2013年2月去Feb.2013第36卷第1期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 36 No. 1提高水煤漿氣化有效氣成分的途徑王鼎,李輝,劉麗娜,秦超陜西延長中煤榆林能源化工有限公司,陜西靖邊718500)摘要:通過對多元料漿氣化裝置中A、C氣化爐運(yùn)行情況的對比,找出影響有效氣(CO+H2)含量的主要因素是燒嘴結(jié)構(gòu)和煤漿濃度,提出調(diào)整燒嘴噴口尺寸改變中心氧量、燒嘴壓差的改進(jìn)措施,提高工藝氣中有效氣含量關(guān)鵪詢:有效氣燒嘴壓差氧煤比煤漿濃度1工藝概況2012年6月18至6月28日,A、C氣化爐滿陜西延長中煤榆林能源化工有限公司年產(chǎn)負(fù)荷運(yùn)行平穩(wěn),投煤漿量均為90m3/h,在相同運(yùn)行600kt/a煤制甲醇項(xiàng)目氣化裝置采用西北化工研時(shí)間下,A爐有效氣(CO+H2)含量明顯高于C爐究院多元料漿氣化技術(shù),設(shè)計(jì)兩開一備共3套(A、(見表1),其中,CH含量變化不大,H2含量C爐稍C爐開,B爐備),氣化壓力65MPa,裝置于2011高于A爐,說明影響有效氣含量主要是CO含量年10月首次投料,經(jīng)過半年試車至今運(yùn)行正常。波動(dòng)引起的豪1A、C爐工藝氣組成體積分?jǐn)?shù),%ArtnoCO,CHCH2時(shí)間A爐C爐A爐C爐A爐C爐A爐C爐A爐C爐A爐C爐2012-06-1813612517.2419760.170.14466041.8934.1336.36020.32012-06-200921.17175021.160130.1246.10383334.753852201206-220.53029183721420.110074441.18358736.54032012-0624140142177620.900.110.1244.5441.6335.5935330.32012-06-2612710417.751.130.11454038.8334853630.3201206-280.490.96184521580.120084713383333.1138.350.3通過對2套氣化爐10d內(nèi)的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)記變化;隨著氧煤比增加,一部分碳完全氧化生成二錄,從氣化爐溫度、氧煤比、中心氧量、燒嘴壓差、氧化碳,使煤氣中的有效氣成分降低煤漿濃度、氧氣量等工藝條件對比分析,期望找到影響有效氣含量的主要原因。2工藝條件分析21氧煤比爐溫日期(2012-0圖1為2012年6月18至6月28日A、C爐圖1A、C爐氧煤比(多次記錄取平均值)氧煤比多次記錄平均值。從圖中可以看出,C爐氧煤比較A爐高一些,這與C爐總氧氣量高有關(guān),但收稿日期:2012-08-08;收到修改稿日期:2012-12-30。作者簡介是兩爐氧煤比變化趨勢一致,這與空分系統(tǒng)每日Q.年1日出生助理工程師,2011年畢業(yè)于內(nèi)蒙中國煤化工究生,現(xiàn)在陜西延提供的總氧氣量、氧氣純度有關(guān)。許多實(shí)驗(yàn)研究數(shù)長中煤榆林能CNMHG工作。聯(lián)系電話據(jù)表明,當(dāng)氧煤比增加到一定值后,碳轉(zhuǎn)化率不再1839142191:E-mil1w108108@163cm。16大瓦做2013年第36卷從表1知C爐的CH含量略高于A爐,但是總氧氣量大,但是霧化效果不好、炭燃燒不完全,相差不大,這與圖2兩爐的爐溫相差不大相符合。碳轉(zhuǎn)化率低,有效氣含量低。氣化爐內(nèi)燃燒份額增加氣化溫度升高,由于煤氣表2A、C爐部分運(yùn)行工藝參數(shù)(多次記錄取平均值)化反應(yīng)過程中的C與CO2的反應(yīng)為吸熱反應(yīng),高項(xiàng)目A爐溫有利于反應(yīng)向正方向移動(dòng),合成氣中CO含量升總O2量/(m3h)43518高。由于C爐總氧氣量大于A爐,當(dāng)氧量過剩時(shí)中心O2量/(m3h-)72515777多余O2會(huì)與合成氣中可燃成分H2、COCH反應(yīng)爐壓/MPa6.10生成CO2和HO,所以導(dǎo)致Co含量先增加后又減燒嘴壓差MPa少。A爐氧煤比低,CO含量高,說明在二次反應(yīng)煤漿管線壓力/MPa中參與的O2量小,因此比氧耗低,氣化成本低,這是氣化裝置的最優(yōu)選擇。