航天粉煤加壓氣化技術(shù)的研究

摘 要：本文首先論述了有關(guān)航天粉煤加壓氣化裝置建設(shè)及開車情況，之后對(duì)航天粉煤加壓氣化成套技術(shù)的有關(guān)工藝流程作了闡述，并對(duì)主要設(shè)備——?dú)饣療炫c氣化爐的特點(diǎn)、原理進(jìn)行了分析。此項(xiàng)技術(shù)目前在朝節(jié)能化、大型化方向發(fā)展，也正在得到市場(chǎng)愈來愈廣泛的肯定與認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：發(fā)展 應(yīng)用 示范裝置 燒嘴 氣化爐 航天粉煤加壓 控制系統(tǒng)

前言

隨著我們國家國民經(jīng)濟(jì)的騰飛式增長，市場(chǎng)對(duì)化工產(chǎn)品的需求也愈來愈大，在我國化學(xué)工業(yè)中，以煤為原料的煤化工將占有愈來愈重要的地位。

一、裝置建設(shè)及開車情況

（一）安徽晉煤中能化工股份有限公司裝置項(xiàng)目的鑒定情況

2009年9月15日，安徽晉煤中能化工股份有限公司與北京航天煤化工工程公司開展的72h性能考核；裝置順利通過，2009年10月下旬，在中國石油化工協(xié)會(huì)組織的現(xiàn)場(chǎng)考核中裝置順利通過；安徽晉煤中能化工股份有限公司的相關(guān)裝置在2009年10月底通過中國石油化工協(xié)會(huì)組織的鑒定。如下為考核期間的運(yùn)行指標(biāo)：

碳轉(zhuǎn)化率98%；

有效氣產(chǎn)率 l.6447m3/kg煤；

合成氣產(chǎn)率1.767m3/kg煤；

有效氣成分93.1%。

比氧耗300-310m3/1000m3（CO+H2）

比煤耗608kg/1000m3（CO+H2）

此裝置操作不復(fù)雜、方便維護(hù)，較廣的煤種適應(yīng)性，運(yùn)行成本與投資費(fèi)用不高，氣化爐的故障率低，開工率高。

（二）裝置的運(yùn)行情況

2010年，安徽晉煤中能化工股份有限公司該裝置年計(jì)劃生產(chǎn)15.85萬t甲醇，實(shí)際生產(chǎn)18.30萬t甲醇，完成整年計(jì)劃的115.5%；實(shí)際消耗25.47萬t原料煤，折標(biāo)煤1.13t，平均噸甲醇耗1.392t原料煤。

2010年，安徽晉煤中能化工股份有限公司氣化裝置計(jì)劃運(yùn)行317d，實(shí)際累計(jì)運(yùn)行338 d，開工率大于90%，完成整年計(jì)劃的106.6%，最高日產(chǎn)601t甲醇，日均產(chǎn)量560t甲醇，生產(chǎn)比較穩(wěn)定。

二、主要工藝流程

航天煤氣化裝置主要包含渣及灰水處理單元、氣化及合成氣洗滌單元、粉煤加壓及輸送單元、磨煤及干燥單元。

（一）渣及灰水處理單元

從合成氣洗滌塔與氣化爐急冷室底部來的灰水將熱量回收，把跑龍?zhí)左w顆粒與不凝氣去除，之后，將氣化系統(tǒng)泵回，重復(fù)性利用。

（二）氣化及合成氣洗滌單元

分成3路，粉煤通向氣化爐燒嘴的3個(gè)煤粉管，經(jīng)預(yù)熱器加熱之后，在混合器內(nèi)，O2先與部分蒸汽混在一起，并按相應(yīng)的比重流向燒嘴。

在爐膛里，煤粉高溫部分發(fā)生氧化現(xiàn)象，產(chǎn)生含一氧化碳與氫氣的合成氣；在急冷室內(nèi)，這種合成器受到急速冷卻且形成水飽和，熔渣固化迅速；經(jīng)文丘里洗滌器，出氣化爐的合成氣與裝置合成氣洗滌塔用水深度濕潤洗滌之后，轉(zhuǎn)進(jìn)變換工段環(huán)節(jié)；灰渣留于水里，絕大量快速下沉，通過渣鎖斗系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)有規(guī)律的排出。通過水冷壁，爐膛產(chǎn)生中壓飽和蒸汽對(duì)熱量進(jìn)行回收。

