一种熔渣气化炉热模试验方法.pdf

一种熔渣气化炉热模试验方法，包括如下步骤：试验原料化验-热模装置冷态试验-热模装置的点火-热模装置操作条件的调整-热模装置热态试验，在试验快结束时，通入氮气进行突然停炉，对回旋区反应物进行筛分测定粒度分布，同时取样进行工业分析；试验结束后，待溢流式渣池内的液渣冷却后，对固态渣进行分层取样，并测定其组成，同时，观察激冷室底部是否有未反应煤，取样进行工业分析；本发明通过反复试验，发现了热模装置在运行过程中存在的技术问题，并加以解决，大大提高了熔渣气化炉的开发效率。

1.一种熔渣气化炉热模试验方法，包括如下步骤： 步骤1.试验原料化验； 步骤2.热模装置冷态试验； 步骤3.热模装置的点火； 步骤4.热模装置操作条件的调整； 步骤5.热模装置热态试验； 步骤6.在试验快结束时，通入氮气进行突然停炉，对回旋区反应物进行筛分测定粒度分布，同时取样进行工业分析； 步骤7.试验结束后，待溢流式渣池内的液渣冷却后，对固态渣进行分层取样，并测定其组成； 步骤8.试验结束后，观察气化炉冷却壁及渣池内侧耐火材料的受损情况，对其进行拍照取样，分析其受损原因。 2.根据权利要求1所述的一种熔渣气化炉热模试验方法，其特征在于：所述的 步骤2中热模装置冷态试验包括如下步骤： 1）试验前，在气化炉激冷室底部安装摄像头及光源，封闭激冷室底部，打开气化炉煤气出口阀； 2）试验过程中，保持入炉最大空气量250Nm³/h，待入炉空气量稳定后，往气化炉煤仓中加入10-20kg煤，打开气化炉煤仓下部阀门，将煤仓内煤加入气化炉内； 3）从电脑视频上关注是否有煤从气化炉渣池溢流口掉入激冷室，掉煤现象不严重时，记下入炉空气压力及炉内压力； 4）重复往炉内加相同质量的煤，观察气化炉溢流口状态，并记下入炉煤累计质量、入炉空气压力及炉内压力。 3.根据权利要求1中任一项所述的一种熔渣气化炉热模试验方法，其特征在于：所述的步骤3中热模装置的点火包括如下步骤： 1）在试验前，用木板盖住气化炉渣池溢流口； 2）用准备好的稀料及棉纱将木炭在炉外引燃，待木炭全部燃烧后，从气化炉人孔将其倒入气化炉内； 3）加入准备好的木炭及原煤，往气化炉内通空气，空气量控制在10Nm³/h，封住气化炉人孔； 4)从气化炉喷嘴旁的窥视孔观察炉内燃烧情况，并且密切注视耐火材料受热面的温度显示及出口温度显示，从原料仓中慢慢往炉内加煤，同时加大入炉空气量；当耐火材料受热面显示温度达到1000℃时，往气化炉内加满煤，同时将入炉空气量调到试验值，开始试验数据的采集。 4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种熔渣气化炉热模试验方法，其特征在于：所述的步骤5中热模装置热态试验包括，溢流式渣池和水冷壁的冷却管内最佳水流量的确定、耐火材料厚度与其冷热面温度变化关系的确定、反应出口气体成分测定及整体能量的衡算。 5.根据权利要求4所述的一种熔渣气化炉热模试验方法，其特征在于：所述的溢流式渣池及水冷壁的冷却管内适宜水流量确定包括如下步骤： 1)在试验前后分别测定一次冷却壁内衬耐火材料厚度，根据理论计算，预设冷却壁冷却管内的水流量为9m³/h，0.5h测定一次冷却管的进出口冷却水温度、内衬耐火材料的冷热面温度及冷却壁的冷热面温度，已知耐材传热系数及水与管壁间对流传热系数，验证理论计算的正确性； 2)通过调节冷却壁冷却管内的水流量，可以将冷却水的进出口温差保持在5℃，从而可以得到冷却水的合适流量，并且通过计算可以反推出耐火材料受热面温度。

