浅谈造气工艺应用化学毕业论文.doc
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1、浅谈造气工艺摘要:造气主要任务是以无烟块煤、小籽煤、煤棒或煤球为原料,采用固定床连续气化法,在高温条件下,交替或同时通空气和蒸汽进行气化反应,制得合格、充足的半水煤气供后工段使用。 关键词:造气,工艺流程,工艺指标目 录1 前 言12富富氧造气的性质与用途12.1富富氧造气的物理性质12.2富氧造气的化学性质12.3富氧造气的用途12.4富氧造气的生产方法13 工艺流程23.1 气体流程23.2煤气系统工艺流程图24富氧制气操作规程34.1 工艺流程34.2 工艺指标44.3富氧炉正常操作要点:45常见事故判断与处理55.1富氧炉上气道温度过高55.2灰仓温度超指标65.3过氧65.4炉内阻力
2、增大65.5炉下压力过大75.6炉下压力过低75.7 安全注意事项:76 正常操作要点76.1工艺调节、操作原则76.2 工艺调节操作要点86.3 炉况控制操作要点126.4 炉况异常的判断及处理操作要点146.5 防止氧高的操作要点176.6夹套锅炉的操作要点176.7 下灰、炉底排污的操作要点18总 结19参考文献20致 谢211 前 言富氧造气主要是为合成氨做准备,目前,中国是世界上最大的化肥生产和消费大国,合成氨年生产能力已达4222万吨。但合成氨一直是化工产业的耗能大户。6月7日8日,全国合成氨节能改造项目技术交流会在北京召开,明确了“十一五”期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达
3、到的具体目标。大型合成氨装置采用先进节能工艺、新型催化剂和高效节能设备,提高转化效率,加强余热回收利用;以天然气为原料的合成氨推广一段炉烟气余热回收技术,并改造蒸汽系统;以石油为原料的合成氨加快以洁净煤或天然气替代原料油改造;中小型合成氨采用节能设备和变压吸附回收技术,降低能源消耗。煤造气采用水煤浆或先进粉煤气化技术替代传统的固定床造气技术。到2010年,合成氨行业节能目标是:单位能耗由目前的1700千克标煤吨下降到1570千克标煤吨;能源利用效率由目前的42.0提高到45.5;实现节能570万585万吨标煤,减少排放二氧化碳1377万1413万吨。2富富氧造气的性质与用途2.1富富氧造气的物
4、理性质以含氧量大于21的空气和水蒸气为气化剂在高温下进行煤)连续气化的方法。富氧空气可由空气分离或变压吸附方法制得。富氧气化可在固定床炉中也可在流化床炉中进行。采用含氧量50左右的富氧空气可制得符合合成氨原料气要求的合成气。2.2富氧造气的化学性质以无烟煤块、小籽煤、煤棒为原料,采用间歇式固定层气化法,在高温条件下,交替同空气和蒸汽进行气化反应,制得合格、充足的半水煤气。2.3富氧造气的用途富氧造气的气体主要是半水煤气,是气体燃料的一种。主要成分是氢和一氧化碳。由水蒸气和赤热的无烟煤或焦炭作用而得。工业上大多用蒸气和空气轮流吹风的间歇法,或用蒸气和氧一起吹风的连续法。热值约为10500千焦/标
5、准立方米。此外,尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半水煤气”。可作为燃料,或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。2.4富氧造气的生产方法目前的中氮厂大多以焦炭或山西无烟煤(白煤)为原料,采用间歇法工艺技术,生产半水煤气加工合成氨。3 工艺流程3.1 气体流程向造气炉内交替通入空气和蒸汽,与炉内灼热的炭进行气化反应。吹风阶段生成的吹风气根据要求送三气岗位回收热量或直接由烟囱放空,并根据需要回收一小部分进入气柜,用以调节循环氢。从造气炉出来的半水煤气经显热回收、洗气塔冷却后,在气柜中混合,然后经静电除尘去压缩工段。上述制气过程在微机集成油压系统控制下,往复循环进行,每一个循环一般分六个
