一种气化炉气化效率调节系统及其工作方法与流程

本发明属于气化炉技术领域，具体涉及一种气化炉气化效率调节系统及其工作方法。

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。

气化炉气化效率是衡量气化炉工作性能的重要指标，但是气化炉气化效率的调节控制一直是煤气化领域的世界难题之一。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种气化炉气化效率调节系统及其工作方法，能够有效提高气化炉的气化效率，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气化效率调节系统，包括效率调节装置、初始工况控制器、水蒸汽流量检测及控制装置、氧气流量检测及控制装置、飞灰残碳在线检测装置和co2在线检测装置；

水蒸汽流量检测及控制装置与气化炉烧嘴的水蒸汽系统连接，氧气流量检测及控制装置与气化炉烧嘴的氧气系统连接，初始工况控制器分别与气化炉烧嘴的煤粉系统、水蒸汽系统和氧气系统连接，飞灰残碳在线检测装置和co2在线检测装置设在气化炉废锅出口；水蒸汽流量检测及控制装置、氧气流量检测及控制装置、飞灰残碳在线检测装置和co2在线检测装置分别与效率调节装置连接。

优选地，效率调节装置为dcs。

优选地，初始工况控制器为plc。

优选地，水蒸汽流量检测及控制装置包括水蒸汽流量计和水蒸汽调节阀，水蒸汽流量计和水蒸汽调节阀设在与气化炉烧嘴连接的蒸汽管道上，且分别与效率调节装置连接。

优选地，氧气流量检测及控制装置包括氧气流量计和氧气调节阀，氧气流量计和氧气调节阀设在与气化炉烧嘴连接的氧气管道上，且分别与效率调节装置连接。

优选地，co2在线检测装置包括合成气流量计和co2分析仪。

本发明公开的上述气化炉气化效率调节系统的工作方法，包括：

通过初始工况控制器设置气化炉的初始工况，进行煤粉、水蒸汽和氧气的进料，初始工况一方面使气化炉达到最优熔渣温度，另一方面使气化炉达到碳和水反应的反应条件温度；初始工况稳定后，开启效率调节装置，使气化炉达到100％额定工况；效率调节装置根据煤粉量、飞灰残碳在线检测装置检测到的飞灰含碳量和co2在线检测装置检测到的合成气中co2含量，计算相应的氧气量和水蒸汽量，并通过水蒸汽流量检测及控制装置和氧气流量检测及控制装置控制进入气化炉的氧气量和水蒸汽量，使煤和o2反应放热等于c和水蒸汽反应吸热，从而使气化炉达到热量及温度平衡，提高气化炉的气化效率。

优选地，控制进入气化炉的氧气量和水蒸汽量通过下式进行：

z1×m1×(xc-x'-xco2)/12＝2m2 m3

z2×m2×222＝λ×z3×m3×131

其中，m1为投煤量，m2为氧气量，m3为h2o量，xc为煤粉干基含碳量，x'为飞灰含碳量，xco2为合成气中co2含量，z1、z2和z3为考虑气化炉中副反应的修正系数，λ为考虑热量损失的修正系数。

进一步优选地，z1、z2和z3的取值范围均为0.5～1.5；λ的取值范围为0.8～1.2。

优选地，初始工况为40％～80％额定工况，最优熔渣温度为比灰熔点高150℃的温度。

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气化效率调节系统，首先通过初始工况控制器对气化炉的初始工况进行控制，根据模拟及经验对煤，水蒸汽，氧气的进料量进行控制，一方面使气化炉达到最优熔渣温度，一方面使气化炉达到碳和水反应的反应条件温度。然后通过效率调节装置使煤和o2反应放热等于c和水蒸汽反应吸热，从而使气化炉达到热量及温度平衡。这样的设计一方面可以有效控制气化炉热量平衡，控制气化温度，减少激冷气量；一方面可以通过调节，控制气化炉co和h2的比例，能够有效提高气化炉的气化效率，保证气化炉的高效稳定运行。

进一步地，效率调节装置采用dcs，计算精度高，安全性和稳定性强。

进一步地，初始工况控制器采用plc，构建灵活，能够满足初始工况的控制需要。

本发明公开的上述气化炉气化效率调节系统的工作方法，自动化程度高，能够有效控制气化炉热量平衡，控制气化温度，减少激冷气量，通过调节，控制气化炉co和h2的比例，能够有效提高气化炉的气化效率，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和水蒸汽量，进一步提高气化炉的效率。

