、HS-LHC900型高温热管式流化床煤气化实验装置

1.产品概述

本产品详细设计了钠热管装置以及基于钠热管的流化床热解系统。设计基于高温钠热管的煤/生物质鼓泡床气化系统主要由煤粉料斗、加热炉、流化床热解炉、热管组、旋风分离器、煤粉过滤器、焦油洗涤收集器、煤气干燥器、煤气缓冲罐、煤气循环风机以及数据采集分析系统等组成，适用煤种范围广，煤粉粒度要求高。

2.结构特征与工作原理

本系统为循环系统（工作前充入大量惰性气体作为循环气），主要由三个小系统组成：从左往右依次为热解系统、净化系统及干燥及储气系统。

（1）热解系统

热解系统包括煤热解过程和原料输送过程。

学术意义上的煤热解，就是将煤放置在隔绝空气的环境下进行加热处理，即煤的干馏。具体步骤就是密封加热。而在实际设计中，要考虑到热解过程必须是不间断的有煤样的补给以及热解气的收集排放，所以将传统过程进行延展扩充，将简单地煤干馏实验进行系统化和具体化的设计，使整个实验能够不间断的进行。在初期的设计历程中，一改传统的煤加热方式，采用热管传热加热，从而将整个热解装置分为加热段和热解段。

加热段采用的是炉丝加热的方法，选用功率4.5KW 400×50的炉套，能快速完成对热管的加热，如图所示，热管在炉套中央进行加热处理，外围则是由保温棉所包裹的隔热段，进行保温，避免温度的散失。热解段则是使用φ108×3不锈钢管用作热解室，外围同样使用保温。循环气中所夹带煤粉的将由此进行热解反应生成兰炭及热解气。两端各有法兰连接，煤粉粒度要求较细，进料段有载气输送，为控制热解的进程，我们需对进料量及其速度，包括气流速度进行调控，从进料仓进入的煤粉下料量是由步进电机控制，而载气的流速则是通过循环泵功率选取进行调控。为了能随时了解炉内的温控情况，我们还在将K型热电偶插入其中，通过温度显示来调节加热状况，避免温度过高导致其他情况的出现。

而原料输送相对整体而言则相对简单，通过对比了多种输送方式的优缺点，再结合设计的理念zui终选择使用流化床输送工艺，通过管道连接来维持煤仓及管道的压力平衡，使得煤粉能借助自身重力作用下落，而zui终由气体夹带进入热解室。

（2）净化系统

净化系统由旋风分离器、过滤器、焦油洗涤塔三部分构成，为的是除去热解气中固含量，达到净化煤气的目的。

（3）干燥

干燥塔用于对煤气进行干燥处理，在气流进入干燥塔后，由于管径变宽，会使其流速变慢，从而有利于对其进行干燥，同时为了提高塔体对气流本身的干燥能力，根据需要设计在塔内对煤气进行三次干燥，即分段式干燥塔，通过塔板对塔体进行分层，从而将干燥系数不同的干燥剂分置在不同的塔板上，从低到高吸湿能力越来越强，又因为水汽会在运动中冷凝，所以在塔底下方设置一排水阀，便于及时将沉积下来的液体排空。

（4）流化床热解室

热解室的设计：热解室主体为一个φ108*3mm，高550mm的内空圆柱体，两端用盲板密封焊死。

进料口：在距热解室底部60mm处开孔，与φ46*3mm的钢管密封焊接，作为进料口。

出料口：在热解室顶部盲板中心开孔与φ46*3mm的钢管密封焊接，作为出料口。

供热:在热解室底部盲板中心开孔，插入钠热管，热解室与钠热管相接部分密封焊接。

（5）粉煤仓

粉煤仓的设计：上端是标准椭圆形封头与圆柱体用卡箍卡死，垫片密封，可拆卸，能密闭，方便装煤、排空气。下端是一个倾斜度为30°的锥形漏斗，与圆柱体密封焊死。粉煤仓的zui大容量为80L。

