CN112694920A - 一种气化炉调负荷提效系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种气化炉调负荷提效系统及其工作方法，属于气化炉技术领域。除灰单元分别与气化炉的废锅出口和水洗单元连接，水洗单元与激冷气循环压缩机连接，激冷气循环压缩机连接至气化炉的激冷气入口；飞灰残碳在线检测装置和飞灰产量及合成气流量检测装置设在除灰单元与气化炉的废锅出口之间的连接管路上，废锅入口温度检测装置设在废锅入口处，氧气调节单元与气化炉的供氧系统连接，激冷气流量检测装置设在水洗单元与激冷气循环压缩机之间的连接管路上，激冷气调节单元分别与激冷气流量检测装置和激冷气循环压缩机连接；各检测装置和调节单元均分别连接至控制单元。该系统能够精确控制气化效率和激冷气量，减少了能耗，保证了气化炉的高效稳定运行。

Description

一种气化炉调负荷提效系统及其工作方法
技术领域
本发明属于气化炉技术领域，具体涉及一种气化炉调负荷提效系统及其工作方法。
背景技术
煤气化技术是煤炭清洁高效利用的核心技术，是发展先进的清洁煤发电、煤化工、煤基多联产等能源系统的关键技术，对各系统的运行可靠性和经济性具有重要影响。在现代煤化工项目快速发展驱动下，煤气化技术正在向大型化、清洁高效、宽煤种适应性方向发展。煤气化技术发展呈现百花齐放的局面，但是现阶段高效清洁煤气化技术的发展过程中，仍然存在诸多问题亟待解决。
现有的气化炉燃烧工艺中，飞灰残碳无法达到精确的控制，能耗大，气化效率也无法进一步提高。同时，现有工艺为了保证废锅入口温度合适，一般将激冷气量开到最大，造成激冷气的大量浪费，增大了装置能耗。在气化炉需要调负荷时，激冷气量和氧量难以即时对气化炉负荷做出反馈，需要花费大量的时间才能使气化炉达到理想的运行状态。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种气化炉调负荷提效系统及其工作方法，能够精确控制气化效率和激冷气量，提高碳转化率并减少能耗；根据气化炉负荷对氧和激冷气量做出实时匹配和调整，保证气化炉的高效稳定运行。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种气化炉调负荷提效系统，包括控制单元、飞灰残碳在线检测装置、飞灰产量及合成气流量检测装置、除灰单元、水洗单元、废锅入口温度检测装置、氧气调节单元、激冷气流量检测装置、激冷气循环压缩机和激冷气调节单元；
除灰单元与气化炉的废锅出口连接，除灰单元与水洗单元连接，水洗单元与激冷气循环压缩机连接，激冷气循环压缩机连接至气化炉的激冷气入口；飞灰残碳在线检测装置和飞灰产量及合成气流量检测装置设在除灰单元与气化炉的废锅出口之间的连接管路上，废锅入口温度检测装置设在废锅入口处，氧气调节单元与气化炉的供氧系统连接，激冷气流量检测装置设在水洗单元与激冷气循环压缩机之间的连接管路上，激冷气调节单元分别与激冷气流量检测装置和激冷气循环压缩机连接；
飞灰残碳在线检测装置、飞灰产量及合成气流量检测装置、废锅入口温度检测装置、氧气调节单元和激冷气调节单元均分别连接至控制单元。
优选地，水洗单元的出口连接有两条支路，一条支路与激冷气循环压缩机连接，另一条支路连接至煤气净化系统。
优选地，飞灰产量及合成气流量检测装置包括处理器、密度计和流量计，密度计和流量计分别与处理器连接，处理器与控制单元连接。
优选地，激冷气循环压缩机入口处设有除沫装置。
优选地，激冷气循环压缩机为变频压缩机。
优选地，激冷气调节单元包括频率调节器，频率调节器分别与控制单元和激冷气循环压缩机连接。
本发明公开的上述气化炉调负荷提效系统的工作方法，包括：
来自废锅出口的飞灰经飞灰残碳在线检测装置检测飞灰中残碳的质量百分数，飞灰产量及合成气流量检测装置检测飞灰产量和合成气流量后，依次经除灰单元和水洗单元处理后进入激冷气循环压缩机；废锅入口温度检测装置检测废锅入口处合成气的温度；激冷气流量检测装置检测激冷气流量；控制单元根据飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量，实时调控进入气化炉的氧气量，根据合成气温度变化量，实时调控进入气化炉的激冷气量。
