氣化車間培訓教材(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 漿中的煤與煤、添加劑中的水分及外給水之比，以重量百分數表示。它對煤漿的泵送、氣化爐的霧化效果、氣化效率、煤氣質量及原輔材料消耗都有很大的影響。較低的水煤漿濃度，將會使進入氣化爐的水份增加，為了維持爐溫，勢必增加氧氣的消耗；過高的煤漿濃度將會增大煤漿的表觀粘度，煤漿的流動性變差，影響煤漿的泵送能力和霧化效果，使裝置不能連續穩定運行。從工業試驗來看，一般工業化水煤漿濃度在60%～65%之間。2．較好的流動性 水煤漿的流動性可以用煤漿的表觀粘度來表示。一般判斷煤漿的流動性采用目測法：即用平勺舀出煤漿，目測煤漿的流狀態來判定煤漿的流動性。煤漿的流動性可分為A、B、C、D 四個等級。A級指煤漿從平勺中能連續流下，B級指煤漿能，從平勺中斷續流下。這兩個等級的煤漿均可用于工業生產。在其他條件相同時，表觀粘度越大，其流動性越差，不易泵送，噴嘴的霧化效果變差，容易結塊，堵塞工藝管線、閥門。在一定的煤漿濃度下，我們希望得到具有較好流動性的水煤漿，一般采用添加表面活性劑的方法來改善水煤漿的流動性。3．較好的穩定性 水煤漿的穩定性是指分散相（煤粒）在水中的懸浮能力，沒有具體的參數來表示其穩定性。穩定性好是指煤漿不易發生沉降。一般采用靜置法，將煤漿倒入燒杯中，靜置之24小時、48小時觀察其析水量及沉積層的軟硬程度來判斷煤漿穩定性的好壞。水煤漿是一種粗分散的懸浮體系，該體系是一個不均勻的、動力不穩定的物系，存在著因分散相（煤粒）的重力作用而引起沉降的問題，特別是在靜置和低流速情況下，其穩定性較差，會在煤漿槽頂部和底部出現濃度差，對裝置運行的穩定性構成威脅。水煤漿的穩定性與煤粉的粒度分布和煤種的親水性有關。煤粉力度越小，表面親水性越強，其穩定性就越好。但粘度會增大，流動性變差。為了得到較好的穩定性，應保證合理的粒度分布和添加添加劑。第三節 水煤漿的性質一. 水煤漿加壓氣化的影響因素（1） 煤質的影響煤的性質對氣化過程有很大的影響，如。煤的熱穩定性和粘結性，但影響較大的還是煤的變質程度和煤灰的粘溫特性。煤的變質程度影響著煤的反應活性，變質程度低的煤反應活性較高，變質程度高的煤反應活性較低，在水煤漿氣化反應中，煤與氣體的接觸時間很短，所以要求煤具有較高的反應活性，如果煤的反應活性較低，要達到較高的轉化率，就必須增大反應面積，減少煤粒的直徑，即粒度愈小，反應速度愈快。但煤粒度過小會影響水煤漿濃度，這一點在工業生產中必須加以考慮。煤灰的粘溫特性是指熔融態的煤灰，在不同溫度下的流動特性，一般用熔融態煤灰的粘度表示，在水煤漿加壓氣化過程中，為了保證煤灰以液態形式排出，煤灰熔化溫度（或可熔性）采用標準方法測試。對于大多數煤種，氣化爐操作溫度應高于煤灰流動溫度，確保煤灰熔化或成為熔渣。對于高灰熔的煤，可以使用煤灰助熔劑。如石灰石（ＣaCO3），以降低灰熔溫度。對于需要加助熔劑的情況，應考慮所加助熔劑對熔渣流動性、耐火材料的壽命、以及總體效率和經濟效益的影響，從而找出最優化的助熔劑添加量。煤灰的粘溫特性是確定氣化爐操作溫度的主要依據，生產實踐證明，為使煤灰從氣化爐中順利排出，熔融態煤灰黏度應小于250CP.（2） 水煤漿濃度的影響水煤漿的濃度及成漿性能，對氣化效率、煤氣質量、原料消耗、煤漿的輸送及霧化等都有很大的影響。