吹扫口：在筒体上，距卡箍50mm处对称开孔，与φ38*3mm的钢管密封焊接，用于吹扫，排空气。

粉煤仓的设计要求在于密封、方便加煤，方便排尽空气，对硬度和耐热性没有要求。

（6）旋风分离器

旋风分离器主体部分为直径为140mm，高为160mm的内空圆柱，下端为倾斜度为27°的圆锥。

进料口：在筒体上，距顶端60mm处，与筒体相切开孔，与一φ46*3mm的钢管密封连接。

升气管:在筒体上端中心处开孔，插入φ46*3mm的钢管，插入深度为60mm，连接部分密封焊接，以此作为升气管。

固体出料口：在锥形漏斗下端，连接一φ46*3mm的钢管，密封焊接，作为固体出料口。

（7）翻板下料器

翻板下料器的设计：由于流化床需要稳态运行，进料稳态是必须的，故选择翻板进料器进料，用电流的大小控制电机旋转速速，以控制进料量。

（8）过滤塔

过滤塔主体的设计：过滤塔的主体为内径174，壁厚为3mm的内空圆柱，塔高800mm，塔的上下端分别用卡箍卡一盲板密封。

进料口：在距塔底300mm处开孔，与φ46*3mm钢管密封焊接，以此作为烟气进料口。

出料口：在塔顶部盲板中心开孔，与一φ38*3mm的钢管密封焊接，作为出料口。

填料隔板：在距塔底部400mm、760mm处分别放置填料隔板，隔板与塔体连接部分有氧点焊。

（9）夹套换热器

换热器的设计：采用直接接触式的夹套换热器进行换热，因为处理量和生产时间都很小，所以不需要考虑烟气的冲刷，换热的意义在于对低温烟气的预热和干燥，考虑到制作的方便性选用φ46*3mm的钢管作为管程，φ82*3mm的钢管作为管程，管程两端3mm厚的钢板密封，壳体与管程相接部分密封焊接。

低温烟气进口：在距壳体下端封头41mm处开孔，与φ38*3mm的钢管密封焊接，以此做为低温烟气进口。

低温烟气出口：在距壳体上端封头41mm处开孔，与φ38*3mm的钢管密封焊接，以此作为低温烟气的出口。

（10）半焦收容器

半焦收容器的设计：半焦收容器主体为φ350mm壁厚3mm的内空圆柱，收容器高640mm，下端用椭圆型封头焊接密封，上端用卡箍卡一椭圆形封头密封。半焦收容器的zui大容量为60L。

吹扫口：在收容器上端封头上的适当位置对称开孔，分别与φ38*3mm的钢管密封焊接。

排焦炭口：在收容器底部封头中心开孔，与一φ38*3mm的钢管密封焊接，作为焦炭排出口。

（11）保温

考虑到热解反应是在500-600℃下进行的，热解产生的烟气温度也比较高，所以需要对系统进行保温，这样可有效减少热量散失，还可避免危险发生。

保温层的设计：考虑到烟气的烟气在焦油洗涤塔之前的温度都较高，所以在焦油洗涤塔之前的所有设备，管路都要进行保温。保温采用传统方法，在设备，管路外缠绕50mm厚的保温棉，缠实之后用白铁皮包裹。

（15）配管

整个系统的所有管路都采用标准镀锌钢管，尺寸有φ38*3mm、46*3mm、16*3mm、59*3mm，具体尺寸按照需要进行配选。管子连接有弯头连接、直通连接、三通连接、阀门连接、密封焊接，具体加工情况以实际为主。

