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（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

氣化爐煤氣分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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（北京盛沃科技有限公司，北京 1 0 0 0 8 1）

介紹了氣化爐煤氣分析系統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，解決了現(xiàn)有裝置中由于預(yù)處理系統(tǒng)故障導(dǎo)致煤氣分析系統(tǒng)不能運(yùn)行的問(wèn)題。

除塵；除水；減溫；減壓

氣化爐是煤化工（合成氨，甲醇等）中產(chǎn)生原料氣的重要設(shè)備，生產(chǎn)的原料氣（煤氣）的成分主要是H2、C O、C O2和CH4。原料氣組分含量的參數(shù)對(duì)工藝生產(chǎn)十分重要，需要采用氣體分析儀對(duì)煤氣的組分進(jìn)行分析。氣化爐煤氣分析系統(tǒng)主要由預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀表組成。其中，氣體分析儀可以采用兩塊常規(guī)分析儀來(lái)完成幾個(gè)組分的分析。如采用一臺(tái)熱導(dǎo)分析儀分析 H2，采用一臺(tái)紅外分析儀分析C O、C O2、CH4等。也可以采用一臺(tái)氣相色譜完成所有組分分析。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：色譜分析方法的優(yōu)點(diǎn)是分析結(jié)果比較準(zhǔn)確，沒(méi)有由于組分之間的干擾引起的分析誤差。缺點(diǎn)是色譜是周期分析，不是實(shí)時(shí)分析，分析結(jié)果滯后。色譜的運(yùn)行需要載氣，維護(hù)成本高。此外，色譜本身相對(duì)復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高；常規(guī)分析儀具有響應(yīng)時(shí)間快，維護(hù)成本低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的要求不是很高的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，由于氣化爐煤氣組分比較復(fù)雜，采用熱導(dǎo)分析儀分析H2時(shí)，其他氣體組分對(duì)于H2分析有干擾。尤其是大量C O2的存在對(duì)H2分析會(huì)產(chǎn)生較大誤差，通常利用C O2的分析結(jié)果對(duì)熱導(dǎo)分析儀分析的H2進(jìn)行修正。

不論是色譜還是常規(guī)分析儀，對(duì)進(jìn)入儀表的樣氣條件如露點(diǎn)、粉塵含量、腐蝕性、溫度、壓力及流量等都有嚴(yán)格要求。通常工藝氣體的條件不符合儀表對(duì)樣氣的要求。所以，需要采用預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)樣氣進(jìn)行處理，使進(jìn)入分析儀表的樣氣條件滿(mǎn)足儀表的要求。由于氣化爐煤氣為高溫（約2 5 0℃），高壓（約8MP a），高含水量（約6 0%）和高粉塵量，處理起來(lái)很困難。以往氣化爐氣體分析系統(tǒng)經(jīng)常由于預(yù)處理系統(tǒng)有問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，粉塵或水進(jìn)入儀表造成儀表?yè)p壞。

儀表故障的原因很少是由于儀表本身的質(zhì)量引起的，多數(shù)情況下是由于預(yù)處理系統(tǒng)失效導(dǎo)致儀表?yè)p壞。所以，預(yù)處理系統(tǒng)的好壞是分析系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本文針對(duì)氣化爐工藝條件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，維護(hù)量少，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，滿(mǎn)足了用戶(hù)的要求。

1 方案設(shè)計(jì)

本預(yù)處理系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)和二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)。一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)安裝在取樣點(diǎn)附近，圖1為一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)的流程圖。樣氣從工藝管道取出后先經(jīng)節(jié)流減壓器1減壓后，進(jìn)入水冷器冷卻到4 0～6 0℃。這時(shí)，在樣氣中冷凝出大量的水。樣氣從冷卻器出來(lái)后進(jìn)入過(guò)濾器，大量的水和粉塵被樣氣攜帶著經(jīng)由節(jié)流減壓器2去到火炬排放；經(jīng)過(guò)過(guò)濾后水和粉塵含量很少的樣氣再由減壓閥減壓后送到二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理。

通常分析儀表要求進(jìn)入儀表的樣氣的露點(diǎn)溫度低于環(huán)境溫度5℃，從而保證在環(huán)境溫度中的樣氣中沒(méi)有飽和水生成。而經(jīng)過(guò)一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣的露點(diǎn)溫度在4 0～6 0℃的范圍，在樣氣進(jìn)入儀表前還需要采用二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)樣氣進(jìn)一步處理。

