復合流化床煤氣化工程分析 復合流化床煤氣化工程分析

復合流化床煤氣化工程分析

  • 期刊名字:一重技術(shù)
  • 文件大?。?55kb
  • 論文作者:劉進(jìn)亮,趙運濤
  • 作者單位:中國第一重型機械股份公司技術(shù)中心工程師,一重集團大連設計研究院工程師
  • 更新時(shí)間:2020-07-10
  • 下載次數:次
論文簡(jiǎn)介

CFHI TECHNOLOGY熱加工10.3969/j.issn.1673- 3355.2015.01.010復合流化床煤氣化工程分析劉進(jìn)亮',趙運濤2摘要:通過(guò)對某公司燃氣使用現狀介紹,從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)保、安全等諸多方面充分分析采用新型煤氣化技術(shù)代替現有煤氣發(fā)生爐的可行性。關(guān)鍵詞:復合流化床;煤氣化;示范工程;規劃中圖分類(lèi)號: TQ546文獻標識碼: A文章編號: 1673-3355 (2015) 01-0010-05Study on Compound Fluidized Bed for Coal Gasification Project Liu Jinliang, Zhao Y untaoAbstract: From the points of techical, economic, environment protection and safety views, the paper gives a full analysis onthe feasibility of the replacement of the existing gas generator by a new coal gasification technology in consideration of theKey words: compound fluidized bed; coal gasification; demonstration project; planning某公司自成立以來(lái),一直由下屬燃氣分廠(chǎng)供2008年以前,該公司的燃氣全部由自產(chǎn)煤氣應熱值為6.1 M.J/Nm2的煤氣,該分廠(chǎng)所使用的煤供應,自2008年末開(kāi)始引進(jìn)天然氣,主要供熱處氣發(fā)生爐采用第一代固定床煤氣化技術(shù),對原材理使用。目前在燃氣使用上仍是兩氣并存的局面。料要求較高,生產(chǎn)效率低下,而選用先進(jìn)工藝技按照今后若干年的發(fā)展戰略,公司大型鑄鍛鋼術(shù)新建-座煤氣站,將有利于改善企業(yè)的燃氣供件制造基地未來(lái)將達到年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼水50萬(wàn)t、鍛件應現狀。而此次技術(shù)改造所采用的復合流化床煤24萬(wàn)t、鑄件6萬(wàn)t的規模。因此,生產(chǎn)大型鑄鍛氣化I藝是由國內某科研所自行研制并已通過(guò)國件時(shí)需要大量燃氣來(lái)加熱鋼錠和鍛件,或進(jìn)行鍛件家認定,具有獨立知識產(chǎn)權的先進(jìn)的煤氣化技術(shù)。和鑄件的熱處理及鋼水包和鋼錠模的預熱等。根據此外,利用本項技改項目成功運行的示范效應,近幾年的統計,在當前產(chǎn)品結構和工藝條件下,燃該公司可利用自身裝備制造優(yōu)勢與科研院所聯(lián)合氣消耗量與鋼水產(chǎn)量成正比,經(jīng)測算,在達到目標將該項技術(shù)向市場(chǎng)推廣,并以此示范工程為跳板,生產(chǎn)規模時(shí),年需33.5 M.J/Nm3熱值的天然氣2.88進(jìn)入煤化工市場(chǎng),拓展企業(yè)產(chǎn)品的領(lǐng)域。億Nm? (折合6.3 MJNm3熱值的煤氣為15 億Nm/a)。