣體通過這種分布板的以提高氣化層的操作溫度。換言之，對固定床氣阻力必然大，會大大增加鼓風(fēng)機的動力消耗，因化爐來說，蒸汽不僅是氣化劑，同時又是控制爐此通過分布板的壓降要有個適宜值。據(jù)研究，這溫的重要手段，這是固定床氣化爐的特點決定，個值應(yīng)該≥床層壓降Op的10%，且滿足絕對值的。對流化床氣化爐來說，就大不相同了。雖然不低于3.5 Pa。.流化床氣化爐的操作要受到t1和設(shè)計操作溫度工業(yè)上使用的分布板形式很多，常見的有直的限制，但煤的投加量、氧氣和蒸汽的投用量卻流式、側(cè)流式、填充式。但筆者認(rèn)為采用凹形、是隨時可調(diào)節(jié)的。這使在保證流化和氣化正常的側(cè)流、旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣流式較為適合。在現(xiàn)在凹形分布條件下，灰熔聚氣化比固定床氣化節(jié)約蒸汽成為板的基礎(chǔ)上加上簡易的側(cè)縫錐帽噴嘴，側(cè)縫噴嘴可能，是流化床氣化的優(yōu)勢。但遺憾的是現(xiàn)有灰沿切線形成仰角，這樣既可避免死床，又可保證熔聚氣化爐沒有發(fā)揮這一優(yōu)勢。為保證流化效旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣;既可減少蒸汽量,又可保證流化效果，不調(diào)蒸汽投加量(不是絕對不用),且使蒸果。下面談?wù)劄槭裁匆獜娬{(diào)旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣。汽嚴(yán)重過量，顯然是不合適的。受設(shè)計的限制，灰熔聚氣化爐不是純粹的流化床，而是沸騰-般來講，即使流化床的中心溫度區(qū)操作溫度也床加流化床這樣- -個復(fù)合床(下面是沸騰床，上難以達(dá)到t1。既然如此，對中心高溫區(qū)(相當(dāng)面是流化床)。為了讓爐子正常運轉(zhuǎn)，首先要保于固定床爐子的氣化區(qū))的溫度就可以通過調(diào)節(jié)證沸騰床的正常沸騰，這取決于顆粒性質(zhì)(尺給煤量、給氧量來實現(xiàn)。寸、密度等)、進(jìn)氣量和進(jìn)氣方式。如果氣流能那么過量的蒸汽在爐子內(nèi)起什么作用呢?它以切線加仰角的方式進(jìn)入，氣流進(jìn)入爐子后就會有兩個作用:一是作為流化介質(zhì);二是吸收爐子旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)的氣體就會對煤粒產(chǎn)生- -種托起熱量。前一作用是人為的，有主觀性;后- -作用.力，為將來減少蒸汽的投加量做好準(zhǔn)備。純粹是被動的，從屬的，無奈的。投加蒸汽溫度爐子內(nèi)部構(gòu)件，如擋網(wǎng)、擋板、垂直管束只有300 C，而出爐的蒸汽卻有1 000 C, 700等，因涉及受高溫反應(yīng)引起的材質(zhì)性能變化、要C的溫差所需熱量全靠氧化反應(yīng)的放熱提供。氧求較高等復(fù)雜問題，這里不進(jìn)行過多討論?；磻?yīng)的生成物正是二氧化碳。這就是煤氣中二粒度分布上應(yīng)盡量均勻,偏差太大會帶來很氧化碳含量偏高的原因。恩德爐的實踐也印證了多麻煩。比如:為了讓大顆粒的煤料沸騰,必須這一點(恩德爐的汽氧比小)。加大I中國煤化工顆粒的煤不需高上述分析告訴我們，只要條件允許，就應(yīng)該氣量CNM HG時,可能小顆粒盡量減少蒸汽的投加量?，F(xiàn)有灰熔聚爐情況怎樣早就隨飛機吹跑」。呢?減蒸汽就會影響流化質(zhì)量。這引發(fā)了更深一下面圍繞如何減蒸汽談?wù)勚行墓艿脑O(shè)計問層的問題一分 布板的設(shè)計和其他-些問題。題。實際上，可以把中心管看成是分布板上的一●10●中氮肥第5期個進(jìn)氣孔。按照前面的分析，目前采用的中心管能還原部分二氧化碳，提高氣體質(zhì)量和碳的利用的形式對流化效果是極其不利的，極易形成氣率。如果二次風(fēng)的投加方式合理，還可以截留部泡、溝流或騰涌，應(yīng)對中心管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。分夾帶物。出爐氣體夾帶物少，將直接減少-、通過中心管的氣體流速過低，易發(fā)生漏料;二旋進(jìn)出口的夾帶量。由此看來，二次風(fēng)的投加氣速過高又易產(chǎn)生溝流。