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给排水工程师
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煤棒制气的工艺特点? 煤棒制气的工艺特点 喻永林(湖南省化肥工业总公司 长沙 410007) 2002-06-16 随着工业生产的发展,优质无烟煤块日益供不应求,价格也一再攀升,而且一些以块煤为原料制气的企业中,从块煤中筛出的无烟粉煤也堆积如山,不加利用则造成 浪费。因此,如何用无烟粉煤成型生产合成氨成为摆在氮肥企业面前的一个重要课题。与其他方法相比,煤棒造气由于其设备较简单,投资少,占地面积小,加工容 易,制出半水煤气的气质气量能满足合成氨生产的需要,较大幅度地降低了氮肥生产成本,深受企业欢迎。湖南全省近60家小氮肥厂都采用煤棒制气生产合成氨 (炉型从¢2260~¢2650),对提高企业经济效益起到了积极作用。 煤棒在强度和固定炭含量上不及块煤,刚制出的煤棒水分含量高达(13~14)%,在煤棒制气中要针对煤棒的这些特点,采取相应的措施,对气化工艺进行相应 的调整。 70年代以来,我省煤棒气化的工艺和设备经不断改进,气化水平不断提高,取得了满意的效果。以澧县氮肥厂为例,以山西煤和本省煤7∶3比例制棒,2000 年在开4台¢2400造气炉的情况下,全年生产合成氨41 134t,其中产碳铵152 057t,商品液氨5775t,单炉能力超过万吨。该厂造气半水煤气成分(测定值%。)如下: 1 重视入炉煤棒的质量 原料煤的性质,特别是其固定炭含量、化学活性、机械强度、热稳定性、灰熔点、块度等对气化反应有较大的影响。煤棒块度比较均匀,它的孔隙率也比块煤高得 多,入炉经干燥、干馏后形成多孔结构,比表面积很大,其粘结剂的组分有提高气化活性的作用,能降低气化温度,提高气化强度。但其固定炭含量、机械强度、热 稳定性等方面和块煤相比有较大差距,必须加以弥补,以某厂用煤为例分析对比见表1。 首先要选好煤源。常德地区是我省最后上煤棒的地区,但它的煤棒气化水平却是我省较好的,其中一个很重要的原因,就是他们用了一部分山西原煤。山西煤固定炭 含量高,化学活性好,是造气的首选原料。但山西煤为砂性,硬度大,弹性高,亲水性差,成型效果不好,一直影响着山西煤作为煤棒用于造气。90年代以来,引 入腐植酸钠作为煤棒粘结剂,同时在原料中将亲水性煤和砂性煤合理搭配,使用山西煤制作煤棒造气得以成功,煤棒气化水平也有了较大的提高。可见原煤的选择对 造气水平的提高有重大作用。 在煤棒加工过程中,必须认真把好除矸、配煤、粉碎、加添加剂、堆沤,水分控制,煤棒直径和冷煤棒入炉等各个环节。 配煤的问题既要考虑提高原料煤的质量,主要是指固定炭,化学活性等,又要考虑煤棒的强度,各厂的情况不一样,目前有的企业山西煤可以掺到(70~80)%,一般50%就可达到较好水平。 煤的破碎要足够细,特别是山西煤,硬度大、弹性高、亲水性差,成型的效果不好,必须将原煤粉碎到3mm以下,增加粒子接触表面,改善其成型性能。 目前较好的煤棒成型粘结剂是腐植酸钠,以泥炭、褐煤、风化煤等为原料,以含碱的热水提取,制成含腐植酸钠的混合液。原料的加入量视其腐植酸含量和造气用煤的成型性能而定。 堆沤使粘结剂和水分有足够的时间均匀渗入原煤颗粒,这是保证煤棒热稳定性必不可少的环节。以山西煤为主作造气原料,堆沤时间不应少于48小时。 煤棒直径以¢18~¢22为宜,过大入炉后难以烧透,会使返焦增多,煤棒机头出料口直径刚开始为¢18,随着煤棒机运行的磨损,出料口会逐渐变大,当大 于¢22就应更换机头,以保证煤棒的质量。煤棒的强度对造气水平影响很大,是企业生产的主要控制指标,煤棒强度的测定,一般可采取落下试验,每次取棒样 10个,从1米高度反复落下至纵向破碎裂开,一般以6次以上为合格,合格率达到90%即可。冷煤棒入炉也很重要,刚制出的煤棒水分在14%左右,为使其水 分在入炉前迅速蒸发,一般都配有足够数量的空心斗车(每台造气炉配50台),到入炉时煤棒水分可以降低2%~4%,既增加了其冷态强度,也增加其热稳定 性,避免了入炉后水分急剧蒸发所造成的粉化,也减少了干燥干馏层厚度,增厚了炉内有效碳层,提高了制气强度。 江南地区春季雨水多,阴雨时节露天堆放的煤炭水分高达10%以上,这样的原料将无法添加足够的粘结剂。因此,要配套足够的煤棚,一般10 000吨合成氨生产能力应配备3000~4000m2的煤棚。 