6、阶段,其流程如下:(1) 吹风阶段空气由鼓风机来吹风阀自炉底鼓风箱入炉旋风除尘器三气阀(或烟道阀)三气岗位(或烟囱放空)(2)回收阶段空气由鼓风机来吹风阀自炉底鼓风箱入炉旋风除尘器上行煤气阀煤气总阀入煤气总管显热回收洗气塔气柜静电除焦压缩(3)上吹(加氮)制气阶段蒸汽(加氮空气)由蒸汽总管来上吹蒸汽阀自炉底入造气炉旋风除尘器上行煤气阀煤气总阀入煤气总管显热回收洗气塔气柜静电除焦压缩(4)下吹制气阶段蒸汽由蒸汽总管来下吹蒸汽阀自炉顶入造气炉下行煤气阀煤气总阀入煤气总管显热回收洗气塔气柜静电除焦压缩(5)二次上吹制气阶段蒸汽由蒸汽总管来上吹蒸汽阀自炉底入造气炉旋风除尘器上行煤气阀煤气总阀入煤气总管
7、显热回收洗气塔气柜静电除焦压缩(6)空气吹净阶段空气由鼓风机来吹风阀自炉底鼓风箱入炉旋风除尘器上行煤气阀煤气总阀入煤气总管显热回收洗气塔气柜静电除焦压缩3.2煤气系统工艺流程图 单台造气炉工艺流程图4富氧制气操作规程4.1 工艺流程富氧制气过程是指将氧压缩机来的纯氧减压后与空气按照一定比例混合,然后与蒸汽混合从炉底进入与煤发生气化反应的过程。 富氧空气与蒸汽混合自炉底入造气炉旋风除尘器上行煤气阀煤气总阀入煤气总管显热回收洗气塔气柜主要化学反应: C+O2=CO2+409.1kJ2C+O2=2CO+246.6 kJ2CO+O2=2CO2+573.2 kJC+H2OCO+H2-122.7 kJC+
8、2H2OCO2+2H2-80.4 kJCO2+C2CO-165.0 kJ4.2 工艺指标(1)纯氧指标 压力:减压前4.0MPa,减压后0.025MPa 流量:正常使用时5000m3/h。(2)富氧指标 压力:混合后富氧空气0.025MPa。 富氧浓度:70%;其中CO45。4.3富氧炉正常操作要点: 4.3.1 间歇炉转富氧炉主操工在微机上对该炉先进行间歇炉停炉操作,副操工对各阀门开启状况进行确认后,主操工再点击“转换”按钮(未停炉时对其进行锁定保护)进入富氧炉操作界面,手动点击“停炉/运行”按钮(阀门状态为:上行煤气阀开、煤气总阀开、蒸总开、上吹蒸汽阀开、吹风,上加N2阀关、下吹蒸汽阀关、
9、下行煤气阀关、烟道阀关),同时根据氧表显示调节富氧空气中氧含量到5060%,副操工打开二楼平台处该炉富氧手动闸阀,10s后富氧液压闸阀开启,主操工开启该炉富氧自调阀,并根据炉温逐步增加富氧入炉流量至正常工艺指标,并根据炉况调节炉条机转速。4.3.2 富氧炉转间歇炉主操工在微机上关闭该炉富氧自调阀,停炉条机,再点击“运行/停炉”按钮(此时,富氧液压闸阀、煤气总阀关闭,烟道阀、蒸总和上吹蒸汽阀开启),同时,副操工关闭二楼平台处该炉富氧手动闸阀,10s后蒸总阀关闭,“转换”按钮解除锁定保护,点击“转换”按钮进入间歇炉操作界面,同时,副操对各阀门开启状况进行确认后,按照原间歇炉操作进行即可。4.3.3
10、开炉 主操工观察确认富氧空气中氧含量是否达标后,手动点击“停炉/运行”按钮(此时煤气总阀、蒸总阀开启),10s后富氧液压闸阀开启,主操工再开启该炉富氧自调阀,并根据炉温逐步增加富氧入炉流量至正常工艺指标,并根据炉况调节炉条机转速。4.3.4停炉主操工在微机上关闭该炉富氧自调阀,停炉条机,再点击“运行/停炉”按钮(此时,富氧液压闸阀、煤气总阀关闭,烟道阀、蒸总阀开启),10s后蒸总阀关闭,“转换”按钮解除锁定保护,此时打出联系灯(铃)。4.3.5下灰副操得到停炉下灰信号,检查确认富氧阀、煤气总阀等落到位处安全停炉状态后,向一楼下灰作业人员发出下灰指令。5常见事故判断与处理5.1富氧炉上气道温度过
11、高原因: (1) 炉下结块 (2) 灰渣层过厚(3) 富氧浓度高或富氧流量过大(4) 炉内炭层产生风洞(5) 蒸汽用量过小(6) 炭层过低处理:(1) 加快炉条机转速,适当加大蒸汽用量,停炉人工扒块,减负荷操作(2) 加快炉条机转速,适当减少负荷(3) 调节富氧浓度和富氧流量在指标范围内(4) 处理火层 (5) 调节蒸汽用量(6) 提高炭层5.2灰仓温度超指标原因: (1) 灰渣层过薄(2) 炉下结大块(3) 富氧浓度突然增高(4) 火层偏移(5) 有风洞漏炭(6) 气汽比偏低 处理:(1) 减慢炉条机转速,适当增加负荷(2) 加快炉条机转速,适当加大蒸汽用量,并打开灰仓蒸汽吹扫手动阀;停炉人
