丁飛
摘要:研究了煤粉的物理特性、輸送工藝和操作參數(shù)對(duì)輸送特性的影響,以便在采用大規(guī)模GSP氣化技術(shù)的密相輸送系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)煤粉的穩(wěn)定運(yùn)輸。結(jié)果表明,當(dāng)煤粉的含水量從6.9%下降到4.2%時(shí),鎖斗以順利下料,減壓系統(tǒng)有時(shí)堵塞。當(dāng)煤粉通過壓差控制傳輸時(shí),煤粉質(zhì)量流量變化大于20t/h;當(dāng)煤粉通過流量控制傳輸時(shí),煤粉質(zhì)量流量變化小于5t/h,因此,當(dāng)流量控制生效時(shí),提高輸送煤粉質(zhì)量穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞:煤粉;GSP氣化;密相輸送;氣流床;煤氣化
輸送粉體是一種古老而有效的技術(shù),利用惰性氣體的能量運(yùn)輸固體顆粒。到目前為止,他已經(jīng)有一百多年的歷史了煤粉加壓密相氣力輸送是大規(guī)模煤氣化的主要技術(shù)之一。使用密相氣力輸送裝置輸送煤粉不僅降低了運(yùn)輸成本,提高了運(yùn)輸效率,而且提高了氣體質(zhì)量。在干煤粉氣化裝置中,煤粉通過二氧化碳或高壓氮?dú)廨斔偷綒饣癄t,燃燒器中發(fā)生部分氧化反應(yīng)。氮或二氧化碳最終與產(chǎn)生的原料氣體混合,然后通過低溫甲醇處理分離。
1.GSP煤粉密相輸送系統(tǒng)簡介
干煤粉密相輸送GSP系統(tǒng)工藝流程。粗煤干燥研磨后,質(zhì)量水分不超過5%,粒度不超過200mm。原煤經(jīng)低壓氮?dú)獗∠嗨腿朊簜}。當(dāng)煤粉進(jìn)入儲(chǔ)集層時(shí),在重力作用下與氮分離,分布在儲(chǔ)集層的四個(gè)隔室。四隔室錐形輸出對(duì)應(yīng)于四個(gè)鎖斗。當(dāng)鎖斗壓力降低到正常壓力時(shí),煤倉出口閥打開,煤粉進(jìn)入鎖斗。煤粉填滿鎖斗后,關(guān)閉所有進(jìn)出閥,開始加壓鎖斗。當(dāng)發(fā)料罐生產(chǎn)壓力約為4.4MPa時(shí),向發(fā)料罐供應(yīng)煤粉,依次運(yùn)行四個(gè)鎖斗,實(shí)現(xiàn)鎖斗的煤粉持續(xù)輸送到發(fā)料罐,實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉅t的運(yùn)行壓力煤粉進(jìn)入發(fā)料罐,包括攪拌器,使煤粉循環(huán),并由發(fā)料罐和煤氣爐之間的壓力差供給。煤粉以7-10mg的速度和300-500mg/m3的密度經(jīng)過三條碳管,并傳輸?shù)綗爝M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。煤粉管道分別配有密度計(jì)、流量計(jì)、控制閥和排污氣體,以確保煤氣爐運(yùn)輸控制的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。
2.煤粉密相輸送系統(tǒng)存在問題及解決方法
GSP氣化技術(shù)的煤粉輸送系統(tǒng)存在料位指示失真、下料鎖斗不暢、煤粉減壓系統(tǒng)堵塞等問題。主要問題是煤粉運(yùn)輸不穩(wěn)定,特別是在啟動(dòng)階段。根據(jù)研究分析,料位指示失真一方面是由于某些料位計(jì)算中的質(zhì)量問題,另一方面是煤塵造成的料位指示錯(cuò)誤。要解決此問題,請(qǐng)更換料位的某些部分并更改料位的安裝位置。
2.1調(diào)整煤粉含水量。研究了流動(dòng)煤粉輸送的特性,解決了下料不暢的鎖斗和煤粉減壓系統(tǒng)受阻的問題。一般以壓實(shí)密度與堆積密度之比、休止角和閉鎖式料斗卸料速率作為評(píng)價(jià)粉體流動(dòng)性的參數(shù)。初始輸送煤粉的物理參數(shù)為含水率6.9%,HR為1.67,休止角39.7°,內(nèi)摩擦角40.3°,閉鎖式料斗卸料不穩(wěn)定。輸送煤粉的HR為1.67,范圍為1.4~2.0,說明煤粉具有較強(qiáng)的團(tuán)聚性和流動(dòng)性。輸送煤粉的休止角為39.7°,取值范圍為30°~45°,這意味著煤粉輸送具有一定的粘附性。對(duì)煤粉輸送料斗輸出速度的試驗(yàn)表明,進(jìn)料過程不穩(wěn)定,時(shí)間長,有時(shí)架橋結(jié)拱。以上數(shù)據(jù)也證實(shí)煤粉傳輸流動(dòng)性差。GSP氣化過程中,含水量減少是提高煤粉流動(dòng)性的有效途徑。各種含水煤粉的傳輸效果見表1。