优选地，实时调控进入气化炉的氧气量和激冷气量是通过下式进行的：
M2＝Z1×M1×Xc/12×16
Q＝Z2×M1×Xc/12×111＝Z3×λ×(△M3×T+M0×△T-△M4×T0)
△M4＝△M3-2M2/32×0.0224Nm3/mol
其中，M1为飞灰产量，M2为进入气化炉的氧气量，△M3为合成气流量变化量，△M4为循环激冷气变化量，M0为合成气原始流量，Xc为飞灰中残碳的质量百分数，Q为残碳反应放热，λ为合成气比热，T为废锅入口合成气初始温度，△T为废锅入口合成气温度变化量，T0循环激冷气初始温度，Z1、Z2和Z3均为表示各反应程度及热损的修正系数。
优选地，Z1、Z2和Z3的取值范围为0.5～1.5。
优选地，在气化起始及需要调负荷时，煤粉、水蒸汽、氧气量和激冷气量均根据模拟工况及经验值进料，控制单元根据飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量，实时调控进入气化炉的氧气量，根据合成气温度变化量，实时调控进入气化炉的激冷气量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种气化炉调负荷提效系统，通过设置飞灰残碳在线检测装置，对飞灰残碳进行在线测量，实现飞灰残碳量的实时监控。将飞灰残碳与氧气进行联锁控制，通过对气化炉进氧量的控制使飞灰残碳达到理想值，整个过程使进氧量和飞灰残碳都达到了精确的控制，使气化效率达到精准化控制，达到节能提效的目的。通过废锅入口的合成气温度控制激冷气量，使循环激冷气量得到精确控制，避免激冷气不必要的浪费，保证了气化调频过程的稳定运行，减小了系统的能耗。装置在气化炉调负荷时，可以依据飞灰残碳对氧量做出即时调整，依据废锅入口温度对激冷气量做出即时调整，缩短了气化炉调负荷所需时间，增加了气化炉调负荷地灵活性及稳定性。本发明在提高气化炉的综合效率和碳转化率方面取得了突破性的进展，节能环保，具有良好的应用前景。
进一步地，水洗单元的出口同时连接两条支路，能够把多余的合成气通过粗合成气排出管引出系统进行利用。
进一步地，激冷气循环压缩机入口处设有除沫装置，去除经水冷单元处理后合成气中的潮性飞灰，减少设备的损耗。
进一步地，激冷气循环压缩机为变频压缩机，可以使激冷气量能够依据气化炉工况达到实时改变调整的目的。
本发明公开的上述气化炉调负荷提效系统的工作方法，自动化程度高，能够精确控制气化效率和激冷气量，提高碳转化率并减少能耗；根据气化炉负荷对氧和激冷气量做出实时匹配和调整，保证气化炉的高效稳定运行。
进一步地，通过算式可以精确控制氧气量和激冷气量，提高气化炉的效率和稳定性。
更进一步地，根据原料和气化炉的实时工况，根据Z1、Z2和Z3对反应程度及热损进行修正，能够进一步提高氧气和激冷气量的精确度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1-控制单元、2-飞灰残碳在线检测装置、3-飞灰产量及合成气流量检测装置、4-除灰单元、5-水洗单元、6-废锅入口温度检测装置、7-氧气调节单元、8-激冷气流量检测装置、9-激冷气循环压缩机、10-激冷气调节单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，为本发明的气化炉调负荷提效系统，包括控制单元1、飞灰残碳在线检测装置2、飞灰产量及合成气流量检测装置3、除灰单元4、水洗单元5、废锅入口温度检测装置6、氧气调节单元7、激冷气流量检测装置8、激冷气循环压缩机9和激冷气调节单元10。
除灰单元4与气化炉的废锅出口连接，除灰单元4与水洗单元5连接，水洗单元5的出口连接有两条支路，一条支路与激冷气循环压缩机9连接，另一条支路连接至煤气净化系统；激冷气循环压缩机9连接至气化炉的激冷气入口，优选地，激冷气循环压缩机9采用变频压缩机，在激冷气循环压缩机9入口处设有除沫装置，能够去除经水冷单元处理后合成气中的潮性飞灰，减少设备的损耗。
