蔡?hào)|盛

（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

氣化爐煤氣分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔡?hào)|盛

（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

介紹了氣化爐煤氣分析系統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，解決了現(xiàn)有裝置中由于預(yù)處理系統(tǒng)故障導(dǎo)致煤氣分析系統(tǒng)不能運(yùn)行的問題。

除塵；除水；減溫；減壓

氣化爐是煤化工（合成氨，甲醇等）中產(chǎn)生原料氣的重要設(shè)備，生產(chǎn)的原料氣（煤氣）的成分主要是H2、C O、C O2和CH4。原料氣組分含量的參數(shù)對(duì)工藝生產(chǎn)十分重要，需要采用氣體分析儀對(duì)煤氣的組分進(jìn)行分析。氣化爐煤氣分析系統(tǒng)主要由預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀表組成。其中，氣體分析儀可以采用兩塊常規(guī)分析儀來完成幾個(gè)組分的分析。如采用一臺(tái)熱導(dǎo)分析儀分析 H2，采用一臺(tái)紅外分析儀分析C O、C O2、CH4等。也可以采用一臺(tái)氣相色譜完成所有組分分析。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：色譜分析方法的優(yōu)點(diǎn)是分析結(jié)果比較準(zhǔn)確，沒有由于組分之間的干擾引起的分析誤差。缺點(diǎn)是色譜是周期分析，不是實(shí)時(shí)分析，分析結(jié)果滯后。色譜的運(yùn)行需要載氣，維護(hù)成本高。此外，色譜本身相對(duì)復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高；常規(guī)分析儀具有響應(yīng)時(shí)間快，維護(hù)成本低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的要求不是很高的優(yōu)點(diǎn)。不過，由于氣化爐煤氣組分比較復(fù)雜，采用熱導(dǎo)分析儀分析H2時(shí)，其他氣體組分對(duì)于H2分析有干擾。尤其是大量C O2的存在對(duì)H2分析會(huì)產(chǎn)生較大誤差，通常利用C O2的分析結(jié)果對(duì)熱導(dǎo)分析儀分析的H2進(jìn)行修正。

不論是色譜還是常規(guī)分析儀，對(duì)進(jìn)入儀表的樣氣條件如露點(diǎn)、粉塵含量、腐蝕性、溫度、壓力及流量等都有嚴(yán)格要求。通常工藝氣體的條件不符合儀表對(duì)樣氣的要求。所以，需要采用預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)樣氣進(jìn)行處理，使進(jìn)入分析儀表的樣氣條件滿足儀表的要求。由于氣化爐煤氣為高溫（約2 5 0℃），高壓（約8MP a），高含水量（約6 0%）和高粉塵量，處理起來很困難。以往氣化爐氣體分析系統(tǒng)經(jīng)常由于預(yù)處理系統(tǒng)有問題，導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，粉塵或水進(jìn)入儀表造成儀表損壞。

儀表故障的原因很少是由于儀表本身的質(zhì)量引起的，多數(shù)情況下是由于預(yù)處理系統(tǒng)失效導(dǎo)致儀表損壞。所以，預(yù)處理系統(tǒng)的好壞是分析系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文針對(duì)氣化爐工藝條件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，維護(hù)量少，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，滿足了用戶的要求。

1 方案設(shè)計(jì)

本預(yù)處理系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)和二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)。一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)安裝在取樣點(diǎn)附近，圖1為一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)的流程圖。樣氣從工藝管道取出后先經(jīng)節(jié)流減壓器1減壓后，進(jìn)入水冷器冷卻到4 0～6 0℃。這時(shí)，在樣氣中冷凝出大量的水。樣氣從冷卻器出來后進(jìn)入過濾器，大量的水和粉塵被樣氣攜帶著經(jīng)由節(jié)流減壓器2去到火炬排放；經(jīng)過過濾后水和粉塵含量很少的樣氣再由減壓閥減壓后送到二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理。

通常分析儀表要求進(jìn)入儀表的樣氣的露點(diǎn)溫度低于環(huán)境溫度5℃，從而保證在環(huán)境溫度中的樣氣中沒有飽和水生成。而經(jīng)過一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣的露點(diǎn)溫度在4 0～6 0℃的范圍，在樣氣進(jìn)入儀表前還需要采用二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)樣氣進(jìn)一步處理。