如果水煤漿濃度太低，則進入氣化爐的水分增加，水份在蒸發時要消耗大量的熱量，為了維持爐溫，勢必要增加氧量，比氧耗增加，有效氣體成份CO+H2 的含量和氣化效率都會降低。（3） 氧煤比氧煤比是指氧氣和水煤漿的體積比。它是氣化爐操作的重要參數。氧煤比增加，將有較多的煤發生燃燒反應，放熱量增大，氣化爐溫度升高，為吸熱的氣化反應提供更多的熱量，對氣化反應有利。因此，碳的轉化率、冷煤氣效率及產氣量上升，CO2 和比氧耗、比煤耗下降。隨著氧煤比的進一步增加，碳的轉化率增加不大，同時由于過量的氧氣進入氣化爐，導致了CO2 的增加，使冷煤氣效率、產氣率下降，比氧耗、比煤耗上升。因此，氧煤比應有一個最合適值，一般認為氧/ 左右比較合適，我廠氧煤比的正常值約為466Nm3O2/m3 漿。（4） 反應溫度的影響反應溫度即氣化爐的爐溫。碳的燃燒反應所釋放出的反應熱，供給甲烷、碳與水蒸汽和CO2 的氣化反應所需要的熱量。反應溫度是由氧/煤比決定的，因此，它對氣化反應的影響和氧煤比相同。另外，反應溫度升高，灰的粘度下降，流動速度加快，將會增加熔渣對耐火磚的沖刷和溶蝕，縮短耐火磚的使用壽命，甚至燒壞耐火襯里。因此，在保證液態排渣的前提下，盡量維持較低的氣化爐操作溫度。爐溫的控制應使熔融灰具有較適中的粘度，使熔渣流速不致過快而增加對耐火磚的沖刷，同時又使系統能順利排渣。（5） 助熔劑的影響德士古氣化是在灰熔點以上操作，灰熔點高，則操作溫度就會相應提高，氧氣消耗量就會增大，同時對耐火材料的要求就更加嚴格。為了降低灰熔點，可以采用添加助熔劑的辦法，助熔劑有CaO、Ca(OH)鐵渣等，這些助熔劑都可以使（SiO2+Al2O3）/（CaO+MgO+Fe2O3）的比值下降，達到降低灰熔點的目的。一般采用CaO 作為助熔劑，但如果石灰石的添加量過多，灰渣中的正硅酸鈣生成量將增加（灰熔點2130℃），從而使灰熔點升高。助熔劑的添加量應根據不同煤種進行確定。（6） 反應壓力的影響氣化反應是體積增大的反應，提高壓力對化學平衡不利。但生產中普遍采用加壓操作，主要原因：a. 加壓氣化增加了反應物濃度，加快了反應速度，提高了氣化效率。b. 加壓氣化有利于提高水煤漿的霧化質量。c. 設備體積減小，單爐產氣量增大，便于實現大型化。d. 加壓氣化可以降低壓縮功耗。二．參數對氣化反應性能的影響 氣化反應性能主要受氧碳比的影響，氧碳比確定了碳轉化率及其它工藝參數，諸如氣化爐溫度及工藝氣組成等。氧/碳比對碳轉化率的影響見下圖。碳轉化率隨著氧/碳比的增加而增加，以漸進線方式接近100%。對于給定的煤漿濃度，氧/碳比對氣化爐溫度的影響見圖。氣化爐溫度隨著氧/碳比的增加而增加。3．氧碳比對工藝氣中的二氧化碳、甲烷含量的影響工藝氣組成受氧碳比影響很大。氧碳比對工藝氣中二氧化碳、甲烷含量的影響。對于給定煤漿濃度，工藝氣中二氧化碳含量隨著氧碳比的增加而增加，而工藝氣中甲烷含量隨著氧碳比的增加而減少。 4．煤的顆粒分布對對碳轉化率的影響 影響氣化爐反應性能的另一個參數是煤的粒度分布?；谟嘘P試驗結果顯示，煤漿中較大的顆粒進行轉化反應時不如煤漿中較小的顆粒進行得穩定，因此限制煤漿中較大尺寸粒子的含量甚為重要。5．煤漿濃度對氣化爐溫度的影響氣化爐溫度還受到煤漿濃度的影響。對于給定的氧/碳比，氣化爐溫度隨著煤漿濃度的增加而增加。這是因為進料中用作溫度緩和劑的水量減少了的緣故，煤漿濃度對氣化爐溫度的影響如圖。6．煤漿濃度對工藝氣二氧化碳含量的影響 工藝氣中CO2含量也受到煤漿濃度的影響。