更进一步地，根据原料和气化炉的实时工况，采用z和λ对副反应和热损进行修正，能够进一步提高激冷气量控制的精确度。

附图说明

图1为本发明的气化炉气化效率调节系统的整体结构示意图。

图中：1-效率调节装置、2-初始工况控制器、3-水蒸汽流量检测及控制装置、4-氧气流量检测及控制装置、5-飞灰残碳在线检测装置、6-co2在线检测装置。

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，为本发明的气化炉气化效率调节系统，包括效率调节装置1、初始工况控制器2、水蒸汽流量检测及控制装置3、氧气流量检测及控制装置4、飞灰残碳在线检测装置5和co2在线检测装置6；

水蒸汽流量检测及控制装置3与气化炉烧嘴的水蒸汽系统连接，氧气流量检测及控制装置4与气化炉烧嘴的氧气系统连接，初始工况控制器2分别与气化炉烧嘴的煤粉系统、水蒸汽系统和氧气系统连接，飞灰残碳在线检测装置5和co2在线检测装置6设在气化炉废锅出口；水蒸汽流量检测及控制装置3、氧气流量检测及控制装置4、飞灰残碳在线检测装置5和co2在线检测装置6分别与效率调节装置1连接。

构建系统时，效率调节装置1可以采用dcs，初始工况控制器2可以采用plc。

水蒸汽流量检测及控制装置3包括水蒸汽流量计和水蒸汽调节阀，水蒸汽流量计和水蒸汽调节阀设在与气化炉烧嘴连接的蒸汽管道上，且分别与效率调节装置1连接。氧气流量检测及控制装置4包括氧气流量计和氧气调节阀，氧气流量计和氧气调节阀设在与气化炉烧嘴连接的氧气管道上，且分别与效率调节装置1连接。

co2在线检测装置6包括合成气流量计和co2分析仪。

上述气化炉气化效率调节系统的工作方法，包括：

通过初始工况控制器2设置气化炉的初始工况，初始工况为40％～80％额定工况，进行煤粉、水蒸汽和氧气的进料，初始工况一方面使气化炉达到最优熔渣温度，最优熔渣温度为比灰熔点高150℃的温度，另一方面使气化炉达到碳和水反应的反应条件温度；初始工况稳定后，开启效率调节装置1，使气化炉达到100％额定工况；效率调节装置1根据煤粉量、飞灰残碳在线检测装置5检测到的飞灰含碳量和co2在线检测装置6检测到的合成气中co2含量，计算相应的氧气量和水蒸汽量，并通过水蒸汽流量检测及控制装置3和氧气流量检测及控制装置4控制进入气化炉的氧气量和水蒸汽量，使煤和o2反应放热等于c和水蒸汽反应吸热，从而使气化炉达到热量及温度平衡，提高气化炉的气化效率。

控制进入气化炉的氧气量和水蒸汽量通过下式进行：

z1×m1×(xc-x'-xco2)/12＝2m2 m3

z2×m2×222＝λ×z3×m3×131

其中，m1为投煤量，m2为氧气量，m3为h2o量，xc为煤粉干基含碳量，x'为飞灰含碳量，xco2为合成气中co2含量，z1、z2和z3为考虑气化炉中副反应的修正系数，一般的，z1、z2和z3的取值范围均为0.5～1.5；λ为考虑热量损失的修正系数，一般的，λ的取值范围为0.8～1.2。

下面以一个具体实施例对本发明进行进一步地解释：

2000t/d的干煤粉加压气化炉，入炉煤含碳量69％，飞灰残碳为2％，co2转化率6.6％，入炉煤含水2％，入炉煤含氢4.5％。

初始工况：4个烧嘴，每个烧嘴加煤粉9907kg/h；每个烧嘴加氧气8028kg/h；每个烧嘴加蒸汽900kg/h；气化温度达到1500℃。合成气中，一氧化碳和氢的量分别为：co，593kmol/h；h2，205.3kmol/h，摩尔比为：co:h2＝2.9：1，有效气量798.1kmol/h。

本发明的气化炉气化效率调节系统启用后，剩下的50％煤粉使用效率调节装置1配比氧气和水蒸汽，则每个烧嘴加煤粉9907kg/h，加氧气4313.6kg/h，水蒸汽4111.2kg/h，这样的配比使气化炉在100％工况温度依然为1500℃，有效气量增加898.4kmol/h，合成气中，一氧化碳和氢的量分别为：co，498kmol/h；h2，400.4kmol/h，摩尔比为：co:h2＝1.24:1。

则100％工况，合成气产量为1696.5kmol/h，一氧化碳和氢的摩尔比为：co:h2＝1.8：1，合成气中h2的量得到大幅度提高。

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

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。