PRENFLO加壓氣流床氣化爐的開(kāi)發(fā)及應用

第21卷.第5期煤氣與熱力439●文章編號:1000- 441( 2001 )05 - 0439 - 04PRENFLO加壓氣流床氣化爐的開(kāi)發(fā)及應用步學(xué)朋彭萬(wàn)旺徐振剛.(煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所北京100013 )摘要介紹了PRENELO加壓氣流床氣化爐開(kāi)發(fā)過(guò)程的4個(gè)階段即K_ T氣化爐、ShellKoppers氣化爐、48 l/d的PRENFIO示范裝置及2 600 Vd的用于Iccc的PRENFLO工業(yè)示范裝置。介紹了PRENFIO ICCC示范電廠(chǎng)的運行情況。關(guān)鍵詞煤炭氣化加壓氣流床;PRENFLO氣化爐;accc中圖分類(lèi)號:TU996 ;TQ546文獻標識碼:A1弓言2.1 常壓K-T氣化爐20世紀40年代開(kāi)發(fā)了常壓煤粉氣流床氣化煤炭氣化是煤潔凈利用的關(guān)鍵技術(shù)之一,它廣爐簡(jiǎn)稱(chēng)K-T爐它是最早得到商業(yè)應用的氣流床泛應用于機械、陶瓷冶金等行業(yè)及化工合成生產(chǎn),氣化爐。自1950 年在芬蘭建成第-座商業(yè)化工廠(chǎng)用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電- ICCC、IGFC及獲得氫能等。目生產(chǎn)合成氨以來(lái),該工藝得到了廣泛的商業(yè)應用。前煤炭氣化以提高碳轉化率、冷煤氣效率降低氣化有一段時(shí)間在國外的煤基合成氨生產(chǎn)中90 %以過(guò)程的氧耗及煤耗為目標并向加壓及液態(tài)排渣、大上氣化工藝采用了K-T技術(shù),世界上計有18個(gè)國型化等方向發(fā)展，從而達到改善環(huán)境及降低產(chǎn)品成家的20家工廠(chǎng)先后使用了77臺K-T氣化爐1]主本的目的。加壓氣流床氣化技術(shù)是國內外優(yōu)先發(fā)展要用于工業(yè)合成氨、甲醇、制氫或做燃料氣。K-T方向之一。氣流床氣化技術(shù)有如下特點(diǎn)①能夠氣爐的數據表明2] 其氣化效率較高,C0+ H2產(chǎn)率高.化任何變質(zhì)程度的煤及煤的加氫殘渣、石油焦等②達90%但因常壓操作其經(jīng)濟性和操作方面尚存由于使用顆粒很細的煤粉及使用純氧在加壓下氣在一些不足?；蟠蠹涌炝藲饣磻俣?使氣化強度高、碳轉2.2 Shell - Koppers氣化爐化率高③氣化過(guò)程反應溫度高,產(chǎn)品煤氣中不含加壓型式的K-T工藝于1975 年在荷蘭建成加焦油和酚類(lèi)物質(zhì);④其缺點(diǎn)則是氧耗高需設置磨煤量6Vd的實(shí)驗裝置共試驗20種煤。1978 年在粉、顯熱回收及除塵等較龐大的輔助裝置。已工業(yè)前西德建設了-座能力為150 V/d煤的Shell _ Kop-化或正在示范的加壓氣流床氣化技術(shù)包括濕法加料pers 中試裝置操作壓力為3.0 MP{3-6。Shell-的Texaco.Testee和干法加料的ShellPRENFLO及Koppers爐工藝主要特點(diǎn)是采用密封料斗法加煤裝GSP等。PRENFLO 氣化爐的發(fā)展先后經(jīng)歷了K- T置和煤粉濃相輸送 氣化爐采用冷壁結構。Shell -氣化爐、Shell - Koppers氣化爐、48 V/d的Prenflo示范Koppers爐于1981年中期結束運轉累計操作6 000.裝置和2 600 Vd的用于ICCC的PRENFIO工業(yè)示多小時(shí)。后來(lái)開(kāi)發(fā)了干法加料氣化工藝,目前已建范裝置4個(gè)階段。下面分別予以簡(jiǎn)單介紹。立IGCC示范電廠(chǎng)。2.中國煤化工試驗裝置2發(fā)展過(guò)程MHCNMHG基金項目國家九五攻關(guān)97-A26-02-02-05作者簡(jiǎn)介步學(xué)服1965- )男山東招選人高級工程師碩士從事煤炭轉化技術(shù)的研究工作。440.步學(xué)朋等:PRENFLO加壓氣流床氣化爐的開(kāi)發(fā)及應用*2001年10月水|直華包餼C中廢熱回收荔汽發(fā)生器(門(mén)=發(fā)電機.中煤粉丫元|t中冷發(fā)器堿昌收內瓷過(guò)濾器循環(huán)氣__00烘煤氣調整處水一血-.