gsp气化技术煤粉密相输送系统稳定性研究

丁飞

摘要：研究了煤粉的物理特性、输送工艺和操作参数对输送特性的影响，以便在采用大规模GSP气化技术的密相输送系统中实现煤粉的稳定运输。结果表明，当煤粉的含水量从6.9%下降到4.2%时，锁斗以顺利下料，减压系统有时堵塞。当煤粉通过压差控制传输时，煤粉质量流量变化大于20t/h;当煤粉通过流量控制传输时，煤粉质量流量变化小于5t/h，因此，当流量控制生效时，提高输送煤粉质量稳定性。

关键词：煤粉;GSP气化;密相输送;气流床;煤气化

输送粉体是一种古老而有效的技术，利用惰性气体的能量运输固体颗粒。到目前为止，他已经有一百多年的历史了煤粉加压密相气力输送是大规模煤气化的主要技术之一。使用密相气力输送装置输送煤粉不仅降低了运输成本，提高了运输效率，而且提高了气体质量。在干煤粉气化装置中，煤粉通过二氧化碳或高压氮气输送到气化炉，燃烧器中发生部分氧化反应。氮或二氧化碳最终与产生的原料气体混合，然后通过低温甲醇处理分离。

1.GSP煤粉密相输送系统简介

干煤粉密相输送GSP系统工艺流程。粗煤干燥研磨后，质量水分不超过5%，粒度不超过200mm。原煤经低压氮气薄相送入煤仓。当煤粉进入储集层时，在重力作用下与氮分离，分布在储集层的四个隔室。四隔室锥形输出对应于四个锁斗。当锁斗压力降低到正常压力时，煤仓出口阀打开，煤粉进入锁斗。煤粉填满锁斗后，关闭所有进出阀，开始加压锁斗。当发料罐生产压力约为4.4MPa时，向发料罐供应煤粉，依次运行四个锁斗，实现锁斗的煤粉持续输送到发料罐，实现燃气炉的运行压力煤粉进入发料罐，包括搅拌器，使煤粉循环，并由发料罐和煤气炉之间的压力差供给。煤粉以7-10mg的速度和300-500mg/m3的密度经过三条碳管，并传输到烧嘴进行化学反应。煤粉管道分别配有密度计、流量计、控制阀和排污气体，以确保煤气炉运输控制的稳定和安全运行。

2.煤粉密相输送系统存在问题及解决方法

GSP气化技术的煤粉输送系統存在料位指示失真、下料锁斗不畅、煤粉减压系统堵塞等问题。主要问题是煤粉运输不稳定，特别是在启动阶段。根据研究分析，料位指示失真一方面是由于某些料位计算中的质量问题，另一方面是煤尘造成的料位指示错误。要解决此问题，请更换料位的某些部分并更改料位的安装位置。

2.1调整煤粉含水量。研究了流动煤粉输送的特性，解决了下料不畅的锁斗和煤粉减压系统受阻的问题。一般以压实密度与堆积密度之比、休止角和闭锁式料斗卸料速率作为评价粉体流动性的参数。初始输送煤粉的物理参数为含水率6.9%，HR为1.67，休止角39.7°，内摩擦角40.3°，闭锁式料斗卸料不稳定。输送煤粉的HR为1.67，范围为1.4～2.0，说明煤粉具有较强的团聚性和流动性。输送煤粉的休止角为39.7°，取值范围为30°～45°，这意味着煤粉输送具有一定的粘附性。对煤粉输送料斗输出速度的试验表明，进料过程不稳定，时间长，有时架桥结拱。以上数据也证实煤粉传输流动性差。GSP气化过程中，含水量减少是提高煤粉流动性的有效途径。各种含水煤粉的传输效果见表1。

从表1可以看出，当煤粉湿含量下降到4%左右时，输送稳定性有了很大提高，减压系统很少堵塞，下料也很顺畅，输送输送稳定性也有所提高。但是，由于煤质的特点和制粉局限性，很难降低湿含量。

2.2输送控制煤粉密相优化。煤粉输送系统的不稳定性不仅与煤粉输送的流动性有关，而且与工艺设计等因素有关。影响压力差的因素包括：①改变进料压力。料仓加压后，压力由补排风系统的压力控制回路分阶段控制。控制气路中气体的变化，如进料、输送气体控制阀、流化气体控制阀等，也会影响进料仓的压力。②气化炉在启动和升压过程中是一种动态燃烧反应。压力由两个调节阀控制。在实际生产中，由于阀门的延时和气化炉压力的变化，很难将气化炉压力控制为设定压力。当气化炉内压力升至一定值，其它工艺条件满足主燃烧器进料时，控制进料仓与气化炉压差恒定（一般为0.6MPa），通过调节流量控制阀的开度来控制煤粉质量。加煤粉流量控制阀前后煤粉输送的质量流量如图1所示。由图1可以看出，加装煤粉流量调节阀后，煤粉质量流量波动不超过5t/h，但不加装流量调节阀时，煤粉质量流量波动超过20t/h。因此，增设流量控制阀对提高煤粉输送的稳定性起着重要作用。

2.3煤粉致密相传动操纵条件优化。降低煤粉湿含量，增设煤粉流量控制阀，大大提高煤粉输送稳定性，但煤粉质量流量仍略有波动，固气输送率较低，质量流量较低。输送条件，如传动压力差、流化气、调节气体等。对煤粉输送特性有较大影响，因此优化了煤粉密集相输送运行条件，主要有①调整进料流化空气量，从220～180 m3/h调整到90～140 m3/h;②将注射器1的气体流量从7立方米/小时降低到3立方米/小时;③煤粉管道排放煤炭后，应关闭注射器2。优化操控条件后，固气率由280 kg/m3提高到400 kg/m3，煤粉流量由42 t/h提高到72 t/h，运输稳定性进一步提高，煤粉密相输送系统提高的输送效果。

影响煤粉致密相输送稳定性的因素不仅与粉末的物理性质有关，而且与工艺的设置、操作条件等有关。只有协调这些因素，煤粉的稳定输送才能实现。通过将煤粉湿含量从6.9%降低到4.2%，改变流量调节控制的压差控制，优化搬运条件，最终实现了煤粉的稳定输送固体气体流速为400 kg/m3，煤粉流速为72t/h，但煤粉致密相输送仍存在问题，如煤粉质量流量的准确检测，以及进料仓底部的混合装置可能存在问题，因此，还应加强煤粉质量控制工具和工艺优化方面的研究。

参考文献：

[1]李化.GSP“煤气化技术的应用[J].化肥T业，2019，33（3）：5—9.