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清华炉气化技术在煤化工行业的应用

摘要:在我国经济整体快速发展的大背景之下,我国能源行业的发展也得到了广泛的重视,发展速度出现了明显加快。在我国能源的主要特点当中,富煤少油是最为主要的特点之一,根据相关的统计数据资料显示,我国的煤炭储量已经达到了接近6万亿吨。但是,我国的能源消费结构存在着严重的不均衡现象,煤炭资源的消费占到了其中的七成左右,这也让我国成为了世界上最大的煤炭资源消费国家。而与此同时,我国煤炭在利用方面的效率相对较低,且在实际利用当中会出现极为严重的污染情况,我国八成左右的烟尘都是来自于煤炭资源的燃烧利用。为了确保我国相关能源得到科学的应用,各类型的先进设备层出不穷,清华炉就是其中之一,其气化技术十分先进,笔者将针对清华炉的气化技术原理进行分析,并分析其实际应用情况。

关键词:清华炉;煤化工;气化;应用;技术;原理

我国煤气化技术的发展最早始于上个世纪的80年代左右,当时我国从外国引进了很多不同的煤气化技术。但是,这些技术在被引入我国之后,在实际应用当中存在很多缺陷,包括运行过程中的不稳定特点、相关成本较高及对于我国本土的煤炭缺乏较好的适应性等。伴随我国相关技术的快速发展,各类型自主研发的煤气化炉广泛出现,并且被用于实际能源消费当中,如清华炉、华能炉、多喷嘴炉等。笔者将在本文中选择清华炉进行具体分析,主要探讨清华炉在实际应用中的气化技术原理及其在煤化工行业中的实际应用情况。

一、清华炉气化技术的相关原理分析

(一)清华炉气化技术的主要原理

清华炉的气化技术原理就如上图1所示,水煤浆在通过燃料喷嘴等进入清华炉的第一段之后,相关人员会选择O2作为气化剂,也会将O2与相应的N2、CO2、水蒸气进行预混处理,从而对第一段中的氧气比例进行科学控制,确保第一段的自身温度在灰熔点之下。等到水煤浆到达清华炉的第二段的时候,相关人员就会补充进去部分的氧气,使第二段的温度达到灰熔点,进而完成气化处理。当合成气从下降管中出来之后会沿着清华炉的出口进入碳洗塔,并且将洗涤之后的黑水等进行回收处理,实现再利用,而灰渣在经过破渣设备处理后就会沿着锁斗而进入渣池当中。清华炉气化技术会将一次给氧的过程分为两个不同的气化处理过程,第一段主要负责燃烧,而第二段会将氧气补充进去,这样可以完成所有的燃烧气化过程,并且可以对氧气的补充比例进行较为科学的控制,确保温度在灰熔点之下。而在第二段当中加入的适量氧气则可以有效提高温度,这样就可以完成分级气化的目标。清华炉利用氧气的分级补入,通过清华炉的主烧嘴与侧壁部位的喷嘴分别进行加氧,这样可以保证主烧嘴部位的氧气量不受化学当量比的严重限制,从而可以对主烧嘴氧化强度超标现象进行有效的控制处理,确保清华炉的气化炉轴温度不断向均衡方向改变,这样就可以完全发挥清华炉的气化功能。在清华炉的主烧嘴通道中,所选择的气体为预混性质气体,这样可以便于相关人员对火焰中心点的温度进行科学的调控,并且可以控制好火焰的中心点与主烧嘴端面之间的有效距离,避免距离过近等。这样一来,主烧嘴的温度可以明显下降,主烧嘴的使用寿命就会得到保证。在生产甲醛的过程当中,相关人员会选择CO2作为预混气体,这样可以确保主烧嘴部位得到较好的不好胡处理,也能使清华炉当中的变换反应随着CO的方向去移动,这样可以保证气体的成分都到显著提高。

