瓷砖精品金意陶森活木：煤气发生炉气化工艺.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流瓷砖精品金意陶森活木：煤气发生炉气化工艺.精品文档.型煤在煤气发生炉中的气化及工艺条件的优化随着煤炭行业的限产增效及关闭小型煤矿政策的出台，优质无烟块煤的供应呈现卖方市场，块煤的供不应求造成了价格的不断提高与此同时，大量的无烟粉煤由于长期堆积造成了大量的资源浪费和环境污染因此，把无烟粉煤加工成具有一定机械强度和热稳定性的气化型煤替代无烟块煤，降低人炉煤成本，提高企业的竞争力，已成为各生产企业的共识。目前许多科研院所和企业在型煤的开发和研制方面作了大量的工作，使气化型煤的冷态及热态质量都有了很大的提高，但在工业煤气发生炉上长期稳定运行的则很少。我所研制的新型洁净气化型煤在TG一3MI型煤气发生炉中稳定运行了多年，本文介绍了气化型煤在TG一3MI型固定床煤气发生炉中的应用情况和存在的问题，并就型煤气化生产中工艺条件的优化进行了分析探讨。 1 实验部分 11 气化型煤的工业化生产 在产量为3万ta的工业型煤生产线上，无烟粉煤经破碎全部通过3mm的滚筒筛，储存于料斗中，经传送带并配人定量的辅料送人搅拌器中，在搅拌器中加入一定量的粘结剂，搅拌均匀后通过皮带送到对辊成型机中成型，型煤在烟道式干燥炉中干燥后送人型煤成品仓，供造气车间煤气发生炉使用。型煤厂生产型煤时所用的原料煤和气化型煤的煤质分析及气化型煤产品质量测定的结果见表l和表2 表1 原煤及型煤的煤质分析 sample Proximate,ad/% Ash fusibility / Qb,ad/MJ /kg M A V FC St DT ST FT Raw coal 3.27 19.14 6.54 71.05 0.45 1480 >1500 >1500 26.72 Briquette 1.34 23.19 8.27 67.20 0.46 1250 1310 1360 25.79 表2 气化型煤的质量 Compressive strength/N /per ball Thermal stability /TS+6/% Drop shatter strength />13mm/% Thermal compressivesstrength /N /per ball 640 72.5 97.0 350 12 型煤在固定床煤气发生炉中的气化 型煤作为一种新型的煤气发生炉的气化原料，由于在加工过程中外加了辅料使型煤的煤质与原煤相比其固定碳有所降低，相应煤的发热量也有所降低，而另一方面型煤具有粒度均匀，燃料层孔隙率大，反应性强等不同于块煤的性质因此用型煤替代块煤用于发生炉煤气的生产，除了应具有良好的冷态强度和热态强度以满足气化生产过程中的需要外，还需充分了解型煤的性质，选择适合型煤气化的工艺条件目前型煤气化时所采用的工艺操作条件见表3某一天不同时段的块煤炉和型煤炉的煤气组成及热值见表4，煤气总管中煤气的热值和型煤炉煤气的热值及型煤炉和块煤炉的灰渣含碳量的一个月的平均值见表5 表3 型煤气化时的工艺条件 Pressure of furnace bottom /Pa Exit pressure of furnace /Pa Amount of bottom air/Nm3/h Exit temperature of gas/ Saturation temperature of steam / Output of gas/m3 / Ash layer /mm Fire layer /mm 6000 1500-2500 2500-3300 500 55-65 4100-5200 300 100 1 实验部分(3) 表4 一天中不同时段型煤炉和块煤炉的煤气组成和热值 Time Furnace CO2 O2 CO CH4 H2 N2 Q/MJ/m3 6:00 21 