酸性休”(密)奧氧室速t空“(分離單元淡圖時(shí)-- D≈燃[輪機圖1 ICCC流程表148t/d PRENFLO示范裝置試驗結果17]為減少每次試驗所需費用于1985 年開(kāi)始在德國建煤樣德國美國哥倫比亞 西班牙D德國設一套48t/d的示范裝置于1986年建成并正式C人wt% mf)48.877.175.661.0 74.4定名為PRENFLO( Pressurized entrained flow gasificationH人wt% mf)3.34.73.65.0的縮寫(xiě))氣化法,當年8月投入運轉11。s( wt% mf)1.22.40.92.8.1.0示范裝置運行的主要目的是確定長(cháng)期試驗設備N(xiāo)( wt% mf)1.1.6部件在連續操作條件下的運轉性能、可用性和耐久0( wt% mf)6.95.59.74.89.2a(wt% mt)0.1性。作為這個(gè)計劃的一部分將完成從不同地質(zhì)區A(wt% mf)38.68.37.8 26.6 8. 7域得到的煤樣的測試。為了評價(jià)提高碳轉化率的經(jīng)Q( MJ/kg mf )19. 8231.8830.09 24.35 30.03濟性飛灰的再循環(huán)也是試驗的一部分。氧氣純度/ %98.4899.58790該試驗裝置1986~ 1987年累計運行1 920h最粗煤氣( % mf)CO24.443.732.63 3.42 1 .90長(cháng)連續運行247 h。其后試驗至1988 年底運行了CO63.9859.59 65.61 60.02 58.33約7000 h。先后在實(shí)驗室及PRENFLO氣化裝置中H224.4326.00 25.42 19.62 26.18做過(guò)世界各地的120余種不同變質(zhì)程度的煤,試驗惰性氣③6.579.966.0915.8513.32H2S+ CoS0.580.720.251.09 0.27結果表明,該裝置幾乎可以氣化任何煤種。表1給煤耗< kg maf)480495518474出幾種煤的曲刑氣化結里可見(jiàn)PRENFLO氣化法的碳轉化率/ %99.3999.199.699.3氣化中國煤化工%以上熱效率95 %冷煤氣效率/% 75.677.578.981.8左右。CN MH G化法相比,干粉加料熱效率/ %9:94①氮氣做輸送氣②煤與石油焦混合物③飛灰循環(huán)。的冷煤氣效率要高3 %~ 10 %而煤氣中的有效成分CO+ H2高約10 %另外PRENFLO氣化法的氧耗從1981年在原有氣化爐及工藝開(kāi)發(fā)的基礎上,相對也較低顯示了該氣化方法的優(yōu)越性。第21卷第5期煤氣與熱力441.3300 MW IGCC示范廠(chǎng)及工藝中心圓筒.上升至氣化爐頂部然后折轉向下，從中心圓筒與爐壁間的環(huán)形對流冷卻區域由第1級冷卻器3.1 PRENFLO 的IGCC示范電廠(chǎng)流程的底部即氣化爐腰部)離開(kāi)進(jìn)入第2級對流冷卻1992年用PRENFLO加壓氣流床氣化技術(shù)在西器。第1級冷卻器的環(huán)形冷卻區布置有4層螺旋管班牙建ICCC示范電廠(chǎng),其單 臺氣化爐的氣化能力換熱器熱煤氣在管外流動(dòng),水在管內流動(dòng)并產(chǎn)生為2600t/d是目前世界上單臺能力最大的加壓氣高壓飽和蒸汽。第2級冷卻器內部也布置螺旋管,流床氣化爐。煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)電廠(chǎng)比傳統燃煤電但層數不同煤氣出口溫度降至約250 C。廠(chǎng)效率提高并降低污染圖1為IGCC的流程圖。(4)除塵和~飛灰再循環(huán)系統。冷卻至約250C3.2 PRENFLO氣化工藝的特點(diǎn)的粗煤氣進(jìn)入陶瓷過(guò)濾器進(jìn)一步除塵后再進(jìn)文丘IGCC電廠(chǎng)工藝流程包括空氣分離、煤炭氣化、里洗滌器冷卻除塵,使煤氣降至常溫及灰塵含量小煤氣凈化及硫回收、煤氣及蒸汽聯(lián)合發(fā)電等單元。于1 mg/m3然后進(jìn)入脫硫系統。過(guò)濾器收集的飛( 1)空氣分離單元。目的是將來(lái)自燃氣透平的灰經(jīng)鎖斗用氮氣送回氣化爐,以提高碳的轉化率。壓縮空氣進(jìn)行分離，得到氧氣和氮氣氧氣去氣化爐(5)煤氣脫硫及硫回收。降溫除塵后的煤氣先做氣化劑氮氣- -部分用于煤粉氣流輸送另-部分對有機硫COS加氫將其轉化成H2S然后用MEDA用于燃氣透平前稀釋潔凈煤氣。