水煤浆气化技术简介

作者:九州体育 发布时间:2020-08-06 00:35

  水煤浆气化技术简介_能源/化工_工程科技_专业资料。水煤浆气化技术简介 一、流场分布 磨煤制 浆系统 气化系统 净化系统 渣水处理系统 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺原理简图 折返流区 撞击流股 撞击区 1、流场结构划分 ? 流场结构由

  水煤浆气化技术简介 一、流场分布 磨煤制 浆系统 气化系统 净化系统 渣水处理系统 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺原理简图 折返流区 撞击流股 撞击区 1、流场结构划分 ? 流场结构由射 射流区 流区、撞击区 回流区 、撞击流股、 管流区 回流区、折返 流区和管流区 组成。 60.5%煤浆 99.6%氧气 浓度60.5%的水煤 浆通过煤浆给料泵加压 与高压氧气(纯度 99.6%)通过四个对称 布置在气化炉中上部同 一水平面的工艺喷嘴对 喷进入气化炉燃烧室。 ? 对喷撞击后形成6个特征各异的流动区, 即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折 返流区和管流区。 ? 利用煤的部分氧化释放出热量,维持在该 煤种灰熔点温度以上进行气化反应。炉内温 度1350℃,反应过程非气 煤化 的常炉 部迅内 分的 氧速热 化,平 放衡 出一:的热般量在热 4—10 秒内完成。 等于气化反应说吸收的热量 ? (1)射流区: ? 流体从喷嘴以较高速度喷出后,由于湍流脉动,射 流将逐渐减弱,直至与相邻射流边界相交。同时受撞击区较 高压力的作用,射流速度衰减加快,射流扩张角也随之加大 ,此后为撞击区。 ? (2)撞击区: ? 当射流边界交汇后,在中心部位形成相向射流的剧 烈碰撞运动,该区域静压较高,且在撞击区中心达到最高。 此点即为驻点,射流轴线速度为零,由于相向流股的撞击作 用,射流速度沿径向发生偏转,径向速度(即沿设备轴向速 度)逐渐增大。撞击区内速度脉动剧烈,湍流强大、混合作 ? (3)撞击流股: ? 四股流体撞击后,流体沿反应器轴向运 动,分别在撞击区外的上方和下方形成了流 动方向相反,特征相同的两个流股。在这个 区域中,撞击流股具有与射流相同的性质, 即流股对周边流体也有卷吸作用,使该区域 宽度沿轴向逐渐增大,轴向速度沿径向衰减 ,直至轴向速度沿径向分布平缓。 ? (4)回流区: ? (5)折返流区: ? 沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形 成撞击流,近炉壁沿着轴线折返朝下运动。 ? (6)管流区: ? 在炉膛下部,射流、射流撞击、撞击流 股,射流撞击壁面等特征消失,轴向速度沿 径向分布保持不变,形成管流区。 ? 水煤浆、氧气进入气化室后,相继进行雾 化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六 个物理和化学过程,前五个过程速度较快,已 基本完成,而气化反应除在上述五区中进行外 ,主要在管流区中进行。 2、煤浆颗粒在气化炉内的气化过程 煤浆颗粒在气化炉内的气化过程 湍流脉动 经历了以下步骤: 颗粒的湍流弥散 颗粒的振荡运动 颗粒的对流加热 煤的热裂解 煤浆蒸发与颗粒中挥 发分的析出 来自火焰、炉内壁、高温 气体、固体物等 颗粒的辐射加热 裂解产物、挥发份及其 他易燃组分 挥发产物的气相反应 煤焦、CH4等与 H2O、CO2 煤焦的多相反应 灰渣的形成 ? 气化反应是串并联反应同时存在的极为复 杂的反应体系,可分为一次反应与二次反应 : ? 1、一次反应区(燃烧区) ? 进入该区的反应物有工艺氧、煤浆以及回 流流股和折返流流股中CO、H2等。这个过程 进行得相当短促,主要发生在射流区与撞击 区中,其结束的标志是氧消耗殆尽。 ? 2、二次反应区 ? 进入二次反应区的组分有煤焦、CO2、 CH4、H2O以及CO、H2等组分。这时主要进 行的是煤焦、CH4等与H2O、CO2发生的气化 反应,生成CO和H2。这是有效气成分的重要 来源。想二一想次:进反入一应次反主应要区和发二次生反应在区管的物流质组区成有。什么区 别? ? 3、一次与二次反应共存区 ? 多喷嘴对置气化炉中射流区与撞击区、撞 击流股、回流区、折返流区共存,不时进行 物质交换,再加湍流的随机性,射流区的反 应组分及产物都有可能进入撞击区、撞击流 股、回流区、折返流区,导致这些区域既进 行一次反应,也进行二次反应。 ? 二次反应以吸热为主,致使发生二次反应 3、气化炉中发生的化学反应 在气化炉中主要进行以下化学反应: 同时还可能发生 以下副反应: 二、气化炉结构 工业上有各种各样的炉 子如气化炉、冶金炉、窑炉 和焚烧炉等。 想一想:以上各种炉子有什 么共同点? 一般都具有用耐火材料包 围的炉膛,利用热介质或燃 料燃烧产生的热量将物质 (固体或流体)加热,使炉 膛内物质发生物理或化学变 化。 ? 气化炉耐火材料整体可分为三部分:锥 底、拱顶和筒体。