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多元料浆气化有效气成分的影响因素及调控

[日期:2020-12-15] 来源:《中氮肥》2020年第6期  作者: [字体: ]

李欢,杨林,李龙

(陕西延长中煤榆林能源化工有限公司,陕西 榆林718500

 

        [摘  要]陕西延长中煤榆林能源化工有限公司600 kt/a煤制甲醇项目多元料浆气化装置配置3台气化炉(两开一备),生产中单台气化炉煤浆流量达88 m3/h,气化炉出口粗煤气中有效气(CO+H2)含量不稳定,造成送入甲醇合成系统的有效气量波动频繁,严重影响甲醇合成系统的稳定运行及甲醇的产量。结合实际生产情况,对气化炉各工艺参数进行比较,分析认为原料煤煤质、煤浆浓度、烧嘴压差、气化炉温度以及气化炉渣口压差对多元料浆气化有效气含量均有影响,操作上通过把控这些影响因素,可提高粗煤气中的有效气含量,有利于系统的稳定、优质运行。

[关键词]多元料浆气化装置;有效气成分;影响因素;原料煤煤质;煤浆浓度;烧嘴压差;渣口压差;调控措施

[中图分类号]TQ546   [文献标志码]B   [文章编号]1004-9932202006-0005-03

 

1   

陕西延长中煤榆林能源化工有限公司(简称榆林能化)600 kt/a煤制甲醇项目气化装置采用多元料浆气化工艺,配置3φ3.2 m×3.8 m气化炉(简称A炉、B炉、C炉,两开一备),设计原料煤处理能力 3 240 t/d;气化炉设计工作压力6.5 MPa、工作温度1 320 ℃,气化炉出口粗煤气中有效气(CO+H2)含量≥78%。实际生产中,单台气化炉煤浆流量达88 m3/h,因气化炉出口粗煤气中有效气(CO+H2)含量不稳定,造成送入甲醇合成系统的有效气量波动频繁,最大波动量达10 000 m3/h(正常工况下有效气量≥215 000 m3/h),严重影响甲醇合成系统的稳定运行及甲醇的产量。

2  多元料浆气化有效气成分影响因素分析

2.1  原料煤对有效气成分的影响

2.1.1  灰熔点

煤的灰熔融性习惯用4个温度来衡量,即煤的变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)、流动温度(FT),煤的灰熔点一般指流动温度(FT)。水煤浆气化炉排渣方式为液态排渣,其操作温度原则上一般要高于灰熔点50100 ℃,以便顺利排渣。在选择原料煤时,其灰熔点的高低直接影响气化炉的热负荷,当其FT不稳定时,会导致气化炉操作温度不稳定,造成出口粗煤气中有效气(CO+H2)含量在78%81%间波动,进而引起入甲醇合成系统有效气量在213 000216 000 m3/h间波动。

2.1.2  内水含量

煤的内水含量对水煤浆气化过程的主要影响表现为对煤成浆性的影响。煤的内水含量越高,同样工况条件下很难制得高浓度的煤浆;反之,当原料煤的内水含量较低时,同样工况条件下制得的煤浆浓度会变高。因此,原料煤内水含量不稳定的情况下,制得的煤浆浓度会发生波动,导致气化炉操作温度变化频繁,进而影响气化炉出口粗煤气中的有效气含量。

2.1.3  灰分

2.1.3.1  灰分变化导致烧嘴压差波动

水煤浆气化过程中,灰分虽然不直接参与气化反应,但要消耗煤氧化产生的反应热用于灰分的升温、熔化及转化,从而降低冷煤气效率;此外,灰分的增加,不仅降低煤的发热量,而且会增大灰渣的外排量,增加灰渣对耐火砖的侵蚀和磨损,同时还会使黑水中的固含量增加,加重黑水对管道、阀门、设备的磨损。简言之,原料煤灰分对水煤浆气化炉的运行有着非常大的影响。