法進(jìn)行吸收煤氣中的H2S解吸后的含H2S氣進(jìn)入( 2 )制粉和輸送系統。PRENFLO 氣化爐采用干克勞斯工藝處理并得到硫磺。法進(jìn)料系統煤在噴入氣化爐之前，,首 先需要在干燥(6 )聯(lián)合發(fā)電。凈化后的煤氣用水蒸氣飽和及和粉碎系統中處理。對制粉系統的要求是:對煙煤氮氣稀釋,以降低煤氣熱值，從而達到降低燃燒時(shí)火的含水量要求小于2%(wt)90%的煤粉粒度小于焰溫度的目的減少NO,的生成量。煤氣燃燒產(chǎn)生100 pum對于褐煤的含水量要求小于6 %( wt),75%高溫煙氣并帶動(dòng)燃氣輪機發(fā)電排出的高溫煙氣去煤粉粒度小于100 pumo合格的煤粉是用純氮氣進(jìn)廢熱鍋爐回收煙氣中的顯熱以產(chǎn)生蒸汽降溫后的行輸送的。首先進(jìn)入常壓的煤粉旋風(fēng)器,使煤粉與煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。氣化爐及煤氣冷卻器、廢熱N2氣分離。煤粉進(jìn)入閘式煤粉料斗,而N2通過(guò)過(guò)鍋爐產(chǎn)生的高、中、低壓蒸汽匯集去蒸汽輪機發(fā)電。濾器后放空。此后,向閘式煤粉料斗充高壓N2氣，3.3 PRENFLO的 IGCC電廠(chǎng)主要技術(shù)參數將煤粉壓入煤粉進(jìn)料斗中然后按嚴格的計量關(guān)系,氣化原料計劃使用50 %當地高灰煤和50 %高由N2氣將煤粉送到噴嘴中。當 閘式煤粉料斗中的硫石油焦其混合物在48 tl/d 的PRENFLO氣化爐試煤粉用盡后,可使之泄壓再重新加煤粉。驗數據見(jiàn)表1表2為IGCC示范電廠(chǎng)的主要技術(shù)指(3 )氣化爐和煤氣冷卻。PRENFLO氣化爐有4標8]。個(gè)燃燒器噴嘴),從給料系統來(lái)的煤粉與氧氣和水3.4 PRENFLO 氣化工藝IGCC運行情況蒸氣-起噴入氣化爐進(jìn)行反應先脫揮發(fā)分及揮發(fā)西班牙Puetollan IGCC電站于1996 年用天然氣分燃燒溫度約1 500 C ,火焰中心溫度高達2 000對燃氣透平點(diǎn)火聯(lián)合循環(huán)裝置試車(chē)完成。1997 年C。然后進(jìn)入半焦反應區。由于溫度很高,因此產(chǎn)12月開(kāi)始用煤制氣,1998年3月燃氣透平開(kāi)始用生的粗煤氣中不含高碳氫化合物、焦油及酚。反應煤氣發(fā)電。但由于一些較嚴重的問(wèn)題如燃氣透平對區域的爐襯通過(guò)水冷壁來(lái)冷卻,同時(shí)可產(chǎn)生中壓飽煤氣的適應性及加煤系統和熔渣排除系統的問(wèn)題,和蒸汽。從氣化反應區排出的液態(tài)渣,在集渣器的使整個(gè)工藝整體操作時(shí)間后推。經(jīng)改進(jìn),1998年10水槽中冷卻并用碎渣機破碎大渣經(jīng)過(guò)閘門(mén)式鎖斗月獲得了煤氣燃燒的穩定操作,截止1998年9月,排出并與水分離渣被送入渣場(chǎng)水經(jīng)處理后循環(huán)最長(cháng)中國煤化工時(shí)的負荷為80%氣使用。粗煤氣在進(jìn)入氣化爐上部的煤氣冷卻器之化爐MHCNMH G有在100 %負荷運行前采用除塵后的冷煤氣對熱煤氣進(jìn)行激冷,目的是記錄。初步試驗表明,50 %煤和50 %石油焦混燒迫使熱煤氣中夾帶的熔融態(tài)灰渣凝固,以防止灰渣時(shí)的實(shí)際運行數據與設計值非常接近910]。據介粘結在廢熱鍋爐的管壁上。被激冷的煤氣繼續上升紹到1999年12月初,PRENFLO的IGCC示范電「進(jìn)入第1級煤氣冷卻器(鍋爐)煤氣先從冷卻器的已運行了近2000h在氣化爐負荷約為93 %時(shí)發(fā)442●步學(xué)朋等:PRENFLO加壓氣流床氣化爐的開(kāi)發(fā)及應用*2001年10月電量大于310 MW聯(lián)合循環(huán)率為52 %。1根回流氮氣管 ,由于管徑設計太小使氮氣排氣不.暢導致煤粉下落不連續。解決的辦法是在回流管上表2 ICCC 示范電廠(chǎng)的主要技術(shù)指標與參數增加了1個(gè)文丘里抽氣器,以提高氮氣回流的速度,數值從而使排氣暢通煤粉下落連續而均勻。氣化煤量( v/d)2 600(3 )氣化出現過(guò)因細渣太多而導致黑水含渣量產(chǎn)氣量( m2/h)180 000大造成黑水系統磨損堵塞的問(wèn)題。解決的辦法是氣化爐操作壓力/MPa2.0采取過(guò)濾將黑水中的細渣除去。