二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)安裝在儀表附近，流程如圖2示。經(jīng)過(guò)一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣進(jìn)入二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)后，先由過(guò)濾器1進(jìn)行除水過(guò)濾，再由自動(dòng)控溫的冷凝器冷凝，使樣氣的露點(diǎn)溫度控制在5℃左右。低露點(diǎn)的樣氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器2進(jìn)行最后一次精過(guò)濾后送給儀表進(jìn)行分析。過(guò)濾器1、2及冷凝器產(chǎn)生的液體排放到水封排凝器中，當(dāng)積液高于水封的設(shè)定高度，液體自動(dòng)排放掉。

圖1 一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)流程圖

圖2 二級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)中采用的冷凝器為渦流制冷冷凝器。通過(guò)控制渦流制冷器的空氣量控制冷凝器的溫度即樣氣溫度。

2 主要部件的作用與工作原理

2.1 節(jié)流減壓器

氣化爐煤氣為高壓氣體，必須經(jīng)過(guò)減壓處理后才能使樣氣壓力滿(mǎn)足分析儀表的要求。由于氣化爐煤氣為高粉塵高水含量介質(zhì)，如果采用普通減壓閥進(jìn)行減壓，樣氣中的粉塵很容易使減壓閥堵塞，導(dǎo)致系統(tǒng)不能運(yùn)行。本方案針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的節(jié)流減壓器。即解決了系統(tǒng)減壓的要求又避免了系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題。

2.2 渦流制冷冷凝器

系統(tǒng)中的冷凝器為渦流制冷原理，不需要電力驅(qū)動(dòng)，只需要提供壓縮空氣就可以實(shí)現(xiàn)樣氣的冷凝。冷凝器利用渦流管（VO R T E X TU B E）產(chǎn)生的冷氣通過(guò)換熱器對(duì)樣氣進(jìn)行冷卻。溫度控制是通過(guò)一個(gè)溫度傳感器將樣氣溫度信號(hào)送到溫度控制器，溫度控制器經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算后控制電磁閥的開(kāi)啟來(lái)控制進(jìn)入渦流管的空氣量最終實(shí)現(xiàn)樣氣溫度的控制。渦流管的工作原理如圖3所示。

在渦流管內(nèi)部有一個(gè)渦流發(fā)生器，壓縮空氣在進(jìn)入渦流管的過(guò)程中形成一個(gè)繞軸旋轉(zhuǎn)的渦流，產(chǎn)生冷空氣和熱空氣。沿著管壁流向控制閥的高速旋轉(zhuǎn)空氣（約為1，0 0 0，0 0 0r p m）得到能量形成熱空氣（圖中右側(cè)）通過(guò)控制閥排出；剩下的在高速氣流中間的低速氣流在此過(guò)程中將能量傳給外層高速旋轉(zhuǎn)的空氣給出能量形成冷空氣（圖中左側(cè)），冷空氣逆著熱氣流的方向從渦流管的另一端排出。渦流管的冷空氣的溫度可以比壓縮空氣源的溫度低約3 8℃。

3 預(yù)處理系統(tǒng)操作要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

1）經(jīng)過(guò)一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣的溫度應(yīng)該為4 0～6 0℃，可以通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量控制。

2）經(jīng)過(guò)一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)處理的樣氣的壓力應(yīng)該為0.1～0.1 5MP a，可以通過(guò)調(diào)節(jié)一級(jí)預(yù)處理系統(tǒng)的P R V實(shí)現(xiàn)。

3）用于冷凝器制冷的壓縮空氣應(yīng)該是無(wú)油、無(wú)塵的清潔空氣，露點(diǎn)溫度要小于－4 0℃。含油的空氣會(huì)使油附著在冷凝器內(nèi)部的換熱器上，降低換熱工效，不能有效降低樣氣的露點(diǎn)。

圖3 渦流管的工作原理

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)改造的樣氣預(yù)處理系統(tǒng)投入使用后，已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了1 2個(gè)月。沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)系統(tǒng)堵塞和樣氣中水不能除凈的問(wèn)題，表明系統(tǒng)的工作能夠滿(mǎn)足儀表的要求。

［1］ 陳菊枝，洪獻(xiàn)春.煤炭氣化技術(shù)［J］.化學(xué)工程與裝備，2 0 1 1（4）

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