[發明專利]一種環腔保護氣用量的反饋調節方法、系統、設備及介質

在審

• 申請號: 202210737729.1
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115044395A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 高虎飛;燕振亮;陳鵬飛;楊帆;鄭永利;魯得鵬;梁曉峰;張能;喬二浪;柴智武;楊東升;李西
• 申請（專利權）人: 陜西榆能化學材料有限公司
• 主分類號: C10J3/46
• 分類號: C10J3/46;C10J3/72
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 錢宇婧

本發明提供了一種環腔保護氣用量的反饋調節方法、系統、設備及介質，通過獲取輸送到氣化爐所需要的二氧化碳的通入量以及環腔保護氣的輸入量，計算得到調節環腔保護氣的調節量參數，保證符合設計的環腔保護氣用量與氣化爐負荷梯度曲線的基礎上，即環腔保護氣量對應氣化爐負荷。通過利用氣化燃燒反應生成的合成氣中CO2含量反饋來調節環腔保護氣(二氧化碳)的通入量，以此抑制氣化副反應的產生，提高整體有效氣的成分，提高氣化爐反應產生的有效氣成分，其中有效氣主要指煤在氣化爐中燃燒反應，生成的合成氣中的一氧化碳和氫氣的含量，解決提高現有氣化爐運行過程中有效氣成分。

技術領域

本發明涉及現代煤化工技術領域，具體為一種環腔保護氣用量的反饋調節方法、系統、設備及介質。

背景技術

對于水冷壁盤管結構的氣化爐而言，水冷壁盤管與氣化爐殼體之間形成的環隙稱為環腔。為了消除由水冷壁盤管熱膨脹帶來的變化，將水冷壁盤管出口留有膨脹余量，從而形成了環腔口。但是，氣化爐的燃燒反應過程中產生的煤灰、灰渣會進入環腔，導致環腔積灰，造成氣化爐外殼超溫和燒蝕。為了盡可能地避免煤灰、灰渣進入環腔，通常在環腔內部通入高壓二氧化碳作為環腔保護氣。高壓二氧化碳的持續通入，使得環腔與氣化爐內保持一定的壓差，環腔壓力始終微高于氣化爐燃燒室內的壓力，該保護氣進入氣化爐后會參與反應，對合成氣的組分有一定的影響。

氣化爐粉煤輸送及氣化保護氣使用的二氧化碳用量的不同，對氣化反應過程中部分產品的生產會起到抑制或加速的作用的原因在于氣化爐內煤粉和O2 的流動特性屬于受限制的射流反應，按流動過程可將氣化爐燃燒室分為3個區域，即射流區、回流區和管流區。

(1)射流區內的反應主要有：粉煤和O2剛進入二期航天爐內時，O2濃度相當高，隨著燃燒和氣化反應的進行，O2濃度逐漸降低直至完全消耗。因此，該區域內進行的反應可分為2種類型:一種是有氧反應，主要進行的是煤的部分氧化反應、煤的燃燒反應、煤的裂解反應及碳的完全燃燒反應，這些反應成為一次反應；另一種是無氧反應，主要進行的是CO2的還原反應、非均相水煤氣反應、甲烷轉化反應及逆變換反應等，這些反應成為二次反應。射流區主要分布在氣化爐的中上部。

(2)管流區內的反應主要有:進入管流區的介質為來自一次反應區的燃燒產物，以及甲烷、殘碳(灰渣中的碳元素及其化合物)及水蒸氣等，在管流區內繼續進行射流區的二次反應。管流區主要分布在二期航天爐的中下部。

(3)回流區內的反應主要有:由于射流作用，在燒嘴附近形成相對低壓區，造成大量的高溫氣體被卷吸回流，形成一個回流區。回流區的介質主要是從射流區卷吸來的燃燒產物、殘碳、水蒸氣及少量O2，所以其反應包括一次反應和二次反應，形成一次反應和二次反應的共存區。由于回流區的存在，造成了氣化爐內物料的停留時間不一樣，回流區主要分布在氣化爐的頂部。

目前，環腔保護氣的通入量僅能夠盡可能地避免煤灰、灰渣進入環腔，維持氣化爐的穩定運行，并沒有考慮到對合成氣組分的影響。

氣化爐正常運行過程中對于氣化爐生產合成氣的成分組成有較大影響因素的有：(1)粉煤給料罐底部充氣錐通入的二氧化碳用量；(2)粉煤加料器的二氧化碳用量；(3)作為環腔保護氣的二氧化碳用量。

由于粉煤給料罐底部充氣錐通入的二氧化碳用量和通入粉煤加料器的二氧化碳用量都有相應的調節參數控制，如：

(1)粉煤給料罐底部充氣錐通入高壓二氧化碳用以疏松和調節粉煤懸浮密度，其用量通過流量控制器調節，利用流量控制器(SP＝336Nm3/h)和壓差控制器(SP＝0.4Mpa)共同取小控制(OP)，正常時采用的時流量控制器控制，當充氣錐發生堵塞時，為保護充氣錐，將改變為壓差控制器控制，壓差正常后恢復到流量控制。

(2)粉煤加料器的二氧化碳用量用以調節粉煤流速，由煤線上速度計控制器反饋控制，保持煤粉流速在7～9m/s。

但是，作為環腔保護氣的二氧化碳用量則沒有相應的精準反饋調節控制器調節其通入量的大小，不利于合成氣組分的控制。