大同煤氣化爐運(yùn)行過程中的兩大難題

大同煤氣化爐運(yùn)行過程中的兩大難題

普通單段氣化爐的料層高度有限，干燥層薄。氣化表中的氣生氣生氣無法完全精煉。因此，氣化表的出口溫度很高。為冷卻煤氣需要大量冷卻水,尤其在以煙煤為氣化原料時(shí),在混入煤氣的焦油中瀝青和游離碳含量高,質(zhì)地粘稠,處理困難,也很難找到用途。這樣造成了單段爐生產(chǎn)中的兩大難題:一是焦油的利用和處理困難,二是水耗大,其熱焓不易回收,且造成大量含酚廢水需要處理。兩段式氣化爐具有對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),可采用單種的年青煤(如褐煤、長(zhǎng)焰煤、弱粘煤或不粘煤)為原料進(jìn)行氣化。由于兩段爐在原理、結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),使得爐上段出口煤氣的溫度低、焦油含量少,基本上克服了單段氣化爐的一些缺點(diǎn)。大同礦務(wù)集團(tuán)煤氣廠采用直立式炭化爐生產(chǎn)燃料煤氣供局內(nèi)生產(chǎn)、生活使用。為滿足用戶對(duì)煤氣消費(fèi)的增加,1997年建成投產(chǎn)了三臺(tái)Φ3.3m水煤氣型兩段爐,生產(chǎn)民用煤氣。在試產(chǎn)及運(yùn)行過程中,根據(jù)大同煤的特點(diǎn),經(jīng)過不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)和技術(shù)管理,得到了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),逐步探索出一套適合大同煤特點(diǎn)的生產(chǎn)工藝。1煤氣化爐內(nèi)制氣過程制氣生產(chǎn)系統(tǒng)包括三臺(tái)Φ3.3m水煤氣型兩段爐(兩開一備)和與之配套的旋風(fēng)除塵器、燃燒室、廢熱鍋爐。煤氣凈化部分由焦油、氨水冷卻分離裝置、電捕焦油器、間冷器組成,并有5000m3緩沖氣柜一座,如圖1所示。粒度為25～50mm的原料煤由爐頂煤倉經(jīng)電磁振動(dòng)給料機(jī)定量加入氣化爐內(nèi)。煤在氣化爐內(nèi)依次經(jīng)過干餾和氣化。在干餾段,煤受鼓風(fēng)氣和下吹過熱蒸汽的間接加熱和上吹煤氣的直接加熱干燥、分解,生成的干餾煤氣和焦油隨上吹煤氣一同從爐頂導(dǎo)出,半焦下移進(jìn)入氣化段,在氣化段交替送入空氣和蒸汽,利用空氣燃燒部分半焦使料層溫度升至1000℃左右積蓄熱量,然后通過水蒸汽進(jìn)行制氣反應(yīng),得到熱值約為11.34MJ/m3的水煤氣并吸收熱量降低料層溫度。氣化段產(chǎn)生的煤氣一部分作載熱氣流上升進(jìn)入干餾段,另一部分直接從底部出口引出?；以蔂t底兩側(cè)排出。整個(gè)制氣過程由鼓風(fēng)階段、一次吹凈階段、上吹階段、下吹階段和二次吹凈階段5個(gè)部分組成一個(gè)循環(huán)周期,每個(gè)循環(huán)4min。循環(huán)閥由液壓缸操作,整套液壓系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制。煤氣爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)循環(huán)氨水冷卻后送到電捕焦油器,捕集其中的焦油霧后,再經(jīng)間冷器和終冷塔進(jìn)一步冷卻,最后進(jìn)入5000m3緩沖氣柜,由排送機(jī)送到5(或10)×104m3氣柜。2點(diǎn)火投入試生產(chǎn)水煤氣型兩段爐制氣工程于1997年4月竣工,1997年10月點(diǎn)火投入試生產(chǎn),1998年元月正式對(duì)外送氣。在試生產(chǎn)及以后生產(chǎn)過程中,經(jīng)不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)和完善生產(chǎn)技術(shù)管理制度,逐步探索出一套適合大同煤特點(diǎn)的生產(chǎn)工藝。