鲁奇加压气化炉工艺操作
鲁奇加压气化炉工艺操作
新疆广汇新能源造气车间--程新院
一、相关知识
1、影响化学平衡的因素有三点:①反应温度(T )、②反应压力(P )、③反应浓度(C )。勒夏特列原理:如果改变影响化学平衡条件之一(T 、P 、C ),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
2、气化炉内氧化层主反应方程式
① 2C+O₂=CO ₂ (-Q ) ΔH <0 ②2C+O₂=2CO (-Q ) ΔH ₂<0 ΔH <ΔH ₂
3、气化炉内还原层主反应方程式
③C +CO ₂=2CO (+Q ) ΔH ₃ >0 ④C +H ₂O =CO+H₂ (+Q ) ΔH ₄>0 ⑤C +2H ₂=CH ₄ (+Q ) ΔH 5>0 ΔH ₃ >ΔH ₄>ΔH 5
|ΔH |>ΔH ₃>|ΔH ₂|>ΔH ₄>ΔH ₄
4、煤灰熔点对气化炉的影响
鲁奇气化炉的操作温度介于煤的DT (变形温度)和ST (软化温度)之间。若入炉煤的灰熔点高,则操作时适当降低汽氧比,相应提高炉温,蒸汽分解率增加,煤气水产量低,气化反应完全,有利于产气。但是受气化炉设计材料的制约,汽氧比不能无限制降低,否则可能会烧坏炉篦及内件。因此受设备材质的局限,煤灰熔点不能太高,
一般控制在1150℃≦DT ≦1250℃。反之,若煤灰熔点低,则操作时要适当提高汽氧比,相应降低炉温(防止炉内结渣,造成排灰困难),蒸汽分解率降低,煤气水产量增加,气化反应速度减缓,不利于产气。因此入炉煤的灰熔点要尽可能在一定的范围内,不能变化太大。
二、汽氧比的判断
鲁奇加压气化炉汽氧比是调整控制气化过程温度,改变煤气组份,影响副产品产量及质量的重要因素。汽氧比过低,会造成气化炉结渣,排灰困难,不利于产气;汽氧比过高,会造成灰细或排灰困难,煤气水产量增加等。因此,在不引起灰份熔融的情况下,尽可能采用低的汽氧比。汽氧比的高低应该结合煤气组份中有效气体的含量、灰样和指标参数做出准确的判断!
1、从煤气组份¹判断汽氧比的高低
我们在实际操作中一般都根据CO 2、CO 、H 2、CH ₄来判断汽氧比的高低,下面分情况进行说明。
¹:我公司白石湖煤产气组份
a、煤气组份中CO 2和CH ₄同时降低,CO 和H 2同时升高,这种情况最容易判断,根据还原层反应方程式 ③C +H ₂O =CO+H₂ΔH ₃>0
④C +CO ₂=2CO ΔH ₄>0
上述反应都为吸热反应,只有提供足够的热量才能促使上述反应速度加快,生成物增加。所以,当CO 和H 2同时升高时,说明炉温高,汽氧比低。再结合灰样,若灰样中有大量较坚硬的渣块,相应的可能夹套耗水大,气化剂温(T008)度偏低,温差(TD007)偏高,此时可适当提高汽氧比。相反,若CO 和H 2同时降低,灰样中大块少,可适当降低汽氧比。
b、煤气组份中CO 和H 2没有同步变化,而是CO 2和H 2偏低, CO 和CH ₄偏高,则说明炉温低,汽氧比高,应该适当降低汽氧比。 单独根据H 2低、CH ₄高来看,说明炉温低。可为什么CO 2低、CO 高呢?[方程式④C +CO ₂=2CO ΔH ₄>0] 由于炉温低,汽氧比高,造成灰细,床层孔隙率小,床层阻力大,CO ₂在炉内停留时间长, 相当于增加反应物浓度,有利于CO 的生成,大量的CO ₂被还原程CO 。因此该适当降低汽氧比,提高炉温。必要时结合灰样再做调整! c、煤气组份中CO 2没有明显的变化,CO 偏低,H 2含量增加,CH ₄含量减少。这种情况说明炉温过高²,应适当增加汽氧比降低炉温再看气体分析和灰样的变化有无好转!²:我们知道,当汽氧比低,炉温高时,CO 和H 2含量增加,CO 2和CH ₄含量偏低。可为什么会有上述的情况,因为氧化层的主反应
① 2C+O₂=CO ₂ (-Q ) ΔH <0
②2C+O₂=2CO (-Q ) ΔH ₂<0
ΔH <ΔH ₂
都为放热反应,当炉温过高时,抑制了CO ₂和CO 的生成,又因为
|ΔH |≈4|ΔH ₂|,所以氧化层产物中CO ₂含量基本不变,CO 含量偏低。致使整个煤气组份中CO 2没有明显的变化,CO 偏低,H 2含量增加,CH ₄含量减少。再结合灰样和指标参数加以肯定判断!