一种熔渣气化炉热模试验方法

技术领域：

本发明涉及到熔渣气化炉，尤其是涉及到一种熔渣气化炉热模试验方法。

背景技术

在我国，以生产清洁能源和可替代石油化工产品的新型煤化工产业，作为国家最大发展战略，正面临着良好的机遇。进入21世纪以后，国际原油价格大幅攀升，而我国的资源分布情况又属富煤缺油少气型，基于此，国内煤化工行业得到前所未有的大发展，煤气化作为煤化工的龙头技术，伴随着煤化工的快速发展，近十年来，煤气化技术也取得了突飞猛进的发展。然而目前还没有一套完善的，可行的熔渣气化炉热模试验方法。

中国专利申请号为200910012471.3的一种高炉熔渣煤气化系统及方法,包括熔渣气化炉、喷煤系统、煤气收集装置和炉渣收集装置；熔渣气化炉设有炉渣进口、炉渣出口、煤气出口和隔墙;煤气出口连接煤气收集装置,炉渣出口设有挡板;炉渣出口连接炉渣收集装置。方法为:将高炉熔渣经渣流沟由炉渣进口放入熔渣气化炉中;将煤粉和气化剂通过喷枪喷吹到熔渣气化炉内,通过调节挡板的高度控制炉渣出口的熔渣流出速度，其虽然在一定程度上减少了能耗，但不适用于较大颗粒的煤渣，也不能读出发生过程中的相关参数。

发明内容

本发明目的主要是为了解决如下技术问题：

（1）考察气化炉溢流式渣池、水冷壁及耐火材料在高温条件下是否能长时间稳定运行，探索渣池及水冷壁的冷却管内适宜水流量，摸索耐火材料厚度与其冷热面温度变化之间的联系。

（2）考察气化炉溢流式渣池的溢流口大小是否合适，摸索渣池内各层物料组成及回旋区的粒度组成。

本发明是这样实现的，一种熔渣气化炉热模试验方法，包括如下步骤：

步骤1.试验原料化验；

步骤2.热模装置冷态试验；

步骤3.热模装置的点火；

步骤4.热模装置操作条件的调整；

步骤5.热模装置热态试验；

步骤6.在试验快结束时，通入氮气进行突然停炉，对回旋区反应物进行筛分测定粒度分布，同时取样进行工业分析；

步骤7.试验结束后，待溢流式渣池内的液渣冷却后，对固态渣进行分层取样，并测定其组成，同时，观察激冷室底部是否有未反应煤，取样进行工业分析；

步骤8.试验结束后，观察气化炉冷却壁及渣池内侧耐火材料的受损情况，对其进行拍照取样，分析其受损原因。

所述的步骤2中热模装置冷态试验包括如下步骤：

1）试验前，在气化炉激冷室底部安装摄像头及光源，封闭激冷室底部，打开气化炉煤气出口阀；

2）试验过程中，保持入炉最大空气量250Nm³/h，待入炉空气量稳定后，往气化炉煤仓中加入10-20kg煤，打开气化炉煤仓下部阀门，将煤仓内煤加入气化炉内；

3）从电脑视频上关注是否有煤从气化炉渣池溢流口掉入激冷室，掉煤现象不严重时，记下入炉空气压力及炉内压力；

4）重复往炉内加相同质量的煤，观察气化炉溢流口状态，并记下入炉煤累计质量、入炉空气压力及炉内压力。

所述的步骤3中热模装置的点火包括如下步骤：

1）在试验前，用木板盖住气化炉渣池溢流口；

2）用准备好的稀料及棉纱将木炭在炉外引燃，待木炭全部燃烧后，从气化炉人孔将其倒入气化炉内；

3）加入准备好的木炭及原煤，往气化炉内通空气，空气量控制在10Nm³/h，封住气化炉人孔；

4)从气化炉喷嘴旁的窥视孔观察炉内燃烧情况，并且密切注视耐火材料受热面的温度显示及出口温度显示，从原料仓中慢慢往炉内加煤，同时加大入炉空气量；当耐火材料受热面显示温度达到1000℃时，往气化炉内加满煤，同时将入炉空气量调到试验值，开始试验数据的采集。

所述的步骤5中热模装置热态试验包括：溢流式渣池和水冷壁的冷却管内最佳水流量的确定、耐火材料厚度与其冷热面温度变化关系的确定、反应出口气体成分测定及整体能量的衡算。