3.安装与调试

基于高温热管的煤/生物质鼓泡床气化系统主要由煤粉料斗、加热炉、流化床热解炉、热管组、旋风分离器、煤粉过滤器、焦油洗涤收集器、煤气干燥器、煤气缓冲罐、煤气循环风机以及数据采集分析系统等组成。按工艺要求分别配备上述设备各一套。除此之外还配备半焦收容器和溶剂泵各一个、罗茨流量计两个，各阀门管道若干。出厂前按工艺组装设备，安装设备时注意各部件之间要保证密封。

4.使用与操作方法

（1）系统启动前，应事先准备好所需的煤粉和惰性循环气体，把煤粉装进煤粉进料斗里。关闭所有出口阀门通入惰性气体，检查系统气密性。注意实验室要通风，防止煤气中毒。

（2）打开燃烧室电源，打开煤气循环泵，打开步进式下料器，打开溶剂循环泵。

（3）观察燃烧室温度、压力、流化床的流速等是否正常。

（4）检测半焦收容室的半焦含碳量，调整步进式下料器的大小。

（5）检测产出气体的水分含量和焦油含量，调整干燥塔和焦油洗涤塔填充物的比例。

（6）观察气柜中是否有灰尘沉降，调整过滤塔中填充物的多少。

（7）观察压力表的大小，当压力过高时打开罗茨流量计放出煤气。

（8）热解完所需热解的煤粉，关闭燃烧室电源，关闭步进式下料器，关闭溶剂泵。

5.故障分析与排除

表1 设备故障分析表

6.安全保护装置及事故处理

（1）安全保护装置及注意事项

①严格遵照执行国家及化工行业相关安全规程。工作环境下，应严肃认真对待，以避免人身伤害或设备损坏。

②装置通电使用前请仔细阅读说明书，参照说明书对装置进行操作、检查和测试。

③在操作中不应接触电路，可能会有致命的电压、电流。

④在系统运转中不得拆卸装置部件，应避免触及电路或者中毒。

⑤加热炉和热解炉在系统运转时都是高温运作，为避免操作烫伤，应在外贴高温危险请勿触摸的标识或者在加热炉和热解炉外围裹保温棉以防烫伤。

⑥在系统运转前应检查系统是否有漏气的，避免煤气中毒。

（2）出现故障或事故时的处理程序和方法

①如发现有煤气泄漏，应及时关闭电源，通风，检查泄露点整修。

②如发现系统运转不正常，应及时关闭电源，对照说明书进行检查。

7.保养与维修

正确的保养与维修能更好地发挥设备的性能，延长设备的使用寿命，所以必须定期对设备进行维护和保养。

（1）煤气循环泵和溶剂泵应定期清理风机内部及外部，风扇的空气通路，除去表面灰尘。若大量累积灰尘，散热效果差，会造成温度上升，风量减少，振动增加而造成故障。风机的轴承，油封及消声器，叶片等属于消耗品，故有一定寿命，需定期更换。转盘旋转装置的轴承要定期检查，增加或更换润滑油，防止缺油引起传动部件温度升高，造成转轴损坏。

（2）过滤塔、焦油洗涤塔和干燥塔要定期清洗或更换内部填充物。如若大zui累积灰尘、焦油等，会造成通风量降低，系统内部气压上升，影响流化状态的正常工作。也会造成生产的气体纯净度降低。

（3）热解室、旋风分离器和半焦收容器要定期清理内部灰渣。如若大量积累灰渣等会，也会造成通风量降低，系统内部气压上升，影响流化状态的正常工作。

（4）各阀门要经常检查，在用完前必须加油，润滑油为5#, 7#机械油，如缺油会造成漏气或损坏等故障，干燥塔积水时应及时排放。

（5）设备经常使用时，每次启动前应检查系统是否漏气，正常运转时期检修周期为每周一次，如出现运转不正常的情况，应每次启动前都检修。

（6）设备闲置未使用时，应每隔十天启动一次，启动运行时间不少0.5小时，防止气阀因时间过一长润滑油干枯，造成气阀或气缸损坏。同时防止电控装置的元器件受潮损坏。