粒度对壳牌气化炉气化过程的影响研究

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入炉煤粒度是影响壳牌气化炉稳定高效运行的重要工艺参数,粒度的波动不仅对输送过程中粉体的流动性能产生影响,而且会导致气化过程中气化效率的改变。本文根据壳牌气化炉煤质使用情况和粒度分布特点,选取变质程度不同的六种煤样,磨制中位径(D50)20~60μm的粉体,利用粉体综合测定仪研究粒度对不同变质程度煤样粉体流动特性的影响,借助热重分析仪研究粒度对不同变质程度煤样CO2气化反应特性的影响,并采集壳牌气化炉DCS工况数据进行分析,考察煤样粒度波动对壳牌气化炉气化过程的影响,得出主要结论如下:(1)粒度对不同变质程度煤样的粉体流动特性影响相同,随着粒径的降低,粉体的空隙度和压缩度逐渐提高,颗粒的分布系数增加,分型维数降低,煤样的流动性指数均显示降低的趋势,当煤样中位径由D50=40μm降至D50=20μm时,流动性指数基本不变,当煤样中位径由D50=60μm降至D50=40μm时,流动性指数变化较大;通过对YA煤样进行粒度级配发现,在中位径相同情况下,粒径分布相对较宽,大颗粒含量较高时有利于改善煤样的流动特性,对于大于90μm(90~200μm)以上的颗粒,随着占比量的增加,流动性指数升高越明显,对于小于4μm颗粒,占比量在40%以内最佳,占比量增高会显著降低粉煤的流动特性。(2)随着粒径降低,煤样CO2气化反应活性提高,煤样的活化能及反应结束后的失重率降低,当煤样中位径由D50=40μm降至D50=20μm时,样品失重率及活化能降低不明显,但是当煤样中位径由D50=60μm降至D50=40μm时,样品的失重率及活化能有较大的变化;同一粒度下,随煤样变质程度的增加,煤样CO2气化反应活性降低,粒度对煤样气化反应特性影响越明显;通过对YA煤样进行粒度级配发现,对于大于90μm(90~200μm)以上的颗粒,随着占比量的增加,气化反应活性明显降低,对于小于40μm颗粒,占比量在40%以上,反应性指数有明显的升高,活化能降低明显,反应结束时的失重率增加。(3)通过某厂壳牌气化炉运行工况发现:粒度波动对气化炉正常运行有重要影响,粒度波动会引发喷嘴流量变化,从而对炉内氧煤比造成影响,导致炉内甲烷气体的含量升高。为了保持炉体温度,提高氧煤比会造成合成气产量的降低,比煤耗比氧耗波动;当入炉煤中位径46μm时,合成气产量为中位径30μm时的144%,是中位径52μm时期合成气产量的104%。对于入炉煤样,中位径控制在40~50μm为佳,其中小于40μm的颗粒控制在35~45%,大于90μm在20~30%,最大颗粒不超过200μm。
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