為避免這些問題，結(jié)合對降低消耗起著重要的作用。前面對中心管斷裂原因的分析，中心管應(yīng)該在現(xiàn)當(dāng)然，二次風(fēng)的投加方式也是值得探討的。在的基礎(chǔ)上改為:上封閉、 打孔、縮徑形式。當(dāng)目 前灰熔聚爐設(shè)計為4個投加口，沿切線方向,然開孔數(shù)和孔徑應(yīng)當(dāng)通過計算得出。同樣，環(huán)管有一個仰角。與恩德爐相比，缺陷明顯。恩德爐也要在保證排渣能力的前提下，盡量收縮環(huán)隙，的二次風(fēng)有24個進(jìn)爐點，人口管徑50 mm,在保證大部分氣體從分布板進(jìn)入。圓周上均均分布，入口管平面與爐簡體相垂直,2.3.2爐渣殘?zhí)亢扛哌@種設(shè)置方式會很好地截留由濃相段流人稀相段從爐渣的形成來看，主要有兩部分。- -部分的氣體中的夾帶物。由于灰熔聚爐進(jìn)氣存在仰是團聚成球的小顆?；伊?，另- - 部分是較大顆粒角，二次風(fēng)在爐內(nèi)的停留時間被縮短，不利于氣的煤塊、矸石等，兩部分的比例幾乎對半。較小化反應(yīng)的進(jìn)行。顆粒灰球象小米大小，較大顆粒的如玉米粒，明上面討論的是二次風(fēng)的正面作用。有人提顯沒有燒透，說明有漏料現(xiàn)象?？磥恚鉀Q漏料出:投加二次風(fēng)會增加系統(tǒng)風(fēng)險，因為一旦二次問題是降低殘?zhí)亢康闹匾胧?。殘?zhí)亢扛叩娘L(fēng)投加過量，會出現(xiàn)煤氣中氧含量超標(biāo)問題。筆另一原因是爐況波動造成的。筆者認(rèn)為這與目前者認(rèn)為:只要精心操作，控制好二次風(fēng)的投加量的進(jìn)氣布風(fēng)不合理有關(guān)。就不會有問題，不能因噎廢食。2.3.3帶出物多灰熔聚爐帶出物比恩德爐帶出物明顯要多。3解決問題的方法盡管有二旋把關(guān)，但仍然不理想。帶出物多的原(1)按前述思路和方案改造中心管、分布因主要有兩個方面: -是布風(fēng)不好，氣速過高，板， 改進(jìn)二次風(fēng)的投加方式。造成氣體中夾帶物增多;二是不投二次風(fēng)，失去(2)借鑒恩德爐的經(jīng)驗，用富氧空氣氣化替了二次燃燒反應(yīng)的機會。關(guān)于布風(fēng)問題，前面已代純氧氣化。經(jīng)詳細(xì)論述，這里重點說說二次風(fēng)的問題。(3)要避免“頭重腳輕”的設(shè)備布置結(jié)構(gòu)和二次風(fēng)對灰熔聚粉煤氣化爐的操作影響是不“不生根” 的設(shè)備安裝模式，盡量考慮用膨脹節(jié)容忽視的。二次風(fēng)的投加，給氣體中夾帶物以二來消除熱應(yīng)力。次燃燒、反應(yīng)的機會,不僅能增加產(chǎn)氣量,而且(4)簡化冗余的給煤和排渣系統(tǒng)。《云南化工》2008年征訂啟事《云南化工》于1973年創(chuàng)刊,刊號ISSN 1004-275X/CN53-1087/TQ,廣告經(jīng)營許可證號500000047,是國內(nèi)外公開發(fā)行的化學(xué)化工綜合性科技期刊。主要欄目包括:科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、探索應(yīng)用、綜述專論、分析測試、專家專欄、碩博論壇、設(shè)備技改、交流探討等。該刊為雙月刊，A4開本，每期訂價7元，年訂價42元(含郵費)，自辦發(fā)行。訂閱者可通過以下單位訂閱:全國非郵發(fā)報刊聯(lián)合征訂:天津市大寺泉北里別墅17號,郵編300385,電話022-23962479, 23973378;中國化工信息中心期刊圖書聯(lián)合征訂部:北京安外小關(guān)街53號，郵編100029，電話010-6444115, 6444113;金陵期刊文獻(xiàn)聯(lián)訂中心:南京大廠新華- -村25-205，郵編210(中國煤化工人徐丙根;中國版本圖書館發(fā)行部:北京市東城區(qū)先曉胡同10號,郵編|Y片CN MH 119978;8或直接將訂費通過郵局寄到本刊編輯部(請注明訂刊費和寄刊地址)。編輯部地址:昆明市滇池路1417號云天化集團公司科技樓《云南化工》編輯部郵編: 650228電話: (0871) 4327010傳真: (0871) 4327017E - 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