12、工扒块,减负荷操作(3) 调节富氧浓度和富氧流量在指标范围内(4) 注意操作,稳定火层(5) 处理火层(6) 调节气汽比5.3过氧原因:(1) 炉温过低或火层上移(2) 炭层过低(3) 火层偏、火层薄(4) 炉内有大块产生风洞处理:(1) 提高炉温,火层拉低(2) 提高炭层(3) 注意操作,稳定火层(4) 炉内有大块时,扒出大块处理5.4炉内阻力增大原因:(1) 炭层增高(2) 负荷过大(3) 炉内结块(4) 原料过碎或含粉太多处理:(1) 降低炭层(2) 适当减小负荷(3) 扒出大块(4) 提高原料质量5.5炉下压力过大原因:(1) 炉内炭层阻力增大(2) 带出物多,中心管堵处理:根据情况酌
13、情处理5.6炉下压力过低原因:(1) 炉底煤气总冲破(2) 汽化剂混合罐防爆板鼓破,大量漏气(3) 断富氧或蒸汽(4) 烟囱阀未关或未关严处理:(1) 停炉加水,使煤气总有水溢流(2) 更换防爆板(3) 停车处理(4) 检修烟囱阀使其正常5.7 安全注意事项:1、 富氧与间歇制气相互切换前必须检查各阀门开、关是否正常,且切换后先进行10s上吹流程。2、 开富氧炉时,先通蒸汽,再通入富氧;停富氧炉时,先断开氧气,再断开蒸汽。3、 炉内进行检修前,必须插富氧空气管道盲板。 6 正常操作要点6.1工艺调节、操作原则根据原料煤的灰熔点,尽可能提高气化层温度,以降低半水煤气中二氧化碳含量,提高发气量。根
14、据煤质、吹风强度等变化情况,及时调整循环时间、吹风百分比及二楼手轮门(车间工艺人员操作);按时加煤、出渣。根据炉内炭层高度、分布及灰渣情况,及时调节炉条机转速,使气化层厚度及所处位置相对稳定,保证炉况良好,控制好炉上、炉下温度,使其符合工艺指标;根据蒸汽分解情况,调节好蒸汽压力和用量,同时注意各相关锅炉液位,防止蒸汽带水,并注意吹风排队,防止重风;严格把握入炉煤棒、小籽煤的质量,发现问题及时与原料岗位联系。6.2 工艺调节操作要点6.2.1 造气炉合理工艺指标的制定煤气发生炉要想达到优质、高产、安全、低耗,除了受设备状况和原料性质的影响外,如何制定出合理的工艺指标是直接影响造气炉工况好坏的一项
15、很重要的工作。主要工艺指标的制定依据:炉渣含碳量:20%半水煤气成分: O20.5%(CO+ H265%)循环时间与百分比的分配-循环时间长短:目前我公司造气炉所采用的时间为2.5分钟/循环。循环时间长短的制定,主要依据原料的化学活性,活性差的原料,循环时间宜短,反之则宜长。时间过长或过短均不利于生产,过长气化层温度和产气量以及气体成分波动大;过短虽能获得气化层温度稳定、产气量佳的效果,但是自动阀门动作所需要的时间占去太多,相应地降低了有效制气时间。-循环百分比的分配:吹风和制气各个阶段的时间分配,总的原则是使吹风后燃料层中具有理想的较高温度,且吹风阶段的时间要短,以增加制气阶段的时间,从而获
16、得高产、优质的煤气。当吹风量确定后,吹风时间长短的选择,主要依据热量平衡。在实现热量平衡时,则吹风时间越短越好。一次上吹和下吹制气时间分配,主要决定于能够使上行温度和气化层温度(火层)维持正常稳定为原则。二次上吹和空气吹净无较高要求,只要能达到安全生产和回收余气的目的就可以。(1)温度-上行温度:原料化学活性和灰熔点是制定上行温度的重要依据。煤球和煤棒的冷、热强度差,不宜高,一般在300400。-下行温度:下行温度的制定,主要防止炉下温度过高而烧坏设备,其温度高低也决定于气化层上下移动的变化。一般下行温度在200300为宜。-气化层温度(火层):在实际生产中气化层温度目前还无法用仪表直接测量出