(二)主要技术特点分析

在清华炉气化技术当中,其技术特点有以下几方面:第一,分级给氧技术。在清华炉的气化技术当中,相关人员增加了二次氧喷嘴,这样可以有效改变清华炉内的流场分布情况,确保清华炉内的温度更为均匀,这样可以不断加速气化反应。在加入二次氧之后,出烧嘴的流速会出现明显的降低,烧嘴的运行情况会更好。第二,选择CO2气体。清华炉的烧嘴在加入了CO2气体之后,烧嘴的温度至少可以下降200℃,而内部的有效气体成分会出现明显提高。第三,直筒段出现了加长。在清华炉的实际运行过程当中,其气化炉的直筒段与传统的气化炉相比加长了至少400mm。这样一来,清华炉的燃烧室容积就出现了明显增大,反应空间会变得更大,清华炉的产气量及碳转化率都会得到显著的提高。此外,在清华炉的技术特点当中,在下降管当中加入雾化水也是主要的特点之一。在传统类型的气化炉运行当中,气化炉带水的原因主要就是气化炉的下部出现了较多的高温气体等,这些高温气体在气化炉中会出现明显的激烈列转换。而清华炉在实际运行当中,会在下降管当中加入适量的雾化水。这样一来,温度较高的气体在进入激冷室之前就会实现明显的降温,并且让其处于饱和状态,这样就可以避免高温气体在激冷室内部出现明显的换热反应,从而有效减少气化炉当中的带水量,这样可以保证清华炉得到更好的应用,其应用质量可以得到显著保证,实现清华炉高效运行。

二、煤化工行业中清华炉气化技术的具体应用

清华炉气化设备的设计及实际应用最早是为山西丰喜肥业的甲醇项目而建设,其一期工程是在2003年就开始建设,并且在2006年实现了一次化工投料,相关设备装置投入实际运行当中,在第一个月就达到了具体的设计要求。在2007年10月份,相关部门及协会等对清华炉的实际应用情况进行了现场的考核观察,截至2007年的10月,清华炉的累及运行天数达到了603日,在这一期间中的实际运转率达到了95%,每日的负荷率平均达到了107%,而其年负荷率则达到了120%,这也就达到了国内、国外相关类型设备运行的先进水平。在2007年的年底,相关部门的专家在对清华炉的技术进行鉴定分析之后认为其相关技术明显优于外国的同类型技术。在清华炉的实际应用当中,还有很多公司选择应用清华炉进行相关项目的运行,包括山西焦化公司、大唐呼伦贝尔公司、惠生内蒙公司等。这些公司在应用清华炉之后,每日的单炉投煤量出现了明显的提高,运行效率与以往相比不断提高,气化技术得到了较好的应用,应用效果也得到了较好的保障,这也带动了这些公司在市场竞争当中的竞争力,实现了上述企业经济效益的不断提高。

三、结语

煤炭资源是我国能源中的主要资源,在我国很多行业的实际生产中都发挥着重要的作用,对于各行业发展及我国经济的整体发展均存在重要影响。但是,在我国煤炭资源的利用当中,利用率却并不高,且污染情况十分严重。在煤炭资源的使用方法当总,煤气化技术是相对而言最为直接、提升空间也最大的一项实用技术。煤气化技术在实际应用过程当中较为高效、洁净程度也会较好,可以确保煤炭资源得到充分利用,实现我国能源消耗的平衡性。在煤气化技术的应用当中,清华炉煤气化技术是一种新颖、科学的技术,在实际应用中得到了广泛的推广。相关人员需要把握清华炉的主要特点、技术原理等,并且对其在煤化工行业中的应用情况进行分析,以此实现清华炉的有效推广。

参考文献

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[2]杨林,蔡挺,张春玲,乔丽坤.国内自主创新的煤气化技术研究进展[J].化学工程与装备,2013(11).

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[4]赵天宝.水煤浆气化清华炉的运行情况及业绩考察[J].内蒙古石油化工,2013(04).

[5]乔治,李相军,吕冰洋.清华炉水冷壁加压气化工艺对煤质的要求[J].化工管理,2015(31).

作者:张景涛 崔滨 丁法效 单位:阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司

 

  发布时间:2017/8/9 17:26:31  阅读人次