2.1原料煤性質(zhì)調(diào)整工藝按照設(shè)計(jì)要求,適用于Φ3.3m水煤氣型兩段爐的煤質(zhì)指標(biāo)為:粒度25～50mm,水分(Mt)<10%,揮發(fā)分(Vad)<30%,灰分(Aad)<20%,灰熔點(diǎn)T2>1250℃。大同煤的煤質(zhì)基本符合上述要求。然而,生產(chǎn)實(shí)踐表明,水煤氣型兩段爐對(duì)煤質(zhì)的波動(dòng)非常敏感。在生產(chǎn)初期,由于煤質(zhì)不穩(wěn)定,氣化爐內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)“結(jié)疤”現(xiàn)象,打“疤”費(fèi)時(shí)費(fèi)力,也妨礙生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為解決這個(gè)問題,一方面需要穩(wěn)定原料煤的性質(zhì),更重要的是加強(qiáng)生產(chǎn)管理。在原料煤性質(zhì)波動(dòng)時(shí)通過調(diào)節(jié)入爐空氣量、入爐蒸汽及爐箅轉(zhuǎn)數(shù),進(jìn)行火層測(cè)量及煤氣分析,從而判斷爐溫高低,火層是否均勻,全面評(píng)價(jià)制氣爐工作狀態(tài)(爐溫、氧化層厚度),嚴(yán)格控制煤氣中的氧含量。在調(diào)整工藝參數(shù)過程中,要密切觀察制氣爐溫度和氣化層的變化,防止因結(jié)疤或爐溫過低而造成氧含量超標(biāo),以避免“結(jié)疤”現(xiàn)象的產(chǎn)生。煤的粒度在生產(chǎn)過程中比較難以滿足設(shè)計(jì)要求,特別在低負(fù)荷運(yùn)行情況下,25～50mm粒度煤用于兩段爐生產(chǎn)煤氣,經(jīng)濟(jì)上不合算。經(jīng)過多次探索,現(xiàn)在做到在入料煤的粒度擴(kuò)大到25～100mm時(shí),仍可保證料層溫度,火層高度均勻,灰渣含碳量不大于15%。原料煤粒度范圍的擴(kuò)大,簡(jiǎn)化了入爐煤的預(yù)處理,降低了生產(chǎn)成本。2.2產(chǎn)品的熱值與復(fù)配試生產(chǎn)階段煤氣熱值一直在9.66～10.50MJ/m3,組分也不合理:煤氣中CO含量為35%左右,H2含量為25%～30%,N2含量卻高達(dá)20%～26%。在氣化過程理論分析的基礎(chǔ)上,經(jīng)調(diào)整鼓風(fēng)量、上下吹蒸汽量、吹凈蒸汽量等參數(shù),使鼓風(fēng)與水蒸汽吹入量相匹配,保證了制氣爐的熱平衡后,煤氣熱值逐漸提高,最終穩(wěn)定在11.34MJ/m3左右,最高時(shí)可達(dá)12.01MJ/m3左右。調(diào)整前后各階段煤氣組分、熱值如表1。2.3次吹凈增加了蒸汽產(chǎn)量,提高了鍋爐的生產(chǎn)能力原設(shè)計(jì)的生產(chǎn)方案中,配套的兩臺(tái)8t/h廢熱鍋爐(一開一備),利用鼓風(fēng)廢氣燃燒生產(chǎn)蒸汽,以滿足兩臺(tái)制氣爐蒸汽需要。但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),單靠?jī)膳_(tái)氣化爐所產(chǎn)生的鼓風(fēng)廢氣燃燒,爐溫只有600℃左右,滿足不了鍋爐正常運(yùn)行的需要,蒸汽產(chǎn)量低。經(jīng)測(cè)試、分析,發(fā)現(xiàn)一次吹凈產(chǎn)生的尾氣熱值較高,可以利用。因此,將三次風(fēng)送風(fēng)時(shí)間延長(zhǎng)到一次吹凈階段結(jié)束,使一次吹凈階段產(chǎn)生的尾氣在燃燒室充分燃燒,以提高燃燒室溫度。這樣,既減少了吹凈煤氣的排空,又提高了廢熱鍋爐的生產(chǎn)能力,增加了蒸汽產(chǎn)量,保證了生產(chǎn)正常進(jìn)行。