從表1可以看出,當(dāng)煤粉濕含量下降到4%左右時(shí),輸送穩(wěn)定性有了很大提高,減壓系統(tǒng)很少堵塞,下料也很順暢,輸送輸送穩(wěn)定性也有所提高。但是,由于煤質(zhì)的特點(diǎn)和制粉局限性,很難降低濕含量。
2.2輸送控制煤粉密相優(yōu)化。煤粉輸送系統(tǒng)的不穩(wěn)定性不僅與煤粉輸送的流動(dòng)性有關(guān),而且與工藝設(shè)計(jì)等因素有關(guān)。影響壓力差的因素包括:①改變進(jìn)料壓力。料倉加壓后,壓力由補(bǔ)排風(fēng)系統(tǒng)的壓力控制回路分階段控制??刂茪饴分袣怏w的變化,如進(jìn)料、輸送氣體控制閥、流化氣體控制閥等,也會(huì)影響進(jìn)料倉的壓力。②氣化爐在啟動(dòng)和升壓過程中是一種動(dòng)態(tài)燃燒反應(yīng)。壓力由兩個(gè)調(diào)節(jié)閥控制。在實(shí)際生產(chǎn)中,由于閥門的延時(shí)和氣化爐壓力的變化,很難將氣化爐壓力控制為設(shè)定壓力。當(dāng)氣化爐內(nèi)壓力升至一定值,其它工藝條件滿足主燃燒器進(jìn)料時(shí),控制進(jìn)料倉與氣化爐壓差恒定(一般為0.6MPa),通過調(diào)節(jié)流量控制閥的開度來控制煤粉質(zhì)量。加煤粉流量控制閥前后煤粉輸送的質(zhì)量流量如圖1所示。由圖1可以看出,加裝煤粉流量調(diào)節(jié)閥后,煤粉質(zhì)量流量波動(dòng)不超過5t/h,但不加裝流量調(diào)節(jié)閥時(shí),煤粉質(zhì)量流量波動(dòng)超過20t/h。因此,增設(shè)流量控制閥對(duì)提高煤粉輸送的穩(wěn)定性起著重要作用。
2.3煤粉致密相傳動(dòng)操縱條件優(yōu)化。降低煤粉濕含量,增設(shè)煤粉流量控制閥,大大提高煤粉輸送穩(wěn)定性,但煤粉質(zhì)量流量仍略有波動(dòng),固氣輸送率較低,質(zhì)量流量較低。輸送條件,如傳動(dòng)壓力差、流化氣、調(diào)節(jié)氣體等。對(duì)煤粉輸送特性有較大影響,因此優(yōu)化了煤粉密集相輸送運(yùn)行條件,主要有①調(diào)整進(jìn)料流化空氣量,從220~180 m3/h調(diào)整到90~140 m3/h;②將注射器1的氣體流量從7立方米/小時(shí)降低到3立方米/小時(shí);③煤粉管道排放煤炭后,應(yīng)關(guān)閉注射器2。優(yōu)化操控條件后,固氣率由280 kg/m3提高到400 kg/m3,煤粉流量由42 t/h提高到72 t/h,運(yùn)輸穩(wěn)定性進(jìn)一步提高,煤粉密相輸送系統(tǒng)提高的輸送效果。
影響煤粉致密相輸送穩(wěn)定性的因素不僅與粉末的物理性質(zhì)有關(guān),而且與工藝的設(shè)置、操作條件等有關(guān)。只有協(xié)調(diào)這些因素,煤粉的穩(wěn)定輸送才能實(shí)現(xiàn)。通過將煤粉濕含量從6.9%降低到4.2%,改變流量調(diào)節(jié)控制的壓差控制,優(yōu)化搬運(yùn)條件,最終實(shí)現(xiàn)了煤粉的穩(wěn)定輸送固體氣體流速為400 kg/m3,煤粉流速為72t/h,但煤粉致密相輸送仍存在問題,如煤粉質(zhì)量流量的準(zhǔn)確檢測(cè),以及進(jìn)料倉底部的混合裝置可能存在問題,因此,還應(yīng)加強(qiáng)煤粉質(zhì)量控制工具和工藝優(yōu)化方面的研究。
參考文獻(xiàn):
[1]李化.GSP“煤氣化技術(shù)的應(yīng)用[J].化肥T業(yè),2019,33(3):5—9.