、HS-LHC900型高溫熱管式流化床煤氣化實驗裝置

1.產品概述

本產品詳細設計了鈉熱管裝置以及基于鈉熱管的流化床熱解系統。設計基于高溫鈉熱管的煤/生物質鼓泡床氣化系統主要由煤粉料斗、加熱爐、流化床熱解爐、熱管組、旋風分離器、煤粉過濾器、焦油洗滌收集器、煤氣干燥器、煤氣緩沖罐、煤氣循環風機以及數據采集分析系統等組成，適用煤種范圍廣，煤粉粒度要求高。

2.結構特征與工作原理

本系統為循環系統（工作前充入大量惰性氣體作為循環氣），主要由三個小系統組成：從左往右依次為熱解系統、凈化系統及干燥及儲氣系統。

（1）熱解系統

熱解系統包括煤熱解過程和原料輸送過程。

學術意義上的煤熱解，就是將煤放置在隔絕空氣的環境下進行加熱處理，即煤的干餾。具體步驟就是密封加熱。而在實際設計中，要考慮到熱解過程必須是不間斷的有煤樣的補給以及熱解氣的收集排放，所以將傳統過程進行延展擴充，將簡單地煤干餾實驗進行系統化和具體化的設計，使整個實驗能夠不間斷的進行。在初期的設計歷程中，一改傳統的煤加熱方式，采用熱管傳熱加熱，從而將整個熱解裝置分為加熱段和熱解段。

加熱段采用的是爐絲加熱的方法，選用功率4.5KW 400×50的爐套，能快速完成對熱管的加熱，如圖所示，熱管在爐套中央進行加熱處理，外圍則是由保溫棉所包裹的隔熱段，進行保溫，避免溫度的散失。熱解段則是使用φ108×3不銹鋼管用作熱解室，外圍同樣使用保溫。循環氣中所夾帶煤粉的將由此進行熱解反應生成蘭炭及熱解氣。兩端各有法蘭連接，煤粉粒度要求較細，進料段有載氣輸送，為控制熱解的進程，我們需對進料量及其速度，包括氣流速度進行調控，從進料倉進入的煤粉下料量是由步進電機控制，而載氣的流速則是通過循環泵功率選取進行調控。為了能隨時了解爐內的溫控情況，我們還在將K型熱電偶插入其中，通過溫度顯示來調節加熱狀況，避免溫度過高導致其他情況的出現。

而原料輸送相對整體而言則相對簡單，通過對比了多種輸送方式的優缺點，再結合設計的理念zui終選擇使用流化床輸送工藝，通過管道連接來維持煤倉及管道的壓力平衡，使得煤粉能借助自身重力作用下落，而zui終由氣體夾帶進入熱解室。

（2）凈化系統

凈化系統由旋風分離器、過濾器、焦油洗滌塔三部分構成，為的是除去熱解氣中固含量，達到凈化煤氣的目的。

（3）干燥

干燥塔用于對煤氣進行干燥處理，在氣流進入干燥塔后，由于管徑變寬，會使其流速變慢，從而有利于對其進行干燥，同時為了提高塔體對氣流本身的干燥能力，根據需要設計在塔內對煤氣進行三次干燥，即分段式干燥塔，通過塔板對塔體進行分層，從而將干燥系數不同的干燥劑分置在不同的塔板上，從低到高吸濕能力越來越強，又因為水汽會在運動中冷凝，所以在塔底下方設置一排水閥，便于及時將沉積下來的液體排空。

（4）流化床熱解室

熱解室的設計：熱解室主體為一個φ108*3mm，高550mm的內空圓柱體，兩端用盲板密封焊死。

進料口：在距熱解室底部60mm處開孔，與φ46*3mm的鋼管密封焊接，作為進料口。

出料口：在熱解室頂部盲板中心開孔與φ46*3mm的鋼管密封焊接，作為出料口。

供熱:在熱解室底部盲板中心開孔，插入鈉熱管，熱解室與鈉熱管相接部分密封焊接。

（5）粉煤倉

粉煤倉的設計：上端是標準橢圓形封頭與圓柱體用卡箍卡死，墊片密封，可拆卸，能密閉，方便裝煤、排空氣。下端是一個傾斜度為30°的錐形漏斗，與圓柱體密封焊死。粉煤倉的zui大容量為80L。

