4.0 MPa碎煤加壓氣化爐10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))氧負(fù)荷運行總結(jié)

趙杰豐，李英杰

(河南理工大學(xué)，河南焦作 454000)

河南晉煤天慶煤化工有限責(zé)任公司(以下簡稱晉煤天化)氣化工藝選用魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)[1-2]，氣化爐采用賽鼎工程有限公司在魯奇爐Mark- IV型上的改進(jìn)爐型，規(guī)格為Ф 4 000 mm×13 000 mm，操作壓力4.0 MPa，設(shè)計5開1備。

1 煤質(zhì)分析

原料煤采用晉城15#塊煤，屬于中灰、富硫、高發(fā)熱量無煙煤，其基本煤質(zhì)特征是：灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%左右，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.0%～2.5%，灰熔融性溫度高，一般大于1 450 ℃。入爐煤質(zhì)分析和灰熔點分析數(shù)據(jù)分別見表1和表2。

表1 入爐煤質(zhì)分析結(jié)果

表2 灰熔點分析數(shù)據(jù) ℃

通過前期運行，晉煤天化于2017年7月進(jìn)行了氣化爐單爐負(fù)荷摸高試驗，最高負(fù)荷達(dá) 10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，氣化爐試驗運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)正常，氣體成分明顯得到優(yōu)化，有效氣含量提高至70%，蒸汽分解率顯著提高，取得了較好的效果。

2 主要數(shù)據(jù)對比

2.1 氣化爐進(jìn)、出主要物料參數(shù)

氣化爐主要進(jìn)、出物料參數(shù)的對比見表3。

由表3可以看出：氧負(fù)荷達(dá)到10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時，單爐粗煤氣流量可達(dá)60 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，為設(shè)計值的150%，蒸汽、煤、中低鍋爐給水用量均有上漲；其中，中壓鍋爐給水用量上漲明顯，提高了50%左右，這主要是因為單爐負(fù)荷提高，爐內(nèi)反應(yīng)加快，需移除熱量增加而導(dǎo)致的。

隨著負(fù)荷提高，雖然氣化爐進(jìn)、出物料用量增加，但粗煤氣耗氧量基本保持不變，蒸汽消耗相應(yīng)降低，主要是因為耗氧量與煤質(zhì)的關(guān)系較大，若煤質(zhì)未發(fā)生大的變化，其耗氧量基本不變；蒸汽消耗的降低，主要是隨著負(fù)荷的提高，蒸汽分解率增加，從而導(dǎo)致了總蒸汽用量的減少[3]。

2.2 主要工藝指標(biāo)

氣化爐主要運行工藝指標(biāo)見表4。

表3 氣化爐主要進(jìn)、出物料參數(shù)的對比

表4 氣化爐主要運行工藝指標(biāo)的對比

由表4可以看出：對于晉城15#塊煤，當(dāng)氣化爐壓力4.0 MPa、氧負(fù)荷10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時，汽氧比的合適值為(4.85±0.05)kg/m3(標(biāo)態(tài))，此時氣化爐運行的各項指標(biāo)，除灰鎖溫度和氣化爐與夾套壓差偏高外，均在正常指標(biāo)控制范圍內(nèi)。

灰鎖溫度報警值為400 ℃，氣化爐10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))運行時，極易出現(xiàn)灰鎖溫度持續(xù)下降趨勢。為保證氣化爐穩(wěn)定正常下灰，汽氧比每次調(diào)整幅度為0.05 kg/m3(標(biāo)態(tài))，正常調(diào)整幅度為0.1 kg/m3(標(biāo)態(tài))，平均爐箅轉(zhuǎn)速為3 r/h(2把刮刀)。當(dāng)出現(xiàn)灰鎖溫度持續(xù)下降趨勢時，操作人員應(yīng)及時加大爐箅轉(zhuǎn)速，并拉起灰鎖溫度。

氣化爐與夾套壓差隨負(fù)荷的增大而增大，正常操作值小于50 kPa，報警值為100 kPa，聯(lián)鎖值150 kPa。高負(fù)荷運行時，當(dāng)負(fù)荷達(dá)10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時，需格外注意氣化爐與夾套壓差。

2.3 粗煤氣氣體成分

氣化爐粗煤氣氣體成分對比結(jié)果見表5。

表5 氣化爐粗煤氣氣體成分對比

由表5可知：當(dāng)負(fù)荷達(dá)10 000 m3(標(biāo)態(tài))時，粗煤氣中有效氣成分(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到70%，比設(shè)計值60%高出多于10%；CH4體積分?jǐn)?shù)為8.06%，實際值比設(shè)計值高出2.29%，實際運行粗煤氣中有效氣成分含量大幅度提高，碳的利用率提高。因此，在條件允許的前提下，從系統(tǒng)節(jié)能降耗的角度出發(fā)，氣化爐應(yīng)盡量維持在高負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

