氣化爐煤氣分析系統的設計

蔡東盛

（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

氣化爐煤氣分析系統的設計

蔡東盛

（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

介紹了氣化爐煤氣分析系統預處理系統的設計方案，解決了現有裝置中由于預處理系統故障導致煤氣分析系統不能運行的問題。

除塵；除水；減溫；減壓

氣化爐是煤化工（合成氨，甲醇等）中產生原料氣的重要設備，生產的原料氣（煤氣）的成分主要是H2、C O、C O2和CH4。原料氣組分含量的參數對工藝生產十分重要，需要采用氣體分析儀對煤氣的組分進行分析。氣化爐煤氣分析系統主要由預處理系統和分析儀表組成。其中，氣體分析儀可以采用兩塊常規分析儀來完成幾個組分的分析。如采用一臺熱導分析儀分析 H2，采用一臺紅外分析儀分析C O、C O2、CH4等。也可以采用一臺氣相色譜完成所有組分分析。兩種方法各有優缺點：色譜分析方法的優點是分析結果比較準確，沒有由于組分之間的干擾引起的分析誤差。缺點是色譜是周期分析，不是實時分析，分析結果滯后。色譜的運行需要載氣，維護成本高。此外，色譜本身相對復雜，對現場維護人員的技術水平要求較高；常規分析儀具有響應時間快，維護成本低，對現場維護人員的要求不是很高的優點。不過，由于氣化爐煤氣組分比較復雜，采用熱導分析儀分析H2時，其他氣體組分對于H2分析有干擾。尤其是大量C O2的存在對H2分析會產生較大誤差，通常利用C O2的分析結果對熱導分析儀分析的H2進行修正。

不論是色譜還是常規分析儀，對進入儀表的樣氣條件如露點、粉塵含量、腐蝕性、溫度、壓力及流量等都有嚴格要求。通常工藝氣體的條件不符合儀表對樣氣的要求。所以，需要采用預處理系統對樣氣進行處理，使進入分析儀表的樣氣條件滿足儀表的要求。由于氣化爐煤氣為高溫（約2 5 0℃），高壓（約8MP a），高含水量（約6 0%）和高粉塵量，處理起來很困難。以往氣化爐氣體分析系統經常由于預處理系統有問題，導致系統堵塞，粉塵或水進入儀表造成儀表損壞。

儀表故障的原因很少是由于儀表本身的質量引起的，多數情況下是由于預處理系統失效導致儀表損壞。所以，預處理系統的好壞是分析系統長期穩定運行的關鍵。本文針對氣化爐工藝條件的特點設計了一套預處理系統，經過長時間運行證明系統設計合理，維護量少，運行可靠穩定，滿足了用戶的要求。

1 方案設計

本預處理系統由兩部分構成：一級預處理系統和二級預處理系統。一級預處理系統安裝在取樣點附近，圖1為一級預處理系統的流程圖。樣氣從工藝管道取出后先經節流減壓器1減壓后，進入水冷器冷卻到4 0～6 0℃。這時，在樣氣中冷凝出大量的水。樣氣從冷卻器出來后進入過濾器，大量的水和粉塵被樣氣攜帶著經由節流減壓器2去到火炬排放；經過過濾后水和粉塵含量很少的樣氣再由減壓閥減壓后送到二級預處理系統處理。

通常分析儀表要求進入儀表的樣氣的露點溫度低于環境溫度5℃，從而保證在環境溫度中的樣氣中沒有飽和水生成。而經過一級預處理系統處理的樣氣的露點溫度在4 0～6 0℃的范圍，在樣氣進入儀表前還需要采用二級預處理系統對樣氣進一步處理。

二級預處理系統安裝在儀表附近，流程如圖2示。經過一級預處理系統處理的樣氣進入二級預處理系統后，先由過濾器1進行除水過濾，再由自動控溫的冷凝器冷凝，使樣氣的露點溫度控制在5℃左右。低露點的樣氣經過過濾器2進行最后一次精過濾后送給儀表進行分析。過濾器1、2及冷凝器產生的液體排放到水封排凝器中，當積液高于水封的設定高度，液體自動排放掉。

圖1 一級預處理系統流程圖

圖2 二級預處理系統流程圖

系統中采用的冷凝器為渦流制冷冷凝器。通過控制渦流制冷器的空氣量控制冷凝器的溫度即樣氣溫度。

2 主要部件的作用與工作原理

2.1 節流減壓器

氣化爐煤氣為高壓氣體，必須經過減壓處理后才能使樣氣壓力滿足分析儀表的要求。由于氣化爐煤氣為高粉塵高水含量介質，如果采用普通減壓閥進行減壓，樣氣中的粉塵很容易使減壓閥堵塞，導致系統不能運行。本方案針對這一問題，設計了專用的節流減壓器。即解決了系統減壓的要求又避免了系統堵塞的問題。

2.2 渦流制冷冷凝器

系統中的冷凝器為渦流制冷原理，不需要電力驅動，只需要提供壓縮空氣就可以實現樣氣的冷凝。冷凝器利用渦流管（VO R T E X TU B E）產生的冷氣通過換熱器對樣氣進行冷卻。溫度控制是通過一個溫度傳感器將樣氣溫度信號送到溫度控制器，溫度控制器經過控制運算后控制電磁閥的開啟來控制進入渦流管的空氣量最終實現樣氣溫度的控制。渦流管的工作原理如圖3所示。

在渦流管內部有一個渦流發生器，壓縮空氣在進入渦流管的過程中形成一個繞軸旋轉的渦流，產生冷空氣和熱空氣。沿著管壁流向控制閥的高速旋轉空氣（約為1，0 0 0，0 0 0r p m）得到能量形成熱空氣（圖中右側）通過控制閥排出；剩下的在高速氣流中間的低速氣流在此過程中將能量傳給外層高速旋轉的空氣給出能量形成冷空氣（圖中左側），冷空氣逆著熱氣流的方向從渦流管的另一端排出。渦流管的冷空氣的溫度可以比壓縮空氣源的溫度低約3 8℃。

3 預處理系統操作要點與注意事項

1）經過一級預處理系統處理的樣氣的溫度應該為4 0～6 0℃，可以通過調節冷卻水的流量控制。

2）經過一級預處理系統處理的樣氣的壓力應該為0.1～0.1 5MP a，可以通過調節一級預處理系統的P R V實現。

3）用于冷凝器制冷的壓縮空氣應該是無油、無塵的清潔空氣，露點溫度要小于－4 0℃。含油的空氣會使油附著在冷凝器內部的換熱器上，降低換熱工效，不能有效降低樣氣的露點。

圖3 渦流管的工作原理

4 結 論

經過改造的樣氣預處理系統投入使用后，已經連續穩定運行了1 2個月。沒有出現過系統堵塞和樣氣中水不能除凈的問題，表明系統的工作能夠滿足儀表的要求。

［1］ 陳菊枝，洪獻春.煤炭氣化技術［J］.化學工程與裝備，2 0 1 1（4）

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1 0 0 5－8 3 7 0（2 0 1 2）0 4－1 8－0 3

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