主t煤氣熱值( MJ/m? )10.6供氧量( m2/h)70 000技f供制氧壓縮空氣量( m2/h)300 000參考文獻:術(shù)F供制氧壓縮空氣壓力/MPa1.6氣化爐直徑/m氣化爐總高度/m15[1] KRUPP KOPPERS公司.煤的氣化科學(xué)報告會(huì )-技術(shù)介紹[ C]示.其中:氣化爐高度/m5北京:1987 .鍋爐高度/m30[2]沙興中,楊南星.煤的氣化及應用[ M]上海:華東理工大學(xué)氣化爐噴嘴/個(gè)出版社,1995. 253- 254.高純度硫磺產(chǎn)量( t/d)77[3]沈余生.煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電介紹[J]煤氣與熱力,990 ,總功率/MW335主10(1):-10.要.|.燃氣輪機功率/MW190[4] 步學(xué)朋,戢緒國,彭萬(wàn)旺等. Shell加壓煤粉氣流床氣化技術(shù)支F蒸汽輪機功率/MW45的開(kāi)發(fā)和應用J]潔凈煤技術(shù),1997 ,3(1)42 -46.術(shù)t凈輸出功率/MW300[5]徐振剛.加壓氣流床煤氣化技術(shù)及其在中國的發(fā)展A].第二①設計50% Putollano煤,參|燃料屆潔凈煤技術(shù)國際研討會(huì )論文集, 中文附集[C].北京:1999 ,50%石油焦②其它煙煤不凈供電效率/%電廠(chǎng)排放[6] 王旭賓.聯(lián)合循環(huán)發(fā)電制氣工藝的介紹[J]煤氣與熱力,350 - 355.污染物竟|s0(6 %02 )( mg/m' )<251998 ,18( 1):- 10.參NO(6 %O2 )( mg/m2 )< 150[7] 焦樹(shù)建.燒煤的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置[ M]北京:清華大懸浮灰塵/( mg/m3 )學(xué)出版社, 1994. 141- 150.[8]曹征彥中國潔凈煤技術(shù)[ M]北京:中國物資出版社,1998.. 3.5 IGCC電站的問(wèn)題408 -412.在Pouertollano IGCC電站中曾出現過(guò)下述幾個(gè)[9]許世森, 危師讓.國外4座大型ICCC電站的煤氣化工藝[ J]中國電力1999 328)60- 65.問(wèn)題910]:[10] Jacquet L , Zhou Wei. EDF" s Expenience in the field of dean coal( 1 )用煤氣或天然氣切換煤氣后燃氣透平的燃power plant[ A ] Proceedings of Second Intemational Symposium on燒噴嘴有雜音,目前已解決。Clean Coal Technolog[ C ]. Beiing : China Coal Industry Publishing(2 )壓力供料鎖斗下粉不暢。在2級鎖斗間有House , 1999. 704-713.Development and Application of PRENFLO PressurizedEntrained - bed GasifierBU Xue- peng , PENG Wan- wang ,XU Zhen - gang( Bejing Research Institute of Coal Chemitry , China Coal Reseurch Jnstitte . Reiinm 100013 , China )中國煤化工Abstract : The four developing stages of Prenflo pressurized entraineJYHc N M H Gtroduced in this pape.These are K - T gasifier , Shell - Koppers gasifier ,48 t/d Prenflo demonstration gasifier and 2600 t/ d Prenflo industrialdemonstration gasifier in Spain IGCC power plant. The present situation of Prenflo ICCC demonstration power plant is alsointroduced .Key words : coal gasification ; presurzed entrained - bed gasifier ; Prenflo ; IGCC