1 碎煤加压气化技术特征
碎煤加压气化是一种自热式逆流移动床连续气化工艺, 以碎煤为原料, 以蒸汽和氢气为气化剂, 在加压条件下, 进行气化反应生成粗煤气, 同时通过洗涤、降温除去中油、焦油等物质。碎煤加压气化技术在我国煤质天然气项目中技术应用较为成熟, 投资小、技术可靠性高, 此外, 碎煤加压气化技术采用的原料煤煤种适用性强, 只要不是黏性较强的烟煤基本都可以, 高水分、高灰分劣质煤可以减少运行成本, 产生的副产品可以转为工业副产品例如中油、轻油等, 具有附加值较高, 代用天然气转化率高等特征。碎煤加压气化粗煤气 (H2、CO) 甲烷含量高。但是碎煤加压气化技术也存在明显缺陷, 由于气化过程中需要大量水蒸气, 此外产生的废水量大, 成分复杂, 在废水处理方面需要进行专业技术分析和专业处理, 设备。碎煤加压气化技术设备维修频繁、传动机构复杂, 需要块煤, 因此, 煤制天然气工厂通常需要与电厂结合, 充分利用机械化采煤中粉煤, 碎煤加压气化对块煤要求较高, 一般要求块煤在5-50mm之间, 黏性不强的块煤而且灰熔融性软化温度大于1200度。
我国碎煤加压气化技术经过多年的技术引进和自主研究创新, 碎煤加压气化水平已经逐渐拉近与国外发达国家水平, 同时积极探索一步法煤制天然气技术又称为蓝光技术。目前, 我国已经可以自行设计和制造比较大型的气化炉装置, 装置运行性能已经可以满足煤制天然气运行需要。但是, 从行业发展来看, 碎煤加压气化炉需要进行进一步技术改进, 提高浅谈碎煤加压气化炉的连续运行周期, 降低蒸汽耗能和解决污水量大等问题
2 碎煤加压气化炉工艺特征
碎煤加压气化技术装置主要有气化炉、加煤煤锁和排灰灰锁组成, 气化炉是整个技术的核心。气化炉中气化剂通过炉篦进入气化炉内, 主要是有氧气混合物和蒸汽构成, 然后与自上而下的原料煤产生气化反应形成粗煤气, 粗煤气的主要成分是CO、H2、CH4、H2O等, 其中还有包括油、酚等副成分;原料煤通过气化以后, 遗留下灰, 灰通过炉篦进入排灰灰锁, 灰锁进行循环蒸汽加压、卸压过程进而将气化后产生的灰转入水利排渣系统中。气化方法应用过程中主要有以下几种形式:移动床气化、流动床气化、气流床气化以及催化气化。
碎煤加压气化炉整个床层大致分为五层:灰渣层、燃烧层、气化层、碳化层和干燥层。整个气化炉相当于良好的气固交换器, 煤种气化剂选择范围较广, 但是由于粗煤气成分复杂, 加大了气化后期的净化与分离工作, 需要提高废水处理工艺和能力, 因此, 必须碎煤加压气化技术在煤制天然气应用时必须要注意控制规模, 实现规模化生产才能有效降低生产和运行成本。
3 碎煤加压气化工艺操作注意流程
3.1 碎煤加压气化炉开车注意事项
碎煤加压气化炉开车有五个步骤, 蒸汽升温、空气点火、切氧、提压和并网五个步骤, 每个步骤中都需要注意操作, 防止出现安全生产事故。
碎煤加压气化炉蒸汽升温时, 要控制蒸汽温度升高速度, 以小时为单位, 根据碎煤加压气化炉实际需要, 一般保持在4度左右, 碎煤加压气化炉蒸汽升温过程中要注意暖管是否发生变形或者发生漏气现象, 如果发生变形或漏气要及时停止并进行维修焊接, 防止造成因蒸汽升温造成暖管爆裂, 引发安全事故;碎煤加压气化炉空气点火时必须按照规定的操作流程实施, 先退蒸汽, 在通空气, 然后进入蒸汽, 汽氧比要适度, 一般空气以后3分钟后即可通入蒸汽, 这样可以保证气化层温度保持在碎煤加压气化炉要求范围内。