所述的溢流式渣池及水冷壁的冷却管内适宜水流量确定包括如下步骤：

1)在试验前后分别测定一次冷却壁内衬耐火材料厚度，根据理论计算，预设冷却壁冷却管内的水流量为9m³/h，0.5h测定一次冷却管的进出口冷却水温度、内衬耐火材料的冷热面温度及冷却壁的冷热面温度，已知耐材传热系数及水与管壁间对流传热系数，验证理论计算的正确性；

2)通过调节冷却壁冷却管内的水流量，可以将冷却水的进出口温差保持在5℃，从而可以得到冷却水的合适流量，并且通过计算可以反推出耐火材料受热面温度。

本发明通过反复试验，发现了热模装置在运行过程中存在的技术问题，并加以解决，大大提高了熔渣气化炉的开发效率。

附图说明

图1是本发明分析项目列表；

图2是本发明数据记录项目列表；

图3是本发明热模试验工艺参数统计表Ⅰ；

图4是本发明热模试验工艺参数统计表Ⅱ；

图5是本发明热模试验出口气全分析数据表；

图6是本发明冷态试验数据记录表。

具体实施方式

本次试验选用原煤作为反应物料，原煤的具体煤质数据如下表所示：

表1-1工业分析

表1-2元素分析

表1-3热稳定性/%

表1-4灰熔融性/℃

表1-5灰熔融性/℃

试验准备

（1）试验所用原煤的准备，包括破碎、筛分；

试验所用原煤，粒径为6～18mm；

（2）试验需准备2瓶氮气；

（3）准备筛分所用的筛子，孔径为2mm、6mm及13mm；

（4）准备试验所需的木炭、棉纱、稀料。

试验安排

（1）热模装置冷态试验

试验前，在激冷室底部安装摄像头及光源，封闭激冷室底部，打开煤气出口阀。试验过程中，保持入炉最大空气量即250Nm³/h，待入炉空气量稳定后，往煤仓中加入15kg煤，打开煤仓下部阀门，将煤仓内煤加入炉内，同时从电脑视频上关注是否有煤从渣池溢流口掉入激冷室。如果掉煤现象不严重，记下此时的入炉空气压力及炉内压力。如此间歇不断往炉内加煤，每次加煤量为15kg，观察溢流口状态，并记下入炉煤质量（累计量）、入炉空气压力及炉内压力。

（2）热模装置点火

在试验前，用木板盖住渣池溢流口。用准备的稀料及棉纱将木炭在炉外引燃，同时再准备一部分木炭及原煤，待木炭全部燃烧后，从人孔将其倒入炉内，并且加入准备好的木炭及原煤，接着往炉内通空气，空气量可控制在10Nm³/h，同时封住人孔。从喷嘴旁的窥视孔观察炉内燃烧情况，并且密切注视耐火材料受热面的温度显示及出口温度显示，待两温度逐渐升高后，从原料仓中慢慢往炉内加煤，同时加大入炉空气量。当耐火材料受热面显示温度达到1000℃时，往炉内加满煤，同时将入炉空气量调到试验值，开始试验数据采集，填写图1-6所述的表格。

（3）热模装置操作条件确定。

热模装置的主要反应介质为空气及原煤（或焦炭），发生的主要反应如下：

①以原煤作为反应物料，入炉空气温度为200℃，入炉空气量为250Nm³/h，计算得消耗原煤量为42.53kg/h，产生熔渣量为3.68kg/h。

经过耐火材料垫高后的溢流式渣池容积为:

(3.14*0.2142-3.14*0.1452)*0.106/5=0.001649m³

已知液渣密度为2500kg/m³,则渣池开始溢流所需的最少液渣量为0.001649*2500=4.12kg，折算到所需的原煤量为47.66kg

则从试验开始至渣池产生溢流所需的最少时间为4.12/3.68=1.12h

②以原煤为反应介质，对热模装置的试验过程进行能量平衡计算：

带入热量：

i已知入炉空气量为250Nm³/h，空气温度为200℃（473.15K），空气比热容为1.03KJ/(Kg*K),则空气带入显热为

250*1000/22.4*29/1000*473.15*1.03=157734.3kJ/h

ii原煤燃烧放出的热量为250*0.21*1000/22.4*393.5=922265.63kJ/h

则试验过程中总共带入热量为157734.3+922265.63=1079999.9kJ/h

带走热量：

iii已知熔渣产生量为3.68kg/h，熔渣比热容为1.2kJ/(kg*℃)，假设熔渣温度为1400℃,则熔渣带走热量为3.68*1.2*1400=6182.4kJ/h