吹掃口：在筒體上，距卡箍50mm處對稱開孔，與φ38*3mm的鋼管密封焊接，用于吹掃，排空氣。

粉煤倉的設計要求在于密封、方便加煤，方便排盡空氣，對硬度和耐熱性沒有要求。

（6）旋風分離器

旋風分離器主體部分為直徑為140mm，高為160mm的內空圓柱，下端為傾斜度為27°的圓錐。

進料口：在筒體上，距頂端60mm處，與筒體相切開孔，與一φ46*3mm的鋼管密封連接。

升氣管:在筒體上端中心處開孔，插入φ46*3mm的鋼管，插入深度為60mm，連接部分密封焊接，以此作為升氣管。

固體出料口：在錐形漏斗下端，連接一φ46*3mm的鋼管，密封焊接，作為固體出料口。

（7）翻板下料器

翻板下料器的設計：由于流化床需要穩態運行，進料穩態是必須的，故選擇翻板進料器進料，用電流的大小控制電機旋轉速速，以控制進料量。

（8）過濾塔

過濾塔主體的設計：過濾塔的主體為內徑174，壁厚為3mm的內空圓柱，塔高800mm，塔的上下端分別用卡箍卡一盲板密封。

進料口：在距塔底300mm處開孔，與φ46*3mm鋼管密封焊接，以此作為煙氣進料口。

出料口：在塔頂部盲板中心開孔，與一φ38*3mm的鋼管密封焊接，作為出料口。

填料隔板：在距塔底部400mm、760mm處分別放置填料隔板，隔板與塔體連接部分有氧點焊。

（9）夾套換熱器

換熱器的設計：采用直接接觸式的夾套換熱器進行換熱，因為處理量和生產時間都很小，所以不需要考慮煙氣的沖刷，換熱的意義在于對低溫煙氣的預熱和干燥，考慮到制作的方便性選用φ46*3mm的鋼管作為管程，φ82*3mm的鋼管作為管程，管程兩端3mm厚的鋼板密封，殼體與管程相接部分密封焊接。

低溫煙氣進口：在距殼體下端封頭41mm處開孔，與φ38*3mm的鋼管密封焊接，以此做為低溫煙氣進口。

低溫煙氣出口：在距殼體上端封頭41mm處開孔，與φ38*3mm的鋼管密封焊接，以此作為低溫煙氣的出口。

（10）半焦收容器

半焦收容器的設計：半焦收容器主體為φ350mm壁厚3mm的內空圓柱，收容器高640mm，下端用橢圓型封頭焊接密封，上端用卡箍卡一橢圓形封頭密封。半焦收容器的zui大容量為60L。

吹掃口：在收容器上端封頭上的適當位置對稱開孔，分別與φ38*3mm的鋼管密封焊接。

排焦炭口：在收容器底部封頭中心開孔，與一φ38*3mm的鋼管密封焊接，作為焦炭排出口。

（11）保溫

考慮到熱解反應是在500-600℃下進行的，熱解產生的煙氣溫度也比較高，所以需要對系統進行保溫，這樣可有效減少熱量散失，還可避免危險發生。

保溫層的設計：考慮到煙氣的煙氣在焦油洗滌塔之前的溫度都較高，所以在焦油洗滌塔之前的所有設備，管路都要進行保溫。保溫采用傳統方法，在設備，管路外纏繞50mm厚的保溫棉，纏實之后用白鐵皮包裹。

（15）配管

整個系統的所有管路都采用標準鍍鋅鋼管，尺寸有φ38*3mm、46*3mm、16*3mm、59*3mm，具體尺寸按照需要進行配選。管子連接有彎頭連接、直通連接、三通連接、閥門連接、密封焊接，具體加工情況以實際為主。