空气点火不成功需要切断空气, 找出此次空气点火失败缘由, 并重新进行空气点火操作, 一般空气点火成功标志是粗煤气出口氧气含量低于规定标准, 操作压力为4.0MPa气化炉为例, 气化炉出口粗煤气中CO2含量小于35%, 02含量小于0.6%时, 可以判定气化炉点火成功。气化炉点火成功后;汽轮机切氧要做到先加蒸汽流量, 再加氧气流量, 控制汽氧比例, 同时气化炉运行结束以后, 操作应先关蒸汽, 后关氧气, 避免气化炉切氧过程中出现的沟流现象, 沟流现象发生主要是炉篦的布气问题以及粗煤气氧气含量过大造成或者流量大幅度波动造成, 在切氧过程中一定要注意炉篦的转速与汽氧比问题;气化炉提压过程中要控制压力在0.4MPa左右, 速度不超过0.05MPa/min, 最终达到压力与总管压力相当或者略高于状态。以操作压力为4.0MPa气化炉为例, 在切氧运行阶段, 气化炉逐渐提高氧负荷及气化炉压力, 气化炉大约15分钟左右提高100Nm3O2/h, 气化炉压力大约5 分钟左右提高0.1MPa, 气化炉压力提至4.0 MPa (或稍高于管网压力) , 氧负荷大于1800Nm302/h;气化炉并网过程需要注意单炉粗煤气并入总管, 需要先将粗煤气切出系统, 逐渐提高单台炉压力, 使单炉压力大于总管压力, 这样汽轮机产生的粗煤气便会进入总管之内, 在并网过程中要时刻观察压力变化, 做好与净化车间衔接工作。
3.2 碎煤加压气化正常运行注意事项
碎煤加压气化正常运行注意事项主要有两个:汽氧比和炉篦的转速。一般汽氧比是优化气化炉生产工艺炉的有效手段, 根据气化炉煤钟的不同, 汽氧比也会不同, 汽氧比变化范围要保证在燃烧过程中灰不熔融成渣。汽氧比的调节可以看做煤气化温度的调整, 如果汽氧比过大, 气化炉产生的二氧化碳和氧气含量都会变化, 氧气消耗量会减少, 而水蒸气量增加但分解率会显著降低, 同时汽氧比提高, 气炉内CO+H2O=CO2+H2反映增加, 导致二氧化碳增加。因此碎煤加压气化技术通常采用较低的汽氧比, 同时兼顾气质质量和水蒸气分解率, 减少煤气水产量和冷却系统负荷。汽氧化调整主要是看二氧化碳与一氧化碳比例, 根据比例进行调节, 同时要看灰样。碎煤加压气化正常运行必须要关注炉篦的转速, 炉篦的转速一般是由变频电机来控制, 根据气化炉出口温度, 灰锁温度以及气化炉负荷为依据, 调整炉篦的转速, 炉篦在碎煤加压气化技术中起到稳定气化炉工况, 破碎大块灰渣, 使气化剂均匀分布在气化炉截面的作用, 当气化炉出口温度会出现大幅度波动时, 很有可能是炉篦的转速不均匀造成的。炉篦是气化炉中唯一的动设备, 通过炉篦的转速的调整可以对碎煤加压气化炉中各层分布进行调节, 炉篦与气化炉灰层和煤层接触, 较为易损, 运行过程中由于温度和工况问题很容易出现问题, 造成细小裂痕、变形和局部烧坏熔化, 影响气化炉运行效率。
4 结语
碎煤加压气化技术在我国煤制天然气项目中应用较为广泛, 技术成熟, 具有广泛的市场应用前景。随着我国煤制天然气项目的推进, 碎煤加压气化技术发展也会逐渐深入, 优化工艺流程, 在操作规范性和流程上得到简化, 提高转化率和利用率, 获取更高的经济效益和社会效益。
摘要：随着我国对西北地区开发的不断深入, 煤制天然气项目得到了很好的推广, 碎煤加压气化作为成熟的二步法煤制天然气技术, 在煤化工产业应用非常广泛。本文从碎煤加压气化技术特征入手, 研究碎煤加压气化工艺流程并提出碎煤加压气化操作注意事项。
关键词：碎煤加压气化,煤制天然气,特点,操作注意事项
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