飞灰残碳在线检测装置2和飞灰产量及合成气流量检测装置3设在除灰单元4与气化炉的废锅出口之间的连接管路上，废锅入口温度检测装置6设在废锅入口处，氧气调节单元7与气化炉的供氧系统连接，激冷气流量检测装置8设在水洗单元5与激冷气循环压缩机9之间的连接管路上，激冷气调节单元10分别与激冷气流量检测装置8和激冷气循环压缩机9连接，激冷气调节单元10包括频率调节器，频率调节器分别与控制单元1和激冷气循环压缩机9连接，用来实时调节激冷气循环压缩机9的频率。
飞灰残碳在线检测装置2、飞灰产量及合成气流量检测装置3、废锅入口温度检测装置6、氧气调节单元7和激冷气调节单元10均分别连接至控制单元1。优选地，飞灰产量及合成气流量检测装置3包括处理器、密度计和流量计，密度计和流量计分别与处理器连接，处理器与控制单元1连接。
除灰单元4优选采用布袋除尘器。
废锅入口温度检测装置6优选采用热电偶，垂直设在废锅入口的中心处。
水洗单元5优选采用煤气洗涤塔。
上述气化炉调负荷提效系统的工作方法，包括：
来自废锅出口的飞灰经飞灰残碳在线检测装置2检测飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量及合成气流量检测装置3检测飞灰产量和合成气流量后，依次经除灰单元4和水洗单元5处理后进入激冷气循环压缩机9；废锅入口温度检测装置6检测废锅入口处合成气的温度；激冷气流量检测装置8检测激冷气流量；控制单元1根据飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量，实时调控进入气化炉的氧气量，根据合成气温度变化量，实时调控进入气化炉的激冷气量。
在气化起始及需要调负荷时，煤粉、水蒸汽、氧气量和激冷气量均根据模拟工况及经验值进料，控制单元1根据飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量，实时调控进入气化炉的氧气量，根据合成气温度变化量，实时调控进入气化炉的激冷气量。
系统中主要反应有：
1.水蒸气转化反应
C+H2O＝CO+H2-131KJ/mol
2.水煤气变换反应
CO+H2O＝CO2+H2+42KJ/mol
3.部分氧化反应
C+0.5O2＝CO+111KJ/mol
4.完全氧化(燃烧)反应
C+O2＝CO2+394KJ/mol
5.甲烷化反应
CO+2H2＝CH4+74KJ/mol
6.Boudouard反应
C+CO2＝2CO+-172KJ/mol
实时调控进入气化炉的氧气量和激冷气量是通过下式进行的：
M2＝Z1×M1×Xc/12×16
Q＝Z2×M1×Xc/12×111＝Z3×λ×(△M3×T+M0×△T-△M4×T0)
△M4＝△M3-2M2/32×0.0224Nm3/mol
其中，M1为飞灰产量，M2为进入气化炉的氧气量，△M3为合成气流量变化量，△M4为循环激冷气变化量，M0为合成气原始流量，Xc为飞灰中残碳的质量百分数，Q为残碳反应放热，λ为合成气比热，T为废锅入口合成气初始温度，△T为废锅入口合成气温度变化量，T0循环激冷气初始温度，一般为220℃，Z1、Z2和Z3均为表示各反应程度及热损的修正系数。
一般地，Z1、Z2和Z3的取值范围为0.5～1.5。
下面结合具体实施例对本发明的效果做进一步详细描述：
实施例1：
某一段式气化炉的详细参数如下：
1920t/d的干煤粉加压气化炉，干基煤含碳量70％，飞灰产量、合成气流量检测装置3测得飞灰产量为7000kg/h，飞灰残碳在线检测装置2测得飞灰残碳为5％。
设置4个烧嘴，每个烧嘴加料20000kg/h；每个烧嘴加氧气15200kg/h；每个烧嘴加蒸汽1638kg/h；合成气比热λ＝1.444KJ/Nm3℃
在开启本发明的气化炉调负荷提效系统后，通过本系统为每个烧嘴通入氧气量增加93kg/h，飞灰残碳下降至1％，激冷气量增加：△M4＝847.3Nm3/h，有效气量增加470Nm3/h。
实施例2：
1920t/d的干煤粉加压气化炉，干基煤含碳量70％，设置4个烧嘴，每个烧嘴加料20000kg/h；每个烧嘴加氧气15200kg/h；每个烧嘴加蒸汽1638kg/h；合成气比热λ＝1.444KJ/Nm3℃。现要将气化炉调整至80％工况。开启本发明的气化炉调负荷提效系统，通过本系统计算为每个烧嘴通入氧气量减少3690kg/h，飞灰残碳下降至1％，激冷气量减少：△M4＝45294Nm3/h。
