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输运床气化装置飞灰收集及输送操作研究

作时间:2018-11-26  来源:  作者:
   

 摘 要: 介绍了输运床气化装置的工艺流程, 着重分析了输运床气化装置开车初期飞灰捕集及排灰存在的问题,通过对装置优化改进及工艺参数的调整:提高反吹气至 200 ℃ 以上,调整反吹频率;增加三点式热电偶及中部料位开关;保持飞灰收集器流化;改变输灰管线尺寸及弯头等措施。 通过试验测试基本解决了开车初期阶段飞灰量大、含水高、输送困难等问题。

 
背景
输运床煤气化技术, 是一种先进的循环流化床气化技术, 其机械设计和操作基于成熟应用的FCC 流化催化裂化技术, FCC 技术已有 70 多 a 成功的商业运行经验。 输运床气化与传统的循环流化床相比,其固体循环速率和气体速度要快很多,提升管密度要高很多。 从而具有较高的生产能力和碳转化率、混合均匀、传热和传质速率较高,是实现煤炭洁净高效综合利用的重要技术。 输运床煤气化技术的最大特点是干粉进料、干法排渣(非熔渣)、粗合成气废锅回收显热。 与传统的循环流化床相比,其固体循环速率和气体流速更快,装置处理量大,碳转化率高,未来产业化装置单套规模达到 5 000 t/d , 可以有效减少目前同等规模煤制油、煤制气气化炉的数量。 运行模式分为空气气化和氧气气化:空气气化适用于 IGCC 发电等利用途径;氧气模式下提供合成气,适用于多种化学品和燃料的生产。 目前延长石油已经建成 100 t/d 的中试试验装置, 在试车过程中发现对飞灰的处理直接关系到整个气化装置的运行, 尤其是开车初期系统升温流化阶段,飞灰具有量大、含水高、性质不稳定等特点,造成飞灰处理不及时、排灰困难。本文着重研究开车阶段的飞灰处理暴露的问题,并提出相应解决措施。
 
1 输运床气化装置
1.1 装置简介
输运床气化试验示范装置,装置主要包括进料系统、气化单元、废热锅炉、颗粒物控制系统、排灰系统、合成气洗涤、循环气系统、氨回收系统,工艺流程如图 1 所示。 进料系统对送入厂区的原料煤 ( 此处原料煤指中高阶煤炭或者热解半焦,下同 ) ,经过粉碎、干燥(如需要)和磨煤后,送入煤粉加压进料系统。 气化单元分为一段气化和二段气化,煤粉、氧气和蒸汽在混合区通过气化炉并充分混合,并随气流提升管逐渐上升至提升管,在提升管中完成主要的气化反应。 气化炉的操作压力 2.5 MPa ,通过调节氧气和蒸汽,可以有效地控制操作温度在 1 000 ℃~1 150 ℃ 。 废热锅炉对气化炉送出的合成气进行热量回收,在废热锅炉中,合成气被冷却,同时将产生过热的中压或者高压蒸汽,该副产饱和蒸汽经由过
热后,过热蒸汽可以作为良好的动力蒸汽,驱动压缩机透平和联合发电。 颗粒物控制系统是一个专门设计的飞灰过滤器,由多个过滤单元组成。 由于完全采用干法过滤,从而彻底消除了产生黑水的可能性。 本装置的排灰系统通过间接式换热器冷却高温煤灰,消除了煤灰和水接触的可能性,避免了灰水造成的污染和环保等问题。 合成气洗涤系统主要是将无灰合成气中的卤素通过碱液进行吸收,同时对合成气进行冷却。 循环气系统主要是对冷却后的循环气,经过循环气压缩机增压分成 3 股送入气化单元,一股用于煤粉 / 焦粉的输送气,一股用于气化炉固体循环动力气,还有一小股用于颗粒物控制系统设备返吹气。 氨回收系统采用二段提氨工艺,可制得浓度达 25% 的氨水。
工艺流程示意图
1.2 飞灰处理
粗合成气经过合成气冷却器后携带固体颗粒自第三级旋风分离器出口进入颗粒物控制系统,可以除去气化产生的合成气中几乎所有的颗粒物质。 飞灰通过圆柱形金属纤维烧结滤芯过滤,固体物质在过滤元件的表面形成滤饼使得颗粒物控制器管板的压差增大。 为了保持连续运行,滤芯定期通过向过滤元件的清洗面注入高压循环合成气进行在线反吹清扫,固体颗粒物落到底部飞灰收集器,干净无颗粒的合成气被送至洗涤单元,工艺流程如图 2 所示。
飞灰系统工艺流程图
2 飞灰处理存在问题及分析
2.1 粗合成气过滤及排灰问题
开车初期,系统在升温流化阶段,柴油燃烧的烟气携带细灰进入颗粒物控制器,烟气里含有一定量的水,由于颗粒物控制器反吹设计不合理,导致灰经冷却后温度过低, 夹带的合成气达到露点,使得灰在颗粒物控制器及细灰收集器里板结,细灰收集器架桥,导致排灰不畅,分析结果如表 1 所示。 细灰料位不断上升,充满整个细灰收集器和颗粒物控制器,颗粒物控制器压差不断升高,最终造成系统工艺气无法通过颗粒物控制器,装置被迫停车。
技改前颗粒物控制器飞灰工业分析
2.2 原因及现象分析
( 1 )由于细灰收集器料位计设计不合理,波动过大,未能准确反映真实料位,导致细灰板结且不断堆积,影响操作人员做出正确判断;
( 2 )开车初期系统温度较低,经过合成气冷却器冷却后温度降至 150 ℃ 以下,反吹气温度过低,导致细灰带的合成气达到露点,飞灰在颗粒物控制器板结并在细灰收集器锥部黏结引起架桥,导致排灰不畅。
 
3 装置技改及工艺参数优化
( 1 )开车初期飞灰包含砂子、煤灰、未反应煤粉等,且灰量很大,若没有准确的料位指示,很容易造成飞灰堆积,造成颗粒物控制器堵死。 对细灰收集器增加三点一体式温度计及阻旋料位开关,可以准确判断细灰收集器料位;
( 2 )改造滤芯反吹系统,将反吹气温度调整到200 ℃ 以上,调整排灰频次,防止飞灰板结及排灰不畅,技改后颗粒物控制器飞灰工业分析如表 2 所示;
( 3 )对排灰系统的管线材质、管径、壁厚等进行技改,解决排灰过程中细灰颗粒磨穿管线的问题;
( 4 )标定测试输送细灰的高压氮气,保证输送顺畅;
( 5 )标定测试流化松动氮气流量,保证细灰收集器细灰流化松动,防止飞灰架桥。
技改后颗粒物控制器飞灰工业分析
4 结语
飞灰的收集排灰对于整个输运床装置至关重要,也是相比于气化炉加煤过程,温度、压力、介质的复杂程度等均较高。 经过对装置的改进和工艺参数的调整以及测试,结果表明:飞灰收集及排灰存在的带水、板结、架桥问题得到解决,确保了装置平稳可靠运行。
 
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