3.安裝與調試

基于高溫熱管的煤/生物質鼓泡床氣化系統主要由煤粉料斗、加熱爐、流化床熱解爐、熱管組、旋風分離器、煤粉過濾器、焦油洗滌收集器、煤氣干燥器、煤氣緩沖罐、煤氣循環風機以及數據采集分析系統等組成。按工藝要求分別配備上述設備各一套。除此之外還配備半焦收容器和溶劑泵各一個、羅茨流量計兩個，各閥門管道若干。出廠前按工藝組裝設備，安裝設備時注意各部件之間要保證密封。

4.使用與操作方法

（1）系統啟動前，應事先準備好所需的煤粉和惰性循環氣體，把煤粉裝進煤粉進料斗里。關閉所有出口閥門通入惰性氣體，檢查系統氣密性。注意實驗室要通風，防止煤氣中毒。

（2）打開燃燒室電源，打開煤氣循環泵，打開步進式下料器，打開溶劑循環泵。

（3）觀察燃燒室溫度、壓力、流化床的流速等是否正常。

（4）檢測半焦收容室的半焦含碳量，調整步進式下料器的大小。

（5）檢測產出氣體的水分含量和焦油含量，調整干燥塔和焦油洗滌塔填充物的比例。

（6）觀察氣柜中是否有灰塵沉降，調整過濾塔中填充物的多少。

（7）觀察壓力表的大小，當壓力過高時打開羅茨流量計放出煤氣。

（8）熱解完所需熱解的煤粉，關閉燃燒室電源，關閉步進式下料器，關閉溶劑泵。

5.故障分析與排除

表1 設備故障分析表

6.安全保護裝置及事故處理

（1）安全保護裝置及注意事項

①嚴格遵照執行國家及化工行業相關安全規程。工作環境下，應嚴肅認真對待，以避免人身傷害或設備損壞。

②裝置通電使用前請仔細閱讀說明書，參照說明書對裝置進行操作、檢查和測試。

③在操作中不應接觸電路，可能會有致命的電壓、電流。

④在系統運轉中不得拆卸裝置部件，應避免觸及電路或者中毒。

⑤加熱爐和熱解爐在系統運轉時都是高溫運作，為避免操作燙傷，應在外貼高溫危險請勿觸摸的標識或者在加熱爐和熱解爐外圍裹保溫棉以防燙傷。

⑥在系統運轉前應檢查系統是否有漏氣的，避免煤氣中毒。

（2）出現故障或事故時的處理程序和方法

①如發現有煤氣泄漏，應及時關閉電源，通風，檢查泄露點整修。

②如發現系統運轉不正常，應及時關閉電源，對照說明書進行檢查。

7.保養與維修

正確的保養與維修能更好地發揮設備的性能，延長設備的使用壽命，所以必須定期對設備進行維護和保養。

（1）煤氣循環泵和溶劑泵應定期清理風機內部及外部，風扇的空氣通路，除去表面灰塵。若大量累積灰塵，散熱效果差，會造成溫度上升，風量減少，振動增加而造成故障。風機的軸承，油封及消聲器，葉片等屬于消耗品，故有一定壽命，需定期更換。轉盤旋轉裝置的軸承要定期檢查，增加或更換潤滑油，防止缺油引起傳動部件溫度升高，造成轉軸損壞。

（2）過濾塔、焦油洗滌塔和干燥塔要定期清洗或更換內部填充物。如若大zui累積灰塵、焦油等，會造成通風量降低，系統內部氣壓上升，影響流化狀態的正常工作。也會造成生產的氣體純凈度降低。

（3）熱解室、旋風分離器和半焦收容器要定期清理內部灰渣。如若大量積累灰渣等會，也會造成通風量降低，系統內部氣壓上升，影響流化狀態的正常工作。

（4）各閥門要經常檢查，在用完前必須加油，潤滑油為5#, 7#機械油，如缺油會造成漏氣或損壞等故障，干燥塔積水時應及時排放。

（5）設備經常使用時，每次啟動前應檢查系統是否漏氣，正常運轉時期檢修周期為每周一次，如出現運轉不正常的情況，應每次啟動前都檢修。

（6）設備閑置未使用時，應每隔十天啟動一次，啟動運行時間不少0.5小時，防止氣閥因時間過一長潤滑油干枯，造成氣閥或氣缸損壞。同時防止電控裝置的元器件受潮損壞。