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种气化炉调负荷提效系统，其特征在于，包括控制单元(1)、飞灰残碳在线检测装置(2)、飞灰产量及合成气流量检测装置(3)、除灰单元(4)、水洗单元(5)、废锅入口温度检测装置(6)、氧气调节单元(7)、激冷气流量检测装置(8)、激冷气循环压缩机(9)和激冷气调节单元(10)；
除灰单元(4)与气化炉的废锅出口连接，除灰单元(4)与水洗单元(5)连接，水洗单元(5)与激冷气循环压缩机(9)连接，激冷气循环压缩机(9)连接至气化炉的激冷气入口；飞灰残碳在线检测装置(2)和飞灰产量及合成气流量检测装置(3)设在除灰单元(4)与气化炉的废锅出口之间的连接管路上，废锅入口温度检测装置(6)设在废锅入口处，氧气调节单元(7)与气化炉的供氧系统连接，激冷气流量检测装置(8)设在水洗单元(5)与激冷气循环压缩机(9)之间的连接管路上，激冷气调节单元(10)分别与激冷气流量检测装置(8)和激冷气循环压缩机(9)连接；
飞灰残碳在线检测装置(2)、飞灰产量及合成气流量检测装置(3)、废锅入口温度检测装置(6)、氧气调节单元(7)和激冷气调节单元(10)均分别连接至控制单元(1)。
2.根据权利要求1所述的气化炉调负荷提效系统，其特征在于，水洗单元(5)的出口连接有两条支路，一条支路与激冷气循环压缩机(9)连接，另一条支路连接至煤气净化系统。
3.根据权利要求1所述的气化炉调负荷提效系统，其特征在于，飞灰产量及合成气流量检测装置(3)包括处理器、密度计和流量计，密度计和流量计分别与处理器连接，处理器与控制单元(1)连接。
4.根据权利要求1所述的气化炉调负荷提效系统，其特征在于，激冷气循环压缩机(9)入口处设有除沫装置。
5.根据权利要求1所述的气化炉调负荷提效系统，其特征在于，激冷气循环压缩机(9)为变频压缩机。
6.根据权利要求1所述的气化炉调负荷提效系统，其特征在于，激冷气调节单元(10)包括频率调节器，频率调节器分别与控制单元(1)和激冷气循环压缩机(9)连接。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的气化炉调负荷提效系统的工作方法，其特征在于，包括：
来自废锅出口的飞灰经飞灰残碳在线检测装置(2)检测飞灰中残碳的质量百分数，飞灰产量及合成气流量检测装置(3)检测飞灰产量和合成气流量后，依次经除灰单元(4)和水洗单元(5)处理后进入激冷气循环压缩机(9)；废锅入口温度检测装置(6)检测废锅入口处合成气的温度；激冷气流量检测装置(8)检测激冷气流量；控制单元(1)根据飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量，实时调控进入气化炉的氧气量，根据合成气温度变化量，实时调控进入气化炉的激冷气量。
8.根据权利要求7所述的气化炉调负荷提效系统的工作方法，其特征在于，实时调控进入气化炉的氧气量和激冷气量是通过下式进行的：
M2＝Z1×M1×Xc/12×16
Q＝Z2×M1×Xc/12×111＝Z3×λ×(△M3×T+M0×△T-△M4×T0)
△M4＝△M3-2M2/32×0.0224Nm3/mol
其中，M1为飞灰产量，M2为进入气化炉的氧气量，△M3为合成气流量变化量，△M4为循环激冷气变化量，M0为合成气原始流量，Xc为飞灰中残碳的质量百分数，Q为残碳反应放热，λ为合成气比热，T为废锅入口合成气初始温度，△T为废锅入口合成气温度变化量，T0循环激冷气初始温度，Z1、Z2和Z3均为表示各反应程度及热损的修正系数。
9.根据权利要求8所述的气化炉调负荷提效系统的工作方法，其特征在于，Z1、Z2和Z3的取值范围为0.5～1.5。
10.根据权利要求7所述的气化炉调负荷提效系统的工作方法，其特征在于，在气化起始及需要调负荷时，煤粉、水蒸汽、氧气量和激冷气量均根据模拟工况及经验值进料，控制单元(1)根据飞灰中残碳的质量百分数、飞灰产量，实时调控进入气化炉的氧气量，根据合成气温度变化量，实时调控进入气化炉的激冷气量。
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