为满足煤棒加工过程中上述工艺要求,煤棒设备要成龙配套,流程要合理布置,要便于操作。 2 保证合适风量提高碳层蓄热水平 在制气过程中,吹风为制气反应提供热量,是控制制气过程的关键,保证合适的风量是增加碳层蓄热量,提高气化水平的前提。 在制气循环中,吹风百分比的确定,受到造气炉及管网系统的阻力、燃料特性、蒸汽流量等诸多因素的影响,因此应采用科学试验的方法,对本厂各台造气炉确定合适的吹风百分比。 离心风机 的风量与阻力成反比,对于造气系统的阻力要认真对待,扩大管道、阀门,尽可能简化流程设备。但管网的直径也并非越大越好,应作一些基本的计算和实测。如在一般情况下,吹风流量在19000~20000m3/h,空气总管DN650~700即可,管线放得过大,其阻力损失的降低已无实际意义。 根据煤气炉热平衡的关系,吹风气量和半水煤气产量的关系,以0.95~1.0为宜,显然,要保持较高的煤气产量必须要保证足够的吹风量,但过高的吹风量一是受到吹风百分比的限制,再则是受煤棒强度的限制。 所以回过来又要强调煤棒质量,煤棒质量好,碳层不易吹翻,带出物少,吹风效率高。根据实测,我省一些煤棒气化的氮肥厂的吹风带出物(集尘器及飞灰)含碳占 入炉碳的比例为:岳阳化工 4.5%,临湘2.58%,桥口9.04%,益阳8.76%,澧县3.59%。一般来说,这部分碳损失可以做到小于4%。 在系统阻力过大,或是煤棒质量不好时,被迫降低空速、延长吹风时间的方法最不可取。这不但缩短了制气时间,也易在吹风过程中产生副反应,即在吹风后再发生化学反应:CO2+C→ 2CO—164.95KJ。不但消耗了碳,而且损失了大量热量,产生有用的CO又白白地放空。所以煤棒气化同样要创造条件,在不吹翻碳层的前提下尽可能加大吹风速度,减少CO2和 C接触的时间,降低吹风气中CO,提高吹风效率。由于煤棒制气需要蒸发的水分高于块煤,因此煤棒气化的吹风量相应会多一些,如何严格控制好吹风,降低吹风 气中的CO值得重视。近几年测定造气碳平衡吹风气中含碳占入炉碳的%为:益阳29.22,岳阳市20.1,岳化21.3,桥口27.2,澧县18.2,新 田23.2,衡阳21.9。 1998 年我们在澧县氮肥厂测定吹风气成分(%)为:CO215,CO8.9,O20.4,N273.9,CH41.8。吹风气中CO高达8.9%,我们当即提出整改意见,通过调整风机,实现强风短吹,吹风气中CO已降到(4.8~5.5)%。所以,只要措施得当,煤棒制气中吹风气CO完全可以控制在6%以内。 在保证有足够的入炉风量的前提下,才能产生较好的半水煤气气量和气质,在我省煤棒气化条件下,半水煤中CO2<8%,CO>30%。 3 合理的蒸汽流量 制气阶段是水蒸气和炽热的碳进行反应,合理调节蒸汽流量要注意单位时间内所分解的蒸汽量和蒸汽分解率,从而提高蒸汽利用率,降低消耗。从增产节能的角度出发,我们希望在较高的蒸汽分解率的情况下,产出最多的半水煤气。 由式中可以看出,半水煤气中H2的含量和蒸汽分解率的高低直接影响了蒸汽消耗。 半水煤气中过高的H2含量必然会造成蒸汽消耗过高,在氨合成工段中对CO+H2/N2要求一般为2.2~2.8,过高的氢并不合理。目前有的厂半水煤气中H2高达(41~45)%,显然是很大的浪费。煤棒本身含有较高的水分,再加上过量的蒸汽进入造气炉,使炉温下降加剧,既引起蒸汽分解率下降,也影响半水煤气的气量和气质。一般来说,煤棒气化中H2不大于40%比较合理。 从提高蒸汽分解率的角度来说,蒸汽量越大,炉温波动越大。蒸汽流速过大,必然蒸汽分解率下降,未分解的蒸汽又带走气化层的热量,导致气化层温度急剧下降而 使煤气质量、产量明显降低,煤耗和蒸汽消耗增加。我省煤棒造气蒸汽分解率的测定结果为:浏阳43.95%,岳化39.45%,临湘38.00%,澧县 60.30%,衡阳58.45%,新田46.38%o采用过热蒸汽制气及上吹加氮,也是提·高蒸汽分解率的有效办法。在努力提高蒸汽分解率的同时,也要防 止追求过分强调蒸汽分解率的提高而使蒸汽量用量过少,从而影响半水煤气产量和造成结疤。 4 恰当的循环时间分配 在确定了合理的吹风量、吹风时间及蒸汽用量的情况下,确定合理的循环时间分配也很重要。 合理的循环时间分配,对稳定炉况,尽可能减少热损失,稳定制气效率起很重要的作用,各厂设备和操作条件不同,循环时间分配不能照搬,我省部分煤棒气化厂循环时间分配的数据见表2。 