（三）粉煤加壓及輸送單元

粉煤加壓及輸送單元通過鎖斗來完成輸送、加壓粉煤，在氣化爐與加壓煤斗之間保持?jǐn)?shù)值一定的壓差。

（四）磨煤及干燥單元

磨煤及干燥單元采用常規(guī)的研磨煤研磨與干燥技術(shù)。在磨煤機(jī)內(nèi)，原料煤貯倉的碎煤/石灰石被磨為煤粉，通過較高溫度的惰性氣流干燥。粉煤的顆粒尺寸分布及水分含量滿足以下要求：質(zhì)量分?jǐn)?shù)：含H2O分量典型值<2%；重量：顆粒大小尺寸≤5?m的達(dá)到比重10%；重量：顆粒尺寸≤90?m的達(dá)到比重90%。

三、氣化爐及燒嘴的特點(diǎn)

（一）干煤粉進(jìn)料

此氣化爐使用20?m-90 ?m的干煤粉進(jìn)料，N2或CO2輸送，2.0MPa-4.0MPa加壓氣化。此種方式優(yōu)點(diǎn)為：①干煤粉進(jìn)料氣化效率高（碳轉(zhuǎn)化率≥99%，冷煤氣效率80%一83%）；②固氣比最高可達(dá)450kg/m3，先進(jìn)成熟的干煤粉濃相輸送技術(shù)，懸浮速度7-lOm/s③設(shè)備尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，氣化強(qiáng)度高。

（二）氣化爐爐膛操作溫度寬

氣化爐爐膛操作溫度在1250-1850t之間。具有如下優(yōu)點(diǎn)：煤種適應(yīng)性廣，煤的灰熔點(diǎn)可選范圍寬，可實(shí)現(xiàn)原料煤本地化；碳轉(zhuǎn)化率高（≥99%），粗合成氣品質(zhì)好，有效氣體（CO+H：）含量≥90%CFL含量低。

（三）單燒嘴頂燒組合燃燒器

這種組合形式的優(yōu)點(diǎn)是：①集工藝燒嘴、開工燒嘴、點(diǎn)火燒嘴、高能電點(diǎn)火裝置于一體，調(diào)試、維護(hù)、拆裝方便；②煙氣回流區(qū)、煙氣射流區(qū)、火焰燃燒區(qū)、爐內(nèi)煤粉熱解區(qū)以及二次反應(yīng)區(qū)合理分布，反應(yīng)停留時(shí)間與氣化要求相符合，使?fàn)t內(nèi)流場(chǎng)、燃燒火焰同爐膛匹配良好；③燒嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，混合氧及煤粉充分，煤粉完全反應(yīng)，良好的氣化性能，火焰形狀與穩(wěn)定性好。

（四）氣化爐及燒嘴的加工制造工藝精良

利用同類特制國產(chǎn)材料或者進(jìn)口材料設(shè)計(jì)關(guān)鍵材料，組裝與焊接工藝嚴(yán)格依據(jù)規(guī)范執(zhí)行，整體熱處理對(duì)熱應(yīng)力進(jìn)行消除。

（五）燒嘴的使用壽命長

水冷夾套式燒嘴冷卻方案，能夠確保燒嘴長周期、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，使用壽命可達(dá)10a，燒嘴頭部局部6個(gè)月維護(hù)1次。

結(jié)語：

中國是一個(gè)富煤、少氣、貧油的國家，依據(jù)一次能源構(gòu)成的特點(diǎn)，充分利用我國相對(duì)豐富的煤炭資源，發(fā)展適應(yīng)性廣、高效、潔凈、運(yùn)行與建設(shè)費(fèi)用低廉的煤氣化技術(shù)，是解決中國能源安全問題的重要手段，是對(duì)國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、推行節(jié)能減排政策的具體響應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭文元.大型干煤粉氣化爐的技術(shù)特點(diǎn)[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2005（5）：19—21.

[2] 唐宏青.現(xiàn)代煤化工新技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3] 唐勇.發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)提高資源綜合利用度[J].煤炭技術(shù)，2006（9）：1-2.

[4] 景娟，李兆鋒.航天爐粉煤加壓技術(shù)氣化粗渣的研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2018（08）

[5] 李季偉.淺談干煤粉空氣氣化系統(tǒng)的設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（32）

[6] 羅濤，魯承明，張占元.關(guān)于多套粉煤氣化裝置設(shè)備布置的分析[J].化肥工業(yè)，2016（05）

作者簡(jiǎn)介：劉才（1987—），男，安徽阜陽人，助理工程師，在安徽晉煤中能化工股份有限公司氣化車間工作