目前企業(yè)自產(chǎn)煤氣存在兩個(gè)問(wèn)題:其一,原料1項目背景煤必須使用水洗、中塊、弱粘性的煙煤,這在當前該公司的燃氣分廠(chǎng)建成于1959年,由蘇聯(lián)設的市場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行采購非常困難,而且價(jià)格還在不計,已經(jīng)運行50多年,共有型號為3AII-13的混斷升高,導致煤氣成本不斷上升;其二,生產(chǎn)過(guò)程合煤氣發(fā)生爐20臺。建廠(chǎng)初期,使用撫順老虎臺中產(chǎn)生的焦油渣和酚水會(huì )對環(huán)境造成嚴重污染,且煤礦的煙煤,煤氣熱值為6.1 M,J/Nm',后因該礦資不易治理。與煤氣相比,天然氣熱值高,品質(zhì)好,污染源枯竭,改用鶴崗峻德礦的煙煤,煤氣熱值只有少。只是目前企業(yè)和相關(guān)部門(mén)]的協(xié)議年供氣量?jì)H為5.8 M.J/Nm'。1.6億Nm',若按照達產(chǎn)需求計算,尚有1.28億中國煤化工1.中國第- -重型 機械股份公司技術(shù)中心工程師,黑龍江齊齊哈爾1610002.一重集團大連設計研究院工程師,遼寧大連16600MHCNMHG2015年第1期(總163期)37yz. @ch.comFHI一重技術(shù)熱加工Nm3缺口,且協(xié)議供氣能否始終保證足量供應也存4技術(shù)分析在變數,按照慣例,當天然氣供應緊張時(shí)首先應保證民用;其次,天然氣的價(jià)格高于自產(chǎn)煤氣約煤氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)始于20世紀30年代,現已經(jīng)20%~30%,且還有不斷上漲的趨勢,將增加大型形成了多種大規模煤氣化工藝技術(shù),世界上以煤為鑄鍛件生產(chǎn)成本,不利于產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭。原料生產(chǎn)合成氣或燃料氣的工廠(chǎng)所采用的氣化工藝基于以上情況,從保障燃氣供應安全、滿(mǎn)足環(huán)主要有固定床、流化床和氣流床。主要工藝分類(lèi)如保要求、降低燃氣成本等因素出發(fā),該公司決定采下:用先進(jìn)工藝建設新型煤氣站。固定床(固定床間歇氣化,l 加壓固定床連續氣化碎煤加壓氣化2建設規模[高溫溫克勒化流化床(U-GAS氣化!復合床粉煤氣化、恩德?tīng)t氣化按照測算結果當該公同生產(chǎn)基地達到規劃產(chǎn)能藝(水煤漿氣化時(shí),需天然氣2.88億Nm2/a (33.5 MJNm),其中氣流床{Shell (SCGP)|GSP、航天爐2.48億Nm'的天然氣可用熱值為6.1 M.J/Nm'的煤氣替代,換算后年需煤氣約15億Nm'。由于企業(yè)各種煤氣化工藝對原料煤的品質(zhì)均有一定要目前燃氣供應由天然氣和自產(chǎn)煤氣兩部分組成,為求,經(jīng)不同工藝處理后所得的煤氣成分不同。同確保企業(yè)燃氣供應安全,需綜合考慮投人產(chǎn)出比等時(shí),不同的氣化工藝的能量轉化效率,對環(huán)境的影因素,因此本規劃方案內容為生產(chǎn)等量的新型煤氣響程度等差別也很大。所以,在選擇煤氣化工藝以代替現有的自產(chǎn)煤氣,年產(chǎn)新型煤氣8億Nm',時(shí),需要綜合考慮這些因素。即新型煤氣站項目一期工程;若今后天然氣價(jià)格持4.1 固定床氣化技術(shù)續上漲,并明顯超過(guò)新型煤氣成本時(shí),可考慮再建魯奇爐是固定床煤氣化技術(shù)的典型代表,由聯(lián)設7億Nm2/a的二期工程,這樣可有效地降低企業(yè)邦德國魯奇公司在上世紀30年代開(kāi)發(fā),屬于第一的生產(chǎn)成本,保持穩定的產(chǎn)品價(jià)格和一定的市場(chǎng)競代煤氣化技術(shù),技術(shù)成熟可靠,是目前世界上應用爭能力。最普遍的煤氣化技術(shù),該工藝發(fā)展到現在更加成熟完善。其排渣方式有干法、熔聚、液態(tài)三種方式;3布局選址氣化壓力有低壓、中壓、高壓三種。因魯奇煤氣化煤制燃氣項目主要由備煤工段、氣化工段、凈技術(shù)得到廣泛的應用,故積累起豐富的運行經(jīng)驗?;ざ蔚壬a(chǎn)工藝裝置以及相配套的燃氣壓力能回其主要特點(diǎn)如下:收、空壓等輔助生產(chǎn)和公用工程設施組成。