8.0 0.2 21.8 1.7 15.1 53.2 5.00 1 6.5 0.2 23.9 1.9 15.8 51.7 5.41 3 6.6 0.2 24.2 1.7 16.1 51.2 5.41 21 7.2 0.4 21.4 1.8 15.7 53.5 5.05 10:00 1 6.5 0.2 26.8 1.9 13.9 50.7 5.57 3 8.0 0.2 23.0 1.7 16.3 51.8 5.28 21 9.1 0.3 21.8 1.7 15.0 52.1 4.99 14:00 1 5.2 0.2 25.8 1.6 17.4 49.8 5.72 3 7.6 0.2 20.2 1.7 17.5 52.8 5.06 21 6.7 0.2 23.1 1.8 14.2 54.0 5.10 18:00 1 6.2 0.2 25.1 1.7 15.1 51.7 5.42 3 4.8 0.2 26.0 1.7 14.9 52.4 5.51 21 7.0 0.2 23.0 1.7 15.6 52.6 5.21 22:00 1 5.8 0.9 24.3 1.7 15.9 51.4 5.40 3 4.3 0.6 25.9 1.7 14.8 52.7 5.49 21 8.0 0.2 21.9 1.7 15.6 52.6 5.07 2:00 1 5.7 0.4 24.7 1.7 15.7 51.8 5.43 3 4.4 0.4 25.4 1.7 14.9 53.2 5.43 表5 煤气热值和灰渣含碳量的月平均值 Gas thermal value of total pipe/MJ /m3 Gas thermal value of briquette/MJ /m3 Carbon content in slag with lump coal gasification /% Carbon content in slag with briquette gasification /% 5.41 5.06 26.45 31.3 2 型煤气化结果及操作条件的优化分析 2.1 型煤气化时煤气组成的分析 煤的气化过程是一种复杂的气固相之间的非均相反应和极少数气体反应物之间的均相反应，其总的气化过程由物理扩散过程和化学反应过程组成，大量的实验证明，气化过程的总速度不仅取决于反应的动力学因素，而且也取决于扩散因素，是一种过渡控制由表3的气体组成可以看出，型煤气化的煤气组成与烧块煤相比CO2的量偏高，相应的CO量偏低，其它气体组分则与块煤相当因此，由于有效气体成分的降低，表现出气化型煤的煤气热值低于气化块煤的煤气热值混合发生炉煤气中，有效气体成分的产生主要来源于下述两个还原反应： C+C022COQ (1) C+H2O(g)CO十H2一Q (2) 这两个反应分别为氧化层中生成的CO2和上升过程中的水蒸气气化剂分别与炽热的碳反应生成CO和H2的过程许多研究结果指出，随着反应温度的升高，CO在平衡浓度中对CO2的比例越来越大，反应平衡常数也迅速增加。一般认为在通常发生炉煤气炉的操作温度下，上述两反应均处于化学动力学控制区同样的研究结果表明，水蒸气与碳的反应是强的吸热反应，温度对反应速度有较大影响，温度的提高，有利于反应朝着CO生成的方向发生，因此提高炉温有利于CO和H2平衡浓度增加由于气化型煤的煤气组成中CO2的含量比气化块煤要偏高，由此可以判断，这可能是由发生炉操作温度较低造成的因此适当的提高炉温，不仅可以使CO2充分还原，降低CO2的含量，改善煤气质量，而且可以提高上述两反应的反应速度，使单位时间，单位截面与碳的反应量增大，使煤气产量增加，气化生产的强度也随之增加提高炉温的直接操作手段是提高鼓风速度，使碳与氧的反应速度加快，单位时间放出的热量增加，为还原反应提供充足的热量，相应提高了气化强度但鼓风速度也不能太高，太高则气化剂在还原层反应时间短，不利于碳的充分反应，