輸運床氣化裝置飛灰收集及輸送操作研究

作時間：2018-11-26 來源：作者：

摘要：介紹了輸運床氣化裝置的工藝流程，著重分析了輸運床氣化裝置開車初期飛灰捕集及排灰存在的問題，通過對裝置優化改進及工藝參數的調整：提高反吹氣至 200 ℃ 以上，調整反吹頻率；增加三點式熱電偶及中部料位開關；保持飛灰收集器流化；改變輸灰管線尺寸及彎頭等措施。通過試驗測試基本解決了開車初期階段飛灰量大、含水高、輸送困難等問題。

背景

輸運床煤氣化技術，是一種先金的循環流化床氣化技術，其機械設計和操作基于成熟應用的FCC 流化催化裂化技術， FCC 技術已有 70 多 a 成功的商業運行經驗。輸運床氣化與傳統的循環流化床相比，其固體循環速率和氣體速度要快很多，提升管密度要高很多。從而具有較高的生產能力和碳轉化率、混合均勻、傳熱和傳質速率較高，是實現煤炭潔凈高效綜合利用的重要技術。輸運床煤氣化技術的#大特點是干粉進料、干法排渣（非熔渣）、粗合成氣廢鍋回收顯熱。與傳統的循環流化床相比，其固體循環速率和氣體流速更快，裝置處理量大，碳轉化率高，未來產業化裝置單套規模達到 5 000 t/d ，可以有效減少目前同等規模煤制油、煤制氣氣化爐的數量。運行模式分為空氣氣化和氧氣氣化：空氣氣化適用于 IGCC 發電等利用途徑；氧氣模式下提供合成氣，適用于多種化學品和燃料的生產。目前延長石油已經建成 100 t/d 的中試試驗裝置，在試車過程中發現對飛灰的處理直接關系到整個氣化裝置的運行，尤其是開車初期系統升溫流化階段，飛灰具有量大、含水高、性質不穩定等特點，造成飛灰處理不及時、排灰困難。本文著重研究開車階段的飛灰處理暴露的問題，并提出相應解決措施。

1 輸運床氣化裝置

1.1 裝置簡介

輸運床氣化試驗示范裝置，裝置主要包括進料系統、氣化單元、廢熱鍋爐、顆粒物控制系統、排灰系統、合成氣洗滌、循環氣系統、氨回收系統，工藝流程如圖 1 所示。進料系統對送入廠區的原料煤 ( 此處原料煤指中高階煤炭或者熱解半焦，下同 ) ，經過粉碎、干燥（如需要）和磨煤后，送入煤粉加壓進料系統。氣化單元分為一段氣化和二段氣化，煤粉、氧氣和蒸汽在混合區通過氣化爐并充分混合，并隨氣流提升管逐漸上升至提升管，在提升管中完成主要的氣化反應。氣化爐的操作壓力 2.5 MPa ，通過調節氧氣和蒸汽，可以有效地控制操作溫度在 1 000 ℃～1 150 ℃ 。廢熱鍋爐對氣化爐送出的合成氣進行熱量回收，在廢熱鍋爐中，合成氣被冷卻，同時將產生過熱的中壓或者高壓蒸汽，該副產飽和蒸汽經由過

熱后，過熱蒸汽可以作為良好的動力蒸汽，驅動壓縮機透平和聯合發電。顆粒物控制系統是一個專門設計的飛灰過濾器，由多個過濾單元組成。由于完全采用干法過濾，從而徹底消除了產生黑水的可能性。本裝置的排灰系統通過間接式換熱器冷卻高溫煤灰，消除了煤灰和水接觸的可能性，避免了灰水造成的污染和環保等問題。合成氣洗滌系統主要是將無灰合成氣中的鹵素通過堿液進行吸收，同時對合成氣進行冷卻。循環氣系統主要是對冷卻后的循環氣，經過循環氣壓縮機增壓分成 3 股送入氣化單元，一股用于煤粉 / 焦粉的輸送氣，一股用于氣化爐固體循環動力氣，還有一小股用于顆粒物控制系統設備返吹氣。氨回收系統采用二段提氨工藝，可制得濃度達 25% 的氨水。

1.2 飛灰處理

粗合成氣經過合成氣冷卻器后攜帶固體顆粒自第三級旋風分離器出口進入顆粒物控制系統，可以除去氣化產生的合成氣中幾乎所有的顆粒物質。飛灰通過圓柱形金屬纖維燒結濾芯過濾，固體物質在過濾元件的表面形成濾餅使得顆粒物控制器管板的壓差增大。為了保持連續運行，濾芯定期通過向過濾元件的清洗面注入高壓循環合成氣進行在線反吹清掃，固體顆粒物落到底部飛灰收集器，干凈無顆粒的合成氣被送至洗滌單元，工藝流程如圖 2 所示。

2 飛灰處理存在問題及分析

2.1 粗合成氣過濾及排灰問題

開車初期，系統在升溫流化階段，柴油燃燒的煙氣攜帶細灰進入顆粒物控制器，煙氣里含有一定量的水，由于顆粒物控制器反吹設計不合理，導致灰經冷卻后溫度過低，夾帶的合成氣達到露點，使得灰在顆粒物控制器及細灰收集器里板結，細灰收集器架橋，導致排灰不暢，分析結果如表 1 所示。細灰料位不斷上升，充滿整個細灰收集器和顆粒物控制器，顆粒物控制器壓差不斷升高，#終造成系統工藝氣無法通過顆粒物控制器，裝置被迫停車。