制氣過程分為五個(gè)階段,每個(gè)階段原設(shè)計(jì)時(shí)間為:鼓風(fēng)72s,一次吹凈7.2s,上吹108s,下吹40.8s,二次吹凈為12s。經(jīng)過多次調(diào)整、試驗(yàn),最后將各階段時(shí)間合理分配調(diào)整,并對(duì)原設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了修改,各階段時(shí)間隨煤質(zhì)、生產(chǎn)負(fù)荷等操作參數(shù)的改變而能隨時(shí)改變,以滿足生產(chǎn)需要。2.4生產(chǎn)能力測(cè)試大同礦務(wù)局煤氣廠一期工程為直立炭化爐,二期工程兩段爐煤氣自投產(chǎn)以來一直作為摻混氣源。隨著直立爐爐體老化,對(duì)兩段爐水煤氣的依賴就會(huì)越來越大。此外,Φ3.3m水煤氣型兩段爐究竟能產(chǎn)多少煤氣,生產(chǎn)能力能否達(dá)到設(shè)計(jì)需求,在全國使用Φ3.3m水煤氣型兩段爐的用戶中,迄今尚未有一家測(cè)試過。2001年2月20日至3月3日,我廠對(duì)Φ3.3m水煤氣型兩段爐進(jìn)行了生產(chǎn)能力測(cè)試。首先采用25～100mm的原料煤進(jìn)行測(cè)試,雙爐聯(lián)動(dòng)試產(chǎn)。測(cè)試時(shí),將一次風(fēng)、制氣蒸汽等盡可能放到最大量。結(jié)果發(fā)現(xiàn):原設(shè)計(jì)鼓風(fēng)強(qiáng)度不夠,吹風(fēng)階段蓄熱不足,不能很好地維持熱平衡。為此,我廠采用兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,提高鼓風(fēng)強(qiáng)度,使煤氣產(chǎn)量有了很大提高,其它各項(xiàng)指標(biāo)如除塵器、增熱器、燃燒室溫度等均達(dá)到了工藝要求。對(duì)三爐聯(lián)動(dòng)的方案也進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果相似。單爐試生產(chǎn)中,采用25～100mm原料時(shí),煤氣爐產(chǎn)氣能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。4月5—9日,又采用25～50mm的設(shè)計(jì)粒度進(jìn)行單爐測(cè)試。由于煤粒度減小,氣固反應(yīng)的接觸面積增大,使得單爐產(chǎn)氣能力達(dá)到設(shè)計(jì)的(7～8)×104m3/d。采用不同粒度的原料煤氣化時(shí)測(cè)定的煤氣爐生產(chǎn)能力見表2。2.5焦油水分離流程的改造兩段爐投產(chǎn)后焦油和油渣分離效果一直不好,經(jīng)常造成管道、設(shè)備堵塞,給正常生產(chǎn)造成很大影響。經(jīng)分析研究,造成上述問題的原因有兩個(gè):一是原設(shè)計(jì)只有一個(gè)焦油沉淀池和機(jī)械化澄清槽,兩個(gè)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,焦油水沒有靜置分離時(shí)間,造成焦油水分離不理想;二是工藝控制方面,原設(shè)計(jì)電捕焦油器、間冷器捕集的焦油水與上、下收集器溢流水混合,由于下行收集器水帶煤粉塵多,且互相混融而乳化,因此分離不開。為此,對(duì)焦油水分離流程進(jìn)行了改造:增建三個(gè)分離池,以增加焦油水分離時(shí)間;另增建兩個(gè)分離池,將電捕焦油、間冷器捕集的焦油水分開分離。實(shí)踐表明,改造后焦油和油渣分離效果比較理想,而且獲得了部分輕焦油產(chǎn)品。3兩側(cè)煤氣爐的優(yōu)缺點(diǎn)兩段式氣化爐具有對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)、出口