榆林能化气化装置所用原料煤为魏强煤矿精洗煤(简称魏强煤),时常会因其灰分偏高引起煤浆粘温特性发生变化,最终导致气化炉烧嘴压差波动。

2019218日气化炉出口粗煤气中有效气含量变化前后原料煤煤质分析数据见表1。可以看出,从2019218日开始原料煤中灰分逐渐升高,导致烧嘴压差波动频繁(-0.10.4 MPa),造成气化炉出口粗煤气中有效气含量波动大。

C炉于2019 219日开始出现烧嘴压差频繁波动,随即有效气产量发生波动,最大波动幅度达10 000 m3/h(正常情况下有效气产量约217 000 m3/h),有效气成分也同步出现波动,如表2

结合表2的数据进行分析,可以得出:① 正常工况下烧嘴压差高,入炉煤浆雾化效果好,产出的粗煤气中有效气含量高;② 烧嘴压差波动前,气化炉产出粗煤气中有效气成分稳定且产气量高,而烧嘴压差波动后,有效气成分变化不规律,粗煤气中有效气含量整体呈下降趋势。

2.1.3.2  原料煤种的不稳定性

榆林能化气化装置近期使用的原料煤有魏强煤、西湾煤、银河煤,其煤质分析数据(平均值)见表3

A炉为例,采集20199月—20202月部分生产数据,通过不同时段掺烧不同煤种,在气化装置相同工况下所产粗煤气中有效气成分的对比如图1。由表3、图1可以得出,不同煤种在相同工况下,原料煤灰分越低,所产粗煤气中有效气含量越高。

2.2  煤浆浓度对有效气成分的影响

榆林能化多元料浆(煤浆)主要以煤、水、氨水、添加剂、石灰石为原料,经磨煤机制成高浓度(58%63%)、低粘度(5001 200 cP)、稳定性高、流动性好、易于泵送的合格煤浆。影响煤浆浓度的主要因素有原料煤煤质、粒度分布、添加剂的加入量、磨煤机钢棒配比等因素。在近期单台气化炉工况相同、原料煤煤种相同、添加剂加入量不同、磨煤机负荷变化等因素而致煤浆浓度不同的情况下,对气化炉所产粗煤气中有效气成分的分析数据进行对比,如表4

由表4可以看出,单台气化炉在一个运行周期内,在同一煤种、工况相同的情况下,随着煤浆浓度的提高,粗煤气中有效气含量随之提高。简言之,粗浆浓度越高,气化炉所产粗煤气中有效气含量越高,也就是说,仅就有效气成分而言,煤浆浓度越高越好。但实际生产中,即使不考虑原料煤的成本及其可得性,首先,煤浆浓度高,其粘度也相对较高,不易于泵送;其次,煤浆浓度高,煤浆中粗粒子也必然增多,易造成煤浆稳定性变差(易沉淀),管线、烧嘴磨损加剧,以及烧嘴雾化效果受到影响。因此,应在确保煤浆稳定储存和输送的前提下,尽可能地提高煤浆浓度,以提高粗煤气中的有效气含量。

2.3  气化炉温度对有效气成分的影响

煤浆与氧气进入气化炉内主要发生着如下化学反应:一次反应为燃烧反应,属于放热反应;产生COH2的二次反应,需吸收热量。因此,较高的操作温度有利于有效气的生成。

煤浆与氧气按照一定比例进入气化炉内,在煤种不变的情况下,氧煤比和炉温有一定的对应关系,在氧气流量一定的情况下,随着煤浆浓度的下降气化炉温度呈上涨趋势,反之煤浆浓度提高气化炉温度呈下降趋势;在煤浆浓度一定时,随着氧气流量的增加,气化炉温度随之上涨,反之气化炉温度随之下降。经长期观察,不同炉温对应的粗煤气成分(含量)也不同,其中以甲烷最为敏感,当气化炉温度上涨时,甲烷含量下降,随后CO含量也开始小幅下降,即甲烷、CO含量与炉温成反比关系;而H2含量随炉温的上涨而上涨,CO2含量也小幅上涨,即H2CO2含量与气化炉温度成正比关系。

更多内容详见《中氮肥》2020年第6

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