其中煤(1) 技術(shù)工藝成熟可靠,投資省,建設工期氣化工藝是項目的核心,本方案通過(guò)對煤氣化技術(shù)短。重點(diǎn)對比分析,并圍繞所采用的核心技術(shù)優(yōu)化相關(guān)(2)適應的煤種廣、氣化強度大、氣化效率配套裝置。高、粗煤氣無(wú)需再加壓即可遠距離輸送。項目廠(chǎng)址規劃在生產(chǎn)基地廠(chǎng)區內,與基地生產(chǎn)(3)對原料要求較高(對 原料煤的粒度、粘結設施相鄰,但遠離居民區。整體布局按具體工藝流性等指標都有一定的要求),氣化壓力低,生產(chǎn)能程由東向西布置,東側為原燃料的進(jìn)廠(chǎng)渠道,經(jīng)過(guò)力小,能耗高。備煤干燥后原料煤被送進(jìn)氣化爐,氣化產(chǎn)生的粗煤(4) 粗煤氣中含焦油、酚等成分,對環(huán)境污染氣經(jīng)凈化后進(jìn)人現有廠(chǎng)區煤氣管網(wǎng)供各個(gè)煤氣用戶(hù)嚴重,且所需廢水處理系統龐大。使用。因此,隨著(zhù)煤氣化技術(shù)的發(fā)展,生產(chǎn)規模的大原料場(chǎng)、旋風(fēng)除塵等存在污染源的功能區域結型化和環(huán)境保護要求的愈加嚴格,固定床技術(shù)將被合當地氣候及地理環(huán)境布置在下風(fēng)口,以減少對周逐漸淘汰。邊環(huán)境的污染,整個(gè)平面布局按工藝流程結合實(shí)際4.2流化床氣化技術(shù)場(chǎng)地情況進(jìn)行設計,在盡量減少物流周轉環(huán)節,降以恩德?tīng)t;中國煤化到用流態(tài)化技低生產(chǎn)運行成本的前提下,保證生產(chǎn)操作流程運行術(shù),借助氣化三氣)的吹人,順暢。YHCNMH G382015年第1期(總163期)CFHIyzijsecthi.comCFHI TECHNOLOGY熱加工使床層中的煤粒沸騰起來(lái),在燃燒產(chǎn)生的高溫條件含焦油、酚等污染物,經(jīng)過(guò)處理后可以排放。下,使氣固兩相充分混合接觸,發(fā)生碳的還原反(4)原料煤的干燥、磨制粉煤和加壓輸送是一應,最終實(shí)現煤的氣化;同時(shí),根據射流原理,在套復雜、龐大的系統,投資及動(dòng)能消耗高;適用于流化床底部設計出灰團聚分離裝置,在床內形成局大型IGCC電站或大型化肥生產(chǎn)。部高溫區,促成灰渣的團聚,并借助重量的差異將4.4復合流化床加壓氣化技術(shù)灰渣和煤粒分離開(kāi),在非結渣的情況下,能連續且該項氣化技術(shù)是將流化床和氣流床兩類(lèi)氣化技有選擇地排出低碳量的灰渣。其技術(shù)特點(diǎn)為:(1)煤種適應性廣,可使用冶金焦、瘦煤、煙術(shù)的優(yōu)勢結合在一-起組合而成的新技術(shù),其中流化煤、無(wú)煙煤、長(cháng)焰煤、氣煤、褐煤等。床氣化部分是利用其流態(tài)化技術(shù)優(yōu)勢,借助氣化劑(2)氣化壓力為常壓,但其氣化強度大,操作(空氣、氧氣、水蒸汽)的吹人,使床層中的煤粒彈性大,啟停車(chē)方便,爐內無(wú)運轉設備,維修工作沸騰起來(lái),在燃燒產(chǎn)生的高溫條件下,氣固兩相充分混合接觸,發(fā)生碳的還原反應,實(shí)現煤的氣化,(3)工藝流程短,設備結構簡(jiǎn)單,可全部國產(chǎn)同時(shí)由流化床底部的灰團聚分離裝置,促成灰渣團聚,借助重量的差異達到灰渣和煤粒的分離;在此化,且投資省,建設周期短,見(jiàn)效快。(4)因煤粒在床層中作強烈的湍動(dòng),由氣體帶基礎上為減少因流化床所帶出的飛灰(即二級旋風(fēng)出的細粉多,導致除塵系統較為復雜;同時(shí),設備帶出的細粉)造成的碳損失,再利用氣流床高溫氣化技術(shù)將帶出的飛灰進(jìn)一步燃燒和氣化, 從而使復也易磨損,要求設備材質(zhì)要耐磨。合流化床煤氣化后,碳的利用率較流化床有所提高4.3氣流床氣化技術(shù)(見(jiàn)表1)。分為以殼牌、GSP、航天爐等為代表的氣流床4.5煤氣化工藝的確定技術(shù)和以德古士、多噴嘴為代表的水煤漿氣流床技術(shù)。