17、,只能通过炉上、下温度和用探测炉内火层情况来推测。根据不同的炉型,有两种方法:一种使用钢钎垂直插入炉内,钢钎在炉内烧23分钟后拔出,烧红部分在200300毫米为宜,另一种是钢钎(俗称火棍)水平方向查入炉内23分钟,烧红部位在200400毫米为宜。在制定工艺指标时切忌盲目追求大火层,虽然火层大,气化层温度高,产气量高,气体成分好,但是火层大易造成炉内结大块,烧坏炉篦和灰盘,给生产带来更大损害。(2)流量-空气流量:根据不同的炉型和燃料性质来选择造气炉的理想吹风强度,应在不破坏固定床层的条件下,送入的空气量达到最大值,使炭的燃烧达到最佳状态。从节能角度考虑,吹风气中CO含量要求越低越好,可减少能量
18、损失。在燃烧较好的情况下,吹风气中CO和O2含量应在1.0%以下较为合理。-入炉蒸汽流量:入炉蒸汽流量适中与否是决定造气炉气化效率高低的一项重要因素。入炉蒸汽量过少,造成炉内气化层温度过高,结疤结块,严重影响煤气的产量和质量;入炉蒸汽量过多,蒸汽分解率下降,气化层温度下降过快,燃料气化不完全,炉渣含炭量过高,也同样影响到煤气的产量和质量。-半水煤气中CO2含量:半水煤气中CO2含量指标,是诊断造气炉气化情况正常与否的脉搏,也是判断入炉蒸汽用量是否恰当的一个重要指标。控制好上、下吹半水煤气中CO2指标,是调节蒸汽流量的主要依据。(3)灰盘转速灰盘转速指标的制定,主要决定于燃料本身灰份含量的多少、
19、造气炉负荷的高低以及灰盘本身转速的快慢。平时的调节主要依造气炉火层和炭层下降情况而加以调节。(4)炭层高度合理的炭层指标,大都是通过生产实践不断摸索出来的。要根据炉型和所使用原料性质及系统阻力而定。一般认为,燃料层的阻力不宜太大,在炉内风量达到最大时,以不破坏气化层为宜,我公司一般控制在见夹套为宜。6.2.2 造气炉理想生产负荷的选择煤气发生炉的负荷,实质上是指吹风强度,理想的吹风强度是在炉内燃料层不被吹翻原则下,尽量加大吹风量(燃料层的总高度也要在理想高度范围内,不宜太高或太低)。高风量的目的是在较小的吹风百分比的条件下,能保持气化层有较高的温度。在高风量、高炉温的条件下,气化反应速度快,生
20、成的吹风气能迅速地离开燃料层表面,炭和氧接触时间短,不利于吹风气中的CO2还原成CO,有利于降低能耗。高负荷生产能使气化层温度迅速上升,可以缩短吹风阶段时间,增加制气时间。另外,由于高负荷条件下气化层温度升高,入炉蒸汽用量也相应地增加,故发气量也大。需要说明的是,因使用的原料性质不同,其最佳吹风强度也不同,要根据本企业自己实际情况选择造气炉最佳负荷,不可盲目追求造气炉高负荷。值得注意的是,造气炉处于高负荷生产时,许多工艺条件大都处于临界状态,要求高度集中精力操作,一旦疏忽,即会造成气化层情况恶化,出现结疤、结块、风洞等异常情况。6.2.3 造气炉合理吹风率的调节吹风率(即单位时间内吹风空气流量
21、)的选择,主要依据燃料的特性及燃料层的控制高度的变化。粒度比较小或热稳定性比较差的燃料,一般应选择比较低的吹风率,反之,应选择较高的吹风率。当造气炉所用燃料的粒度和品种变更时,吹风率也要及时进行调整。另外,燃料层的控制高度比较高时,其燃料层的阻力也相应增加,会使吹风率降低,此时如果盲目提高吹风率,容易造成燃料层吹翻。如果保持或提高气化层温度,只宜增加吹风百分比。燃料层的控制高度较低时,一般由于燃料层的阻力相应减少,会使吹风率增高,其燃料层温度会相应增高,可适当提高燃料高度,或适当降低吹风率,否则会使燃料吹翻。6.2.4 吹风百分比的最佳选择最佳吹风时间的分配,以使燃料层具有较高温度为主要原则,
22、即利用较短的时间达到最高温度。实现这个目的,决定于空气鼓风机能否提供较高的空气流速和燃料层是否能承受较高的空气流速。原料煤性质与吹风时间分配随燃料的机械强度、热稳定性及化学活性的不同而有差别。一般而言,上述三种性质较好,燃料层阻力小,有利于提高空气流速,只要用较少的时间就能使燃料层达到高温,反之则相反。燃料层的阻力,除了受燃料的机械强度和热稳定性的影响外,与燃料层的高度和煤的粒度都有很大的关系。此外,气化剂在燃料层的分布均匀与否与炉篦结构也有关系。我厂吹风百分比大都在2426%之间,利用高强度风机后,吹风百分比可下降到20%左右。6.2.5 造气炉一个工作循环内各阶段产气量的变化吹风阶段结束后
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