耐火材料从里到外分为若 干层,分别是:向火面耐火砖、绝热层耐火 砖和保温层耐火砖想。一想:什么是耐火材料? 凡是耐火度不低于1580℃,有较好的抗热冲 击和化学侵蚀的能力、导热系数低和膨胀系数 低的非金属材料都可称之为耐火材料。 ? 耐火材料的分类 : 耐火材料通常按耐火度 、形状尺寸、烧制方法、耐火材料基体的化 学矿物质组成等进行分类。 ? (1)按耐火度分类有 ? 普通耐火材料,耐火度为1580~1750℃; ? 高级耐火材料,耐火度为1750~2000℃; ? 特级耐火材料,耐火度为2000~3000℃。 ? (2)按重量、形状和尺寸分类可分为 ? 标准型、普通型、异型和特异型。 ? (3)按制造工艺方法可以分为 (5)按耐火材料基体的化学矿物质组成分类 耐火材料 硅酸铝制品 硅质制品 镁质制品 碳质制品 特殊高纯氧化 物耐火制品 组成 粘土质耐火砖,SiO2含量小于65%,Al2O3含量28%~42 %; 高铝砖,Al2O3含量大于或等于48%; 硅砖,SiO2含量不小于93%;熔融石英,SiO2含量99.5 %以上。 MgO含量87%以上 以焦炭或无烟煤作原料,加焦油、沥青等结合剂,在强 还原气氛中烧成; 包括陶瓷砖,有纯氧化物制品,如Al2O3、MgO、ZrO2、 BeO、ThO2等; ? (6)按外观形态分为定型、不定型耐火材料 和耐火纤维制品。 ? 不定型耐火材料也称散状耐火材料,是由合理级配的耐 火骨料和粉料、结合剂或另掺外加剂等,以一定比例组成的 混合物,可直接使用或加适当的液体混合后使用。 ? 耐火纤维材料是一种既能耐高温又隔热的纤维状耐火材 料,这种材料导热系数低,体积密度小,富有弹性,抗机械 震动性能好。 ? 为什么要进行烘炉操作? ? 炉衬材料含有水分, 在炉墙砌筑完毕后,其水 分含量很高,如果不经烘 烤直接投入使用,由于炉 膛温度很高,湿炉墙由于 温度上升过快,炉墙中的 水分迅速蒸发成气体,容 易使炉墙产生裂缝,造成 炉墙密封性能降低。 ? 为了保护炉体和延长炉子的使用寿命, 对于新建炉子在投用之前或检修后开工时, 也必须按规定的烘炉曲线进行烘炉。烘炉得 当,可提高炉子的使用寿命。 ? 要将炉墙烘烤干燥,必须得有热源。作 为烘炉用的热源主要有燃料油、燃料气、热 风、蒸汽4种,具体采用哪一种热源应视现 场的条件而定,如果有气体燃料,用气体燃 料烘炉最方便。 温度(℃ ) 新砌耐火砖烘炉曲线, 1000 800 600 168, 600 240, 600 400 86, 350 158, 350 200 4, 100 0, 0 0 76, 100 0 50 100 150 200 250 300 350 400 时间(h) 新安装的炉子在设计技术文件中均应有详细的烘炉说明。用途不同,加热介质不 同,操作工艺条件不同的炉子,烘炉的操作要求是不完全相同的。 三、工艺喷嘴 喷嘴也称烧嘴,其作用是将水煤浆充分雾化。使 水煤浆与氧气均匀混合。它与气化炉一样也是水浆 气化工艺的核心设备。 工艺烧嘴 由图可见,工艺烧嘴系三 流通道,氧分为两路: ① 一路为中心氧,由中心 管喷出,水煤浆由内环道流出, 并与中心氧在出烧嘴口前已预 先混合。 ②另一路为主氧通道,在 外环道烧嘴口处与煤浆和中心 氧再次混合。 ? 水煤浆未与中心氧接触前,在环隙通道为 厚达十余毫米的一圈膜,流速约2m/s。中心 氧占总氧量的15%~20%,流速约80m/s。环 隙主氧占总氧量的80%~85%,气速约120m/s ,氧气在烧嘴入口处的压力与炉压之比 1.2~1.4。 ? 烧嘴头部最外侧为水冷夹套。冷却水入口 直抵夹套,再由缠绕在烧嘴头部的数圈盘管 引出。当喷嘴冷却水供应量不足时,气化炉 会自动停车。 ? 烧嘴的材料为Inconel600,夹套头部材料 为Haynes188,烧嘴头部煤浆通道上都在主材 表面堆焊一层Stellite6耐磨层。 ? 工艺烧嘴主要是藉高速氧气流的动能, 将水煤浆雾化并充分混合,在炉内形成一股 有一定长度黑区的稳定火焰,为气化创造条 件。 ? 操作要点: ? 1、要控制好雾化角,防止火焰直接喷射到炉 壁上,或者火焰过长,燃烧中心向出渣口方 向偏移,使煤燃烧不完全。 ? 2、水煤浆与氧气混合的好坏,直接影响气化 ? 在正常运行期间,烧嘴头 部煤浆通道出口处的磨损是不可 避免的。当氧煤浆通道因磨损而 变宽以后,工艺指标变差,就必 须更换新的工艺烧嘴,这个运行 周期就是工艺烧嘴的连续运行天 数。 ? 这就是为什么气化炉避免 不了定期停车的原因,也就是为 什么气化炉一定要设置备用炉的 理由。 作业题: 1、新型多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉的流场 组成及各组成区域内流体流动特性。 2、煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了哪些 步骤? 3、新砌筑的气化炉为什么要进行烘炉操作? 4、工艺烧嘴的操作要点。


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