总的来说,在制气阶段,上吹过程煤气将气化层的热量及温度移向碳层上部,提高了炉顶温度,所以不能过长,否则气体带出显热增加,气化层上移,破坏了炉内反 应区温度的正常分布,使上部煤棒水分受热急剧膨胀而粉化,需要严格把关。下吹过程,蒸汽吸收了炉面的热量,降低炉顶温度同时将气化层的高热量移向碳层底 部,使之吹风过程中上移的高温区向下移动。由于降低了炉面温度减少气体带出的热损失,保证了足够干馏干燥层使煤棒能缓慢的蒸发水分,这对稳定煤棒的完整及 稳定气化层高温区的位置十分有利,也利于炉内热量的积蓄。如果下吹时间过长,气化层高温区下移,将提高炉底温度,煤气带出显热增加,使炉箅易受热变形损 坏。 在生产实践中正常情况下无论何种原料,上行温度总比下行温度要高。这是因为进入上吹前才吹风,碳层中积存的热量温度也高,所以上吹阶段出口气体所带走显热 要大;而下吹阶段碳层中积存的热量已反应利用了一部分,气化层温度也较低,这样下行出口的气体带走.的显热要少。因此一般情况下、上吹不利于热量积蓄。 上、下吹的分配比例,下吹要比上吹长一些,特别对于煤棒制气厂尤其重要。还要强调的是下吹时间的增加必须和下吹蒸汽用量大小相匹配。由于入炉蒸汽自调的厂 家不多,在确定了减压后(一般情况下)蒸汽总管达到0.039~0.059MPa的前提下应尽可能关小下吹 蒸汽阀门 ,确保上吹后炉温下降但仍能保持较高的 蒸汽分解率,这样和下吹时间的增加相配合,达到稳定气化层,提高蒸汽分解率,节约蒸汽消耗及保持炉内气化层仍有合适的温度的目的,使整个气化进程平稳进 行。上、下吹比例及其蒸汽用量是否合适可以通过观察炉况的变化,特别上、下吹蒸汽分解率的情况得以验证。一般来说顶底温度不超过350℃及250℃,并且 温度变化在每个加碳周期呈“之”字型变化,而且它们的轨迹基本相同,上、下吹蒸汽分解率比较接近,相差不超过8%较为合适。通常所说:“上吹短而强,下吹 长而弱”的制气方法,就简洁概括了煤棒制气的工艺条件。 当然对于煤的灰熔点实在很低,煤质太差的厂家,可适当增加上吹减少下吹以避免气化层温度过高而造成结疤。煤的灰溶点是和煤的灰分含量高低直接有关,它还有和灰分中有关 金属氧化物 的含量有关,即灰熔点正比于SiO2+Al2O3/Fe2O3+CaO+MgO,灰熔点大于1300℃的煤,按上述方法进行操作是能取得较好效果的。因此在保证入炉煤质稳定的前提下,各厂根据自己厂煤质,可以使煤棒制气能力提高到一个新的水平。 5 设备和控制系统 我省70年代就有数十家氮肥厂采用煤棒制气,当时煤棒设备都是各氮肥厂自己设计加工或委托加工制造的,水平参差不齐,不少企业在煤棒强度和生产能力上满足 不了气化工艺要求,流程也不合理。90年代,湖南省化肥工业公司和省机械研究所合作,在对全省各种煤棒设备综合比较的基础上,定型设计了全套煤棒生产设 备,由长沙压力机床厂生产,并编制了合理的工艺流程,要求使用煤棒造气的企业设备成龙配套,合理布置,这就保证了煤棒强度和生产水平完全满足气化工艺的要 求。 煤棒制作主要设备技术参数见表3。 一般来说,煤棒气化强度要低于优质块煤制气,为提高煤棒气化水平,要适当控制稍高的料层温度,再通过工艺调整使炉内有轻度而疏松的疤块。此工艺对炉子和炉 箅都有要求,需对造气炉和炉排作适当改造。为此我们组织浏阳炉排厂生产了适合煤棒造气的炉排,形成了从¢2260~¢2650的全套系列炉排产品。 煤棒气化的工艺特性与块煤、碳化煤球不同,长沙仪峰自控节能技术研究所在已有技术的基础上针对煤棒气化工艺的特点,开发出针对煤棒气化的造气微机寻优控制 专家系统。该系统直接采用上、下行煤气温度与炉况的稳定、气化层的位置以及热量损失等方面的相应关系,通过模糊控制和专家系统等寻优方法,在确保炉况稳定 的前提下,对吹风时间和上、下吹时间比例进行寻优,再根据气量、气质、炉渣变化等情况进行人机结合来达到增产节能的目的。该系统采集信号简单、适应性强, 且便于安装、维护,在许多煤棒造气应用中都取得了较好的效果。 查看更多 0个回答 . 3人已关注
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简介
职业:泉州振戎石化仓储有限公司 - 给排水工程师
学校:陕西银行学校 - 会计电算化
地区:台湾省
个人简介:只有人们的社会实践,才是人们对于外界认识的真理性的标准。真理的标准只能是社会的实践。查看更多
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