且带出物增加，对气化反应不利同时炉温提高还要受燃料灰熔点的制约，超过燃料灰熔点，容易结渣，造成气化剂分布不均与气化剂充分接触的部分，碳表面的气化剂浓度与气相浓度相当，反应均衡，总反应处于化学动力区控制，温度升高时，反应速度增加，总反应速度加快，而被熔渣包裹的碳与气化剂不能充分接触，燃料碳表面气化剂浓度低，总反应处于扩散区，受扩散速度控制这样由于反应速度的不同，使燃料层下降速度形成梯度，造成偏炉，严重时燃料层会穿孔，氧气会通过孔洞上升到炉子上部，将煤气燃烧，甚至与煤气混合发生爆炸，影响正常生产另一方面提高炉温的方法是控制较低的饱和温度，减少人炉蒸汽量，以维持足够的炉温因此控制适宜的炉温，保持炉温在一个合理的范围是气化生产的关键因素 22 影响灰渣含碳量的因素 由表5气化型煤和气化块煤的残碳可以看出，气化型煤的灰渣含碳量较块煤高影响灰渣含碳量的因素有燃料性质、操作条件及加料方式当燃料性质及加料方式一定时，操作条件的影响将成为主要影响因素从以上分析可以看出，炉温是影响气化生产的关键因素，由于型煤气化时炉温低，CO2还原，H2O分解反应条件恶化，CO生成量减少，燃料气化不完全，则相同时间内，使得型煤气化时灰渣含碳量高因此炉温的合理控制是影响气化生产各项指标的关键因素工业上具体操作时，一般用饱和温度来控制所通人的蒸汽量，用出炉温度来控制气化层的温度如果炉温高，可加入过量的水蒸气来降低炉温，但水蒸气的加入量也需适量，如果水蒸气加入量过多，使原料层炉温降低，又会使反应条件恶化，使有效气体成分降低，炉渣含碳量增加因此要加入适宜的水蒸气量，即可保证气化剂的用量，又能得到质量较好的煤气同时炉温也不宜过高，炉温过高会造成局部燃料过热结渣，使未燃烧的碳被灰渣所包裹，不能与气化剂反应，最终随灰渣一起排出炉外，同样造成燃料碳的损失因此通过控制适宜的饱和温度和炉出温度，达到稳定、高效的气化生产，这需要生产企业不断总结生产经验，寻找出型煤气化的最佳操作条件另外炉篦结构与灰盘的转速要适当，灰盘转速慢，灰渣排不出，灰层高度增加；燃料层降低，气化过程太快，也会使气化效率降低灰盘转速太快，使灰层降低，炉篦失去保护，暴露在高温区，易烧坏炉篦，且燃料在炉内燃烧停留时间短，未气化完全的燃料碳随灰渣排除，同样增加了碳损失 23 燃料粒度的影响 目前，在煤气厂TG一3MI煤气发生炉中，原料块煤粒度一般为13mm25mm型煤最初应用于气化炉中的加入量为30，型煤粒度为(55mmX50mmX25mm)掺烧时发生炉炉况正常，继续增大型煤加入量，直到100全烧通过一般时间的生产后，发现火层不稳，灰层薄，火层低，容易窜火等现象其原因是由于原煤的粒度小，而型煤的粒度较原煤大，且粒度均一，采用气化原煤的操作条件来气化型煤，气流阻力小，化学反应性好，易造成上述情况发生之后更换成型模板，生产小粒度型煤(45mmX35mmX25mm)原料型煤粒度改变后，沿用过去的操作条件，可维持一定的灰层高度和火层高度，不再出现上述现象，生产炉况稳定运行原料粒度的减少，增加了单位体积燃料的反应面积，有利于炉内传质、传热的充分进行，改善了煤气质量，提高了气化效率另外，由于型煤气化时具有床层孔隙率大，气流阻力小，气化剂与碳反应的时间短等特点，可根据粒度分布原理，加入不同粒级的型煤，增加气流阻力，或适当提高料层高度，处长气化时间，?滔嘀涞某浞纸哟蛊从忱小? 3 结论 （1）新型气化洁净型煤质量稳定，冷态和热强度可以满足煤气发生炉气化生产时的要求，型煤气化时的发生炉煤气气体组成中CO2量偏高，CO量偏低，但不影响气化炉的正常生产和后续工序的应用。（2）在气化原料一定的情况下，煤气发生炉系统制气的好坏，在相当大程度上取决于气化工艺操作条件的好坏，而气化层温度的控制是型煤气化生产的关键因素，适当提高气化层温度，合理控制气化剂流量及饱和温度，可降低灰渣含碳量，提高气化效率。优化操作条件的确定需要生产企业进行长期造气生产实践摸索。