iv查物性参数表得固态渣到液态熔渣带走热量为3.68*1005.35=3699.69kJ/h

v假设冷却壁内侧耐火材料的热面温度为1400℃，已知冷却水温为30℃，耐火材料厚度为70mm，耐材传热系数为10.8kJ/(m*h*℃)，水和管壁间对流传热系数为8372kJ/(m²*h*℃)

则热流强度为（1400-30）/(0.07/10.8+1/8372)=207607.21kJ/(m²*h)

冷却面积为3.14*0.64*0.76=1.53m²

冷却壁带走的热量为207607.21*1.53=317639.03kJ/h

vi燃烧反应产物主要为CO₂及空气中带入的N₂，反应生成的CO₂为250*0.21*1000/22.4=2343.75mol/h，空气中带入的N₂为250*0.79*1000/22.4=8816.96mol/h

已知反应前空气温度为200℃，假设反应后气体温度为1400℃，按照气体恒压变温过程公式，计算得反应后气体带走热量为498764.78kJ/h。

则试验过程中总共带走热量为6182.4+3699.69+317639.03+498764.78=826285.9kJ/h。

综上所述，带入热量>带走热量，整个试验过程能够顺利进行。

④已知入炉空气量为250Nm³/h，空气温度为200℃，空气压力为0.7MPa，炉内压力为0.01MPa，喷嘴数为4个，喷嘴内径为8mm（目前联兴最小只能做到这个尺寸），计算得喷嘴线速度为89m/s，带入计算机程序计算得单股火焰长度为494mm。

（4）渣池及水冷壁的冷却管内适宜水流量确定及耐火材料厚度与其冷热面温度变化关系的摸索。

在试验前后分别测定一次冷却壁内衬耐火材料厚度，根据理论计算，预设冷却壁冷却管内的水流量为9m³/h，0.5h测定一次冷却管的进出口冷却水温度、内衬耐火材料的冷热面温度及冷却壁的冷热面温度，已知耐材传热系数及水与管壁间对流传热系数，验证理论计算的正确性。

通过调节冷却壁冷却管内的水流量，可以将冷却水的进出口温差保持在5℃（根据高炉运行经验，该温差较为合适），从而可以得到冷却水的合适流量，并且通过计算可以反推出耐火材料受热面温度。

同理，在试验前后分别测定一次渣池内衬耐火材料厚度，根据理论计算，预设渣池冷却管内的水流量为4m³/h，0.5h测定一次冷却管的进出口冷却水温度，通过调节渣池冷却管内的水流量，可以将冷却水的进出口温差保持在5℃，从而可以得到冷却水的合适流量，并且通过计算可以反推出耐火材料受热面的熔渣温度。

试验结束后，观察冷却壁及渣池内侧耐火材料的受损情况，对其进行拍照取样，分析其受损原因。

（5）溢流式渣池的溢流口大小及渣池内各层物料组成与回旋区粒度组成的确定。

初设渣池的溢流口内径为90mm，根据试验过程中渣池的排渣情况，对溢流口内径进行缩小至70mm。

为了测定回旋区的粒度组成，在试验快结束时，通氮气进行突然停炉，对回旋区反应物进行筛分测定粒度分布，同时取样进行工业分析。

试验结束后，待渣池内液渣冷却后，对固态渣进行分层取样，并测定其组成。同时，观察激冷室底部是否有未反应煤，取样进行工业分析。对固态渣进行称重并取样分析，测定其残炭含量。

（6）反应出口气体成分测定及整体能量衡算。

利用奥式气体分析仪对反应后气体组成进行测定，测定入炉空气流量及其温度，测定反应后气体流量，根据推算的燃烧区温度及熔渣温度，进行热模试验的整体能量衡算。

本发明步骤严谨，连贯，已经为企业以最低的研发成本取得了宝贵的实验数据，大大提高了企业研发的效率。