對于穩定的氣化爐操作溫度，工藝氣中CO2含量隨著煤漿濃度的減少而增加。煤漿濃度對工藝氣中CO2含量的影響見圖。7．氣化爐溫度對工藝氣中甲烷含量的影響工藝氣中甲烷含量能夠表示氣化爐溫度。這種關系見下圖。如圖中所示，工藝氣中甲烷含量的對數隨著氣化爐溫度的變化而呈線性變化。雖然這樣，這種特定關系受好幾種參數的影響，因此具體裝置對于特定煤種必須建立這種特定關系。8．氣化爐壓力對工藝氣中甲烷含量的影響工藝氣中甲烷含量隨著氣化爐壓力的變化而變化。這是由于甲烷生成反應，如一氧化碳和氫氣生成甲烷的反應，是體積減小的反應：CO＋3H2―――CH4＋H2O提高壓力有利于甲烷生成，雖然這樣，由于德士古氣化工藝操作條件苛刻，氣化爐壓力對工藝氣甲烷含量的影響，對于總體工藝氣組成而言，僅為可忽略的因素。9．氣化爐生產能力對工藝氣中甲烷含量的影響 工藝氣中的甲烷含量在氣化爐正常操作范圍內只在一定程度上受氣化爐生產能力的影響。根據氣化爐控制方式的不同，這種影響也有所不同。例如氣化爐溫度不變，改變氣化爐生產能力，工藝氣中甲烷含量隨氣化爐生產能力的降低而減少。這是由于氣化爐熱損并不隨氣化爐生產能力的改變而變化，因此應略提高氧碳比，以保持爐溫。相反，保持氧碳比不變，改變氣化爐生產能力，氣化爐溫度將隨氣化爐生產能力的降低而有所降低，導致工藝氣中甲烷含量增加。這種影響很小。三．影響煤漿流動性的因素1．煤質對水煤漿流動性的影響煤是由碳、氫、氧、硫、氮等多種化學元素形成的復雜有機化合物的混合體。具有多極性集團和發達的毛細孔，可以吸附水而使之變成內在水，內在水是影響煤漿成性的關鍵因素，內在水份越低，制成的水煤漿的流動性越好，因而能夠制成較高濃度的水煤漿。一般來說，對于年輕的煤種，變質程度越淺，極性集團越多，毛細管較發達，更易吸附水而成為內在水，表現出較強的親水性，成漿后在煤粒表面形成的水化膜較厚，粒子間團聚力較大，黏度較大，穩定性較好。隨著變質程度加深，煤的毛細孔情況變差，內表面積減少，內在水分減少，表現為憎水性增強，成漿后流動性較好，但穩定性較差。2．煤粉粒度分布對流變特性的影響粒度分布是成漿的關鍵因素。在煤漿制備中，如果粗顆粒較多，煤漿表觀粘度下降，流動性變好。但粒子的重力作用將超過粒子間的凝聚作用力，引起懸浮體系沉降，分層，穩定性變差。如果細顆粒較多，粒子間的相互作用增大，形成更多的粘滯性粒子凝聚團，煤漿穩定性提高。但是，煤漿表觀粘度會隨平均粒徑的減小而迅速增大，流動性變差。不同程度的煤粉可以使大小顆?；ハ喑涮睿玫捷^高的容積密度，備制出濃度較高的煤漿。對煤粉的燃燒來說，粒徑愈小，燃燒效果越好。因此必須針對不同煤種兼顧煤漿的穩定性、流動性、燃燒性及煤漿濃度等要求選擇最適宜的粒度分布。 一般煤漿粒度分布的要求為：篩網 過篩率8目 100W%14目 98～100W%t%40目 90～95Wt%200目 40Wt%左右325目 25～30Wt% 200目不在考核指標內，一般僅作參考。3．添加劑對流變特性的影響純粹的煤粉和水的混合物是不能制備出合格的水煤漿的。必須添加表面活性劑對煤粒表面進行改性，改變煤粒表面的親水程主，提高水煤漿的流動性和穩定性，主要添加劑有木質素磺酸鹽系列，萘磺酸系列，腐植酸系列，丙烯酸系列等幾大類。一般以木質素磺酸鹽系列，丙烯酸系列較為常用。添加劑的選擇應首先確定煤種的親水程度，對于親水性較強的煤種，在煤漿中加入一定量的具有相當數量親水性基團的添加劑分散于分散相煤粒中，就可以減弱煤粒表面的憎水作用，在煤粒表面形成一層水化膜，從而減少煤粒之間的凝聚作用，是煤粒團凝聚體遭到破壞，從而導致煤漿的稀釋，表觀粘度下降，流動性增強。