1360◆A爐1340一C爐日期(2012-06)圖3AC爐渣殘?zhí)苛咳掌?2012-06)燒嘴壓差=煤漿管線壓力氣化爐壓力。由表2圖2A、C爐溫(多次記錄取平均值)可知,C爐燒嘴壓差大于A爐,A、C爐中心氧的閥22中心氧量、燒嘴壓差門開度相同,均為40%,然而中心氧氣量相差近燒嘴是水煤漿氣化爐的核心設(shè)備,其功能有1500m3h,原因可能(由于影響中心氧氣量的主要二:一是霧化煤漿;二是與爐體匹配形成適宜的流原因是燒嘴噴口尺寸和結(jié)構(gòu),但是也不排除其他場③。西北化工研究院多元料漿氣化技術(shù)采用“三原因)是燒嘴噴口尺寸和結(jié)構(gòu)不同,導(dǎo)致C爐燒嘴通道預(yù)混式燒嘴”,設(shè)計(jì)中心氧氣占總氧量的15%氣阻大。同時(shí)燒嘴幾何結(jié)構(gòu)同樣影響二次霧化過20%中心氧能提高氧氣和多元料漿的返混程度,程,二次霧化主要取決于氣液間的相對速度,相外環(huán)氧能減輕多元料漿對爐膛內(nèi)壁的沖刷磨損燒對速度的大小在氣液物性一定時(shí)取決于反應(yīng)器內(nèi)蝕,中心氧的另一個(gè)主要作用是利用其出燒嘴后的流場,因此,燒嘴噴口結(jié)構(gòu)對二次霧化進(jìn)行的程與爐膛內(nèi)的壓差所產(chǎn)生的流速,牽引燒嘴的火焰,度起著重要作用,從而在一定程度上影響著霧化使氣化反應(yīng)區(qū)域在爐膛內(nèi)達(dá)到一個(gè)理想的范圍4。性能。另外,可能由于霧化角度和火焰的長度不中心氧量不能太小,否則達(dá)不到對煤漿的稀釋和夠,氣化爐的空間不能充分有效的利用,氣化效率加速作用。按照于遵宏5等提出的氣化爐內(nèi)三區(qū)模降低。型,即射流區(qū)、回流區(qū)與管流區(qū),三區(qū)存在兩類化燒嘴幾何結(jié)構(gòu)的作用是盡可能地減小液體束學(xué)反應(yīng):一次反應(yīng)(燃燒反應(yīng))、二次反應(yīng)(氣化反的直徑或液體膜的厚度,影響氣流速度和射入角應(yīng))。一次反應(yīng)區(qū)主要進(jìn)行反應(yīng)(1),二次反應(yīng)區(qū)主度,從而達(dá)到霧化煤漿的目的,因此,改變燒嘴結(jié)要進(jìn)行反應(yīng)(2)構(gòu)是改變霧化效果、提高有效氣含量的主要手段液滴蒸發(fā)的氣相產(chǎn)物O2之煤中的揮發(fā)分CO2+H2O(1)殘?zhí)坑坞x碳CO2CH、H電氣華CO+H(2)3煤漿濃度表2中A、C爐中心氧占總氧氣量為166%圖4為A、C爐的煤漿濃度比較,從圖中可以12.8%,C爐明顯偏小,不符合設(shè)計(jì)值。由于C爐中看出,A爐煤漿濃度平均值比C爐高約1%。經(jīng)驗(yàn)心氧量小影響煤漿稀釋、加速作用和返混程度,導(dǎo)表明,煤漿濃度增加1%,有效氣增加0.5%以上。致二次反應(yīng)區(qū)負(fù)荷過重,不能完全氣化,殘?zhí)亢兔簼{濃度升中國煤化工CH、CO2含量CO2沒有充分反應(yīng)因此C爐有效氣含量低、殘?zhí)侩S煤漿濃CNMHG隨煤漿質(zhì)量分量高,與圖3中A、C爐渣殘?zhí)繑?shù)據(jù)相符。雖然C爐數(shù)的增加而增加9這是由于入爐煤的質(zhì)量增加會(huì)第1期王鼎等,提高水煤漿氣化有效氣成分的途徑使C+CO2=2CO和C+H2O=CO+H2的反應(yīng)量相對增5結(jié)論大0進(jìn)入氣化爐的水煤漿,只有小部分水參與化對A、C氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行中的主要工藝數(shù)據(jù)學(xué)反應(yīng),大部分水都被蒸發(fā)掉,而蒸發(fā)水分所需的進(jìn)行記錄分析,總結(jié)出影響有效氣含量的主要因熱量是通過煤完全燃燒提供的,這樣氧耗就會(huì)增素是燒嘴和煤漿濃度,通過調(diào)整燒嘴噴口尺寸改加;另外,在煤完全燃燒提供熱量的同時(shí),產(chǎn)生CO2變中心氧量燒嘴壓差,可以提高工藝氣中有效氣和HO等大量無效氣體增加了煤耗。所以煤漿濃含量。另外對煤漿粒度進(jìn)行嚴(yán)格控制,選擇適合的度對合成氣組分和單位煤的產(chǎn)氣率起著決定性作添加劑提高水煤漿濃度,使有效氣體含量增加。