2、从灰样判断汽氧比的高低
若要从灰样来判断汽氧比的高低,就要根据灰样的颜色、粒度和残炭含量来具体分析,灰样颜色基本由煤中所含矿物质种类和含量来决定,作为操作工,我们无法改变煤质。下面根据灰样粒度和残炭分情况进行判断:
a、灰样大部分为自然状的小颗粒,块状极少,残炭偏多。说明炉温低,汽氧比高,应该降汽氧比,运行3-4小时再看灰进行调整。 b、灰样大部分为自然形成的大块,没有刮刀切痕,细灰和残炭量极少,此时的汽氧比为最佳,再结合煤气气体组份加以肯定判断,不做汽氧比的调整。
c、灰样中有大量的小渣块,不是自然形成,表面有明显的刮刀切痕,而且粉末状细灰量也有不少。此时,说明汽氧比低,炉温高,应该适当增加汽氧比,运行3-4小时再结合煤气组份进行判断调整。 d、灰样中有部分颗粒状细灰,也有粒度较大的渣块,而且大块敲碎后里面裹着碳。这种情况说明入炉煤质较差,煤灰熔点高低不等, 造成部分低灰熔点的灰被熔融,包裹了部分高灰熔点的煤,导致炉内反应不完全,造成碳流失,煤气产率下降,工况出现波动。此时应该适当提高汽氧比,降低炉温,让气化反应温度达到入炉煤最低灰熔点以下。同时,也应该向相关部门反映情况,及时调整入炉煤。
三、问题判断与处理
1. 炉内结渣
现象有:灰样中有大量的渣块,炉篦正反转电流都高,夹套耗水量可能会比平时增大,出口温度呈逐渐上涨趋势或者持续在380℃以上夹套耗水量大,排灰困难,灰锁温度偏低,煤锁加煤频次减少。这种情况为汽氧比低,炉温高造成,我们应该适当增加汽氧比,降低炉温。炉篦正反转交替将炉内结渣部分排出,严重时可将负荷处理。在这个调整过程中,可能会出现炉内偏烧的现象,表现为:炉篦电流高,夹套耗水还未减少,出口开始出现波动,灰中细灰偏多,偶尔夹带个别较坚硬的大渣块。此时不能盲目的认为是工况已经调好,汽氧比偏低!而是因为结渣较严重的部分还未完全排出,只是在调整过程中结渣不是很严重的部分已经有了好转,我们应该再适当降低汽氧比或者不动汽氧比,炉篦正反转交替转。直至炉篦电流下降,耗水量减少。
2. 气化炉出口温度和灰锁温度同时升高
出现这种情况的原因一般有三点:①气化炉内出现沟流,气化炉出口温度大幅度波动,煤气中CO2含量高。严重时粗煤气中的氧含量超标,灰中有渣块和未燃烧的煤。我们应该增加汽氧比,短时间增加炉篦转速反转破坏风洞,沟流。严重时可稍降气化炉负荷,进行调整。②气化剂分布不均,由于煤或者灰渣堵塞炉篦气化剂的通道或布气孔。 此时,我们应该提高汽氧比,频繁切换炉篦正反转,重新分布床层。③床层混乱,灰中残炭多,导致双高。此时,我们首先应该适当的降负荷,增加汽氧比,炉篦低转速调整,稳定灰锁温度,重新培养床层。
3. 气化炉火层偏斜
气化炉火层偏移的现象有:气化炉出口温度高,灰锁温度时高时低,灰中有大块也有细灰和残碳。主要是因为原料煤的粒度不均匀,炉内料层分布不均,原料煤中矸石较
多,炉篦转速过低,下灰量不均匀所形成。处理方法是:气化炉降负荷,根据灰锁温度和出口温度正反转炉篦进行调整,现场加强听灰,看灰。
4. 气化炉夹套压差高
如果发现夹套压差过高时可能造成夹套鼓包,应停车检查
出现夹套压高的原因有两点点:①汽氧比过高,入炉蒸汽量大,造成灰细,床层孔隙率小,阻力大。我们应该适当降低汽氧比,减少入炉蒸汽量。②气化炉结渣,会出现出口温度高,夹套耗水量大,排灰困难,灰锁温度偏低,煤锁加煤频次减少。此时,我们应该增加汽氧比,降低负荷,增加炉篦转速,最大限度排灰,将炉内结渣部分排出。
四、 刚开车运行炉子的操作
对于刚开起来的炉子我们应该以高汽氧比运行,通过各参数、灰样和气体组份来做出准确判断,设定最佳汽氧比。另外,在运行期间主要以低转速正转以培养床层为主,不应该大转速或反转,以免破坏刚培养的床层。