對于親水性能較差的煤種，相應加入含有親水基團的添加劑，以提高煤漿的穩定性。煤粒越細，煤粒表面積越大，添加劑越能發揮作用，效果越更好。添加劑的加入量有一個最佳值，對工業生產來說有一個最佳范圍，即：既能保證煤漿的質量，又能降低噸煤漿成本。加入量過少，添加劑未能完全同煤粒發生作用，不能使煤粒充分分散。加入量過多時，添加劑分子會聚成膠束，使添加劑的作用降低。四．煤漿濃度的控制1．影響煤漿濃度的因素：a) 原料煤內在水份含量、外表水份含量。b) 原料煤與工藝水、煤漿添加劑的添加比例。c) 原料煤的成漿性能。2．煤漿濃度的控制方法：a) 保持原料煤煤質的穩定，確保外水含量不超標，當原料煤中水份含量高時應適當減少工藝水添加量，當原料煤中水份含量低時可適當增加工藝水加入量。b) 保持煤漿添加劑濃度的穩定，控制其有效成份的穩定，當添加劑中水份含量高時應適當減少工藝水添加量，當添加劑中水份含量低時可適當增加工藝水加入量。c) 在原料煤水分含量、添加劑濃度穩定時應盡量保持原料煤與工藝水、添加劑的添加比例的穩定；當生產負荷發生變化時，原料煤、工藝水及添加劑加入量均應作相應的調整。d) 操作中及時根據煤漿濃度分析結果調整工藝水添加量：其用量可按下式計算： X=M(1Y)/NMZ式中：X—工藝水的用量（m3/h）Y—入磨機原料煤的全水含量（%）Z—煤漿添加劑的用量（m3/h）M—入磨機的原料煤量（t/h）N—煤漿濃度（wt%） 3.　煤漿粘度的控制1）影響煤漿粘度的因素：a) 煤漿粒度分布：當煤漿平均粒度偏細時煤漿粘度會增大，當煤漿粒度分布偏粗時，煤漿粘度會降低。b) 煤漿濃度：煤漿濃度增高時，煤漿粘度會隨之增高，當煤漿濃度降低時，煤漿粘度也會隨之降低。c) 添加劑用量：在一定范圍內，添加劑用量增加會降低煤漿粘度，添加劑用量減少會提高煤漿粘度。2）煤漿粘度的控制方法a) 如果是因煤漿粒度太細造成煤漿粘度變大時,可適當增大煤漿粒度，降低煤漿粘度；如果是因為煤漿顆粒偏粗造成煤漿粘度降低時，可適當減小煤漿粒度，增加煤漿粘度，但如果調整會造成煤漿粒度分布偏離工藝指標時，不應采用該方法，而采用其它方法進行調節。b) 如果是因為添加劑用量不合適引起的粘度變化可作如下調整：－　當煤漿粘度偏低時，可在正常用量的基礎上適當減少添加劑用量－　當煤漿粘度偏高時，可在正常用量的基礎上適當增加添加劑用量－　當添加劑用量調節對煤漿粘度調整作用不明顯時，應及時查找其它原因，并以其它方式進行調節。 煤漿粒度分布是水煤漿氣化技術中重要的工藝指標之一，它決定了煤漿的性能、煤漿在氣化爐內反應效率等，所以操作中應保證煤漿粒度的穩定。1）影響煤漿粒度分布的主要因素：a) 原料煤的硬度：原料煤的硬度大時，煤不易被磨細，煤漿粒度會變粗；當原料煤硬度低時，煤易于被磨細，煤漿粒度會變細。b) 鋼球級配：鋼球級配直接影響煤漿粒度分布的合理與否，在原料煤煤種不變時，調整鋼球級配是調節煤漿粒度分布的主要手段。c) 生產負荷：生產負荷增大時，煤漿粒度會增大；當生產負荷減小時，煤漿粒度會變細。d) 入磨機原料煤粒度：入磨機原料煤粒度大，出料煤漿粒度增大，入磨機原料煤粒度小，則出料煤漿粒度變細。2）煤漿粒度的調節方法a) 保證原料煤煤質的穩定，特別是原料煤的硬度不要波動太大，當原料煤硬度變化時，可通過調整生產負荷的大小和磨機內鋼球的級配來作相應的調節。b)