用,應(yīng)盡可能維持在指標(biāo)上限影響水煤漿加壓氣化工藝氣組成的因素很多,通過日常生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比,得出◆A爐些經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論,期望相關(guān)廠家和同行技術(shù)人員求副興C爐就此問題能夠給予關(guān)注,提出更多提高有效氣含量的途徑。參考文獻(xiàn)日期(2012-06)[]林玉波主編.合成氨生產(chǎn)工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,圖4A、C爐煤漿濃度2011:27-28.由于A、C爐使用相同的添加劑,煤漿的黏度[2]烏曉江.高灰熔點(diǎn)煤高溫、加壓氣流床氣化實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]上海:上海理工大學(xué),2007:7差別不大,C爐煤漿濃度低的原因可能是粒度過[3]侯麗英.德士古雙通道噴嘴霧化性能研究[D].上海:華東理細(xì)。為了證實(shí)這一點(diǎn),查閱6月18日至28日煤漿工大學(xué),1993:4粒度分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),C爐大粒度分布略低于A爐[4]吳純馬.影響多元料漿工藝燒嘴長周期運(yùn)行因素及對策[雖然影響煤漿濃度的因素很多,但是粒度的影響中氮肥,2011,7(4):51-53也至關(guān)重要。[5]于遵宏,肖克儉,沈才大德士古氣化爐冷態(tài)流場數(shù)學(xué)模擬[J.材料化學(xué)學(xué)報(bào),1993,21(2):191-198[6] Arthur Heny Lefebvre. Atomization and Sprays[M]. New York:4改進(jìn)措施Hemisphere Publishing Corporation, 1989: 89-96.停車檢修時(shí)選擇A爐燒嘴作為參照,以A爐[7]周煒星,劉輝,吳韜,等氣流式噴嘴霧化過程的分形特?zé)靽娍诔叽缱鳛闃?biāo)準(zhǔn)更改B、C爐燒嘴。更換后征及液滴分裂模型[J.非線性動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào),2000,8(2):90發(fā)現(xiàn)B、C爐中心氧量明顯改善,燒嘴壓差達(dá)到設(shè)計(jì)值,有效氣含量有了一定的提高對B、C爐磨煤85#樣靜,劉軍.煤炭氣化工藝M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:10-20.分布,選擇多個(gè)廠家生產(chǎn)的添加劑進(jìn)行試用對比,9王柳臣?xì)饬鞔矚饣^程研究01,上,華東理工太學(xué),找到了適合于所用煤種的添加劑,將人爐煤漿濃[10]何期,金晶,張忠孝,等,水煤漿氣化爐入口參數(shù)對出口度提高至59%以上。合成氣的影響[J].上海電力,2009(1):74-77INCREASE OF EFFECTIVE GAS COMPOSITIONIN CWS GASIFICATIONWang Ding, Li Hui, Liu Lina, Qin ChaeShaansi Y anchang China Coal Yulin energy and Chemical Co, Ltd, Jingbian 718500)Abstract: Through comparing operation conditions of multi-component slurry gasifier A and C,mainfactors that impact effective gas(CO+H2) content were found, which were the burner structure and coal slurryconcentration. The improvement measures, such as adjusting dimension of burner nozzle, changing oxygencontent in the center, and pressure differential in the burner, to inctYH中國煤化工 in the processgas were proposeCNMHGKey words: effective gas; pressure differential of burner; oxygen coal ratio; coal slurry concentration