二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)安裝在儀表附近，流程如圖2示。經(jīng)過一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣進(jìn)入二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)后，先由過濾器1進(jìn)行除水過濾，再由自動(dòng)控溫的冷凝器冷凝，使樣氣的露點(diǎn)溫度控制在5℃左右。低露點(diǎn)的樣氣經(jīng)過過濾器2進(jìn)行最后一次精過濾后送給儀表進(jìn)行分析。過濾器1、2及冷凝器產(chǎn)生的液體排放到水封排凝器中，當(dāng)積液高于水封的設(shè)定高度，液體自動(dòng)排放掉。

圖1 一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)流程圖

圖2 二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)中采用的冷凝器為渦流制冷冷凝器。通過控制渦流制冷器的空氣量控制冷凝器的溫度即樣氣溫度。

2 主要部件的作用與工作原理

2.1 節(jié)流減壓器

氣化爐煤氣為高壓氣體，必須經(jīng)過減壓處理后才能使樣氣壓力滿足分析儀表的要求。由于氣化爐煤氣為高粉塵高水含量介質(zhì)，如果采用普通減壓閥進(jìn)行減壓，樣氣中的粉塵很容易使減壓閥堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)不能運(yùn)行。本方案針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)了專用的節(jié)流減壓器。即解決了系統(tǒng)減壓的要求又避免了系統(tǒng)堵塞的問題。

2.2 渦流制冷冷凝器

系統(tǒng)中的冷凝器為渦流制冷原理，不需要電力驅(qū)動(dòng)，只需要提供壓縮空氣就可以實(shí)現(xiàn)樣氣的冷凝。冷凝器利用渦流管（VO R T E X TU B E）產(chǎn)生的冷氣通過換熱器對(duì)樣氣進(jìn)行冷卻。溫度控制是通過一個(gè)溫度傳感器將樣氣溫度信號(hào)送到溫度控制器，溫度控制器經(jīng)過控制運(yùn)算后控制電磁閥的開啟來控制進(jìn)入渦流管的空氣量最終實(shí)現(xiàn)樣氣溫度的控制。渦流管的工作原理如圖3所示。

在渦流管內(nèi)部有一個(gè)渦流發(fā)生器，壓縮空氣在進(jìn)入渦流管的過程中形成一個(gè)繞軸旋轉(zhuǎn)的渦流，產(chǎn)生冷空氣和熱空氣。沿著管壁流向控制閥的高速旋轉(zhuǎn)空氣（約為1，0 0 0，0 0 0r p m）得到能量形成熱空氣（圖中右側(cè)）通過控制閥排出；剩下的在高速氣流中間的低速氣流在此過程中將能量傳給外層高速旋轉(zhuǎn)的空氣給出能量形成冷空氣（圖中左側(cè)），冷空氣逆著熱氣流的方向從渦流管的另一端排出。渦流管的冷空氣的溫度可以比壓縮空氣源的溫度低約3 8℃。

3 預(yù)處理系統(tǒng)操作要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1）經(jīng)過一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣的溫度應(yīng)該為4 0～6 0℃，可以通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量控制。

2）經(jīng)過一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣的壓力應(yīng)該為0.1～0.1 5MP a，可以通過調(diào)節(jié)一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)的P R V實(shí)現(xiàn)。

3）用于冷凝器制冷的壓縮空氣應(yīng)該是無油、無塵的清潔空氣，露點(diǎn)溫度要小于－4 0℃。含油的空氣會(huì)使油附著在冷凝器內(nèi)部的換熱器上，降低換熱工效，不能有效降低樣氣的露點(diǎn)。

圖3 渦流管的工作原理

4 結(jié) 論

經(jīng)過改造的樣氣預(yù)處理系統(tǒng)投入使用后，已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了1 2個(gè)月。沒有出現(xiàn)過系統(tǒng)堵塞和樣氣中水不能除凈的問題，表明系統(tǒng)的工作能夠滿足儀表的要求。

［1］ 陳菊枝，洪獻(xiàn)春.煤炭氣化技術(shù)［J］.化學(xué)工程與裝備，2 0 1 1（4）

T Q 0 5 6.1 6

B

1 0 0 5－8 3 7 0（2 0 1 2）0 4－1 8－0 3

2 0 1 2－0 5－3 0