2.4 不同負(fù)荷加煤與排灰時間間隔

高負(fù)荷下，氣化爐的加煤與排灰時間必然會縮短。不同負(fù)荷下加煤與排灰時間間隔對比見表6。

表6 不同負(fù)荷下加煤與排灰時間間隔對比

由表6可知：當(dāng)負(fù)荷達(dá)10 000 m3(標(biāo)態(tài))時，氣化爐的加煤時間間隔明顯縮短，說明該負(fù)荷下氣化爐內(nèi)氣化劑與碳的反應(yīng)加劇，速度增快，從而導(dǎo)致用煤量上升，但同時產(chǎn)氣量也相應(yīng)增加。

氣化爐煤鎖體積為18.7 m3，每次加煤充泄壓需耗時6～7 min，5臺爐運行時，加一次煤共需耗時30～35 min。若單爐負(fù)荷均達(dá)10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，加煤時間雖然縮短至40 min，但基本能保證6臺爐的正常供煤。灰鎖排灰的設(shè)定時間為60 min，單爐排灰充泄壓需耗時15～16 min，5臺爐運行時，排一次灰共需耗時75～80 min。若單爐負(fù)荷均達(dá)到10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，排灰時需嚴(yán)格控制好時間，做好排隊，方可保證不會出現(xiàn)灰鎖同時充壓，并對中壓蒸汽系統(tǒng)造成沖擊等情況發(fā)生。

3 氣化爐負(fù)荷上限

單爐運行負(fù)荷不可能無限提高，首先要考慮管道的承受能力，其次要考慮爐況的穩(wěn)定性和工藝指標(biāo)的可控性。根據(jù)GB 16912—2016《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》中，對于奧氏體不銹鋼管道，當(dāng)工作壓力大于3.0 MPa、小于10 MPa時，管道流速要求撞擊場合P×v≤45 MPa·m/s，一般選取氧氣流速不超過9 m/s。

在本裝置中，氣化爐單爐的氧氣管徑為DN 100 mm，當(dāng)單爐負(fù)荷達(dá)10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))、氣化爐壓力4.0 MPa時，根據(jù)管道流量計算公式：

Q=vA

式中：Q——氧氣流量；

v——氧氣流速；

A——管道面積。

根據(jù)計算，當(dāng)單爐負(fù)荷達(dá)到10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))時，氧氣管道流速為9.45 m/s，P×v=37.8 MPa.m/s。其中，氧氣流速已經(jīng)超出正常選取值，管道流速要求撞擊場合值已經(jīng)十分接近臨界值；同時，高負(fù)荷時，爐況雖然穩(wěn)定，但灰鎖溫度不易控制，波動較大，因此，在該裝置的管道配置下，設(shè)定單爐最大氧負(fù)荷為10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))。

3 結(jié)語

在上述裝置的配置條件下，從安全和經(jīng)濟(jì)兩個方面考慮，單臺氣化爐的最高負(fù)荷設(shè)定為10 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，高負(fù)荷以9 000～9 500 m3/h(標(biāo)態(tài))為宜。在實際運行中，應(yīng)嚴(yán)格按照表4中工藝指標(biāo)控制操作，尤其是氣化爐出口溫度、灰鎖溫度、氣化爐與夾套壓差等3個指標(biāo)。當(dāng)氣化爐負(fù)荷超過9 000 m3/h(標(biāo)態(tài))后，由于物料反應(yīng)加快，加煤、排灰頻率加快，爐箅轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高，需要操作人員精心操作，及時預(yù)判，避免因操作延誤而導(dǎo)致爐況惡化。

當(dāng)氣化爐高負(fù)荷運行時，汽氧比處在較低水平，爐內(nèi)氣化層反應(yīng)迅速，反應(yīng)溫度與灰熔點接近，如果操作稍有不慎，將會導(dǎo)致爐況迅速惡化，因此，必須保證入爐原料煤、氣化劑(蒸汽、氧氣)的相對穩(wěn)定。同時，加強員工的操作培訓(xùn)，提高員工在高負(fù)荷狀態(tài)下的應(yīng)急處置能力，才可保證氣化爐在高負(fù)荷下的穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 付國忠，朱繼承.魯奇FBDB煤氣化技術(shù)及其最新進(jìn)展[J].中外能源，2012，17(1)：5- 13.

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[3] 蓋麗芳.碎煤加壓氣化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化肥工業(yè)，2015，42(4):72- 74.