氣流床氣化工藝是在高溫、加壓條件下進(jìn)行魯奇固定床、復合流化床、水煤漿氣流床工藝的,煤粉、氧氣及少量蒸汽在加壓條件下流進(jìn)入氣都是技術(shù)先進(jìn)的煤氣化工藝。在原料的適合性方化爐內,在極為短暫的時(shí)間內完成升溫、揮發(fā)分脫面,魯奇工藝、復合床工藝對項目所使用的原煤均除、裂解、燃燒及轉化等一- 系列物理和化學(xué)過(guò)程。有很好的適合性,其中復合床工藝使用的粉煤較魯其主要特點(diǎn):奇工藝使用的塊煤更易得且價(jià)廉;且與該公司相臨(1)煤種適應性較強,碳轉化率高,煤氣有效地區有大量的褐煤儲量,原料價(jià)格低、供應方便。氣含量高(CO+H2)>84%, 煤氣中不含甲烷和其他在產(chǎn)品氣的品質(zhì)(燃氣熱值)要求方面,復合床富烴類(lèi)氧氣化工藝調節手段也非常簡(jiǎn)便有效,因此,最終(2)氣化壓力范圍在2.5~6.5 MPa之間。而且決定采用復合流化床加壓技術(shù)(見(jiàn)圖1)。提高氣化壓力,將有效縮小設備體積,有利于降低5經(jīng)濟分析能耗。(3)氣化爐高溫排出的融渣,經(jīng)冷卻?;?根據企業(yè)近幾年能源使用情況,測算新型煤氣性質(zhì)穩定,可作水泥等建筑材料,排出的廢水中不站生產(chǎn)熱值為6.1 MJ/Nm2的煤氣成本為0.365 元表1三種煤氣化工藝比較表氣化單爐100Nm碳轉冷煤氣有效氣總熱操作最大有效氣支術(shù)建廠(chǎng)工藝名稱(chēng)氣化工藝適用煤種壓力溫度投煤量耗氧量化率效率含量效率彈性成熟度投資(MPa)(C(%) (%) (%(%) (%)(t/d)(Nm)Lurgi塊固定床、褐煤、次煙煤、2.1-3.0 900-1100 1000-1300270-350 88~95 65-75 ~65 80~-90 30-110成熟較高煤氣化固態(tài)排渣無(wú)煙煤等復合床流化流化床、褐煤、 次煙煤、床氣化 固態(tài)排渣煙煤、油渣等0.5~1.0 950-1100 300-500 280-350 93~96 68~-75 ~70 >90% 70-110 成熟較低氣流床液次煙煤、 煙煤、中國煤化工水煤漿氣化4.0-6.5 1400~1600 2000380-430 96成熟較高態(tài)排渣油渣等:MYHCNM HG_2015年第1期(總163期)39yz. @ch.comFHI一重技術(shù)熱加工原煤鹵20198|3N21循環(huán)水|同切圖日空氣灰渣洗滌水1-平衡斗; 2-進(jìn)煤斗; 3-流化床氣化爐; 4-氣流床; 5-上渣斗; 6- -下渣斗; 7- -- -級旋風(fēng)分離器; 8- : 二級旋風(fēng)分離器; 9-二旋細粉罐; 10- 二旋細粉輸送罐: 11- 空氣分氣缸; 12- 氧氣分氣缸; 13- 蒸汽分氣缸; 14- -氮氣分氣缸; 15- 細粉收集罐; 16- 細粉上料罐; 17- 細粉平衡罐; 18- 細粉進(jìn)料輸送罐; 19- 廢熱鍋爐; 20-汽包; 21-蒸汽過(guò)熱器; 22- 脫氧水預熱器; 23- 水洗塔; 24- 閃蒸塔; 25- 汽水分離器; 26- 脫硫塔。圖1復合床工藝流程簡(jiǎn)圖(副產(chǎn)蒸汽回收利用后為0.343元)。將之與現有煤表2產(chǎn)品成本費用比較氣和天然氣的成本進(jìn)行對比(見(jiàn)表2)。燃氣熱值全成本當量成本氣源折算系數按年用氣量8億Nm2計算,新型煤氣與現有(MJ/Nm)(元/Nm?)(元/Nm)煤氣成本相比,當副產(chǎn)品的蒸汽不回收時(shí),每年可新建項目.31.0000.3650.343①0.343節約費用:燃氣分廠(chǎng)0.9710.3920.404(0.404-0.365 )元/Nm2x8億Nm'=3 120萬(wàn)元當副產(chǎn)品蒸汽回收時(shí),每年節約的費用:天然氣33.55.333.40.45(0.404-0.343 )元/Nm'x8億Nm'=4 880萬(wàn)元注:①副產(chǎn)品蒸汽回收。按產(chǎn)品燃氣的價(jià)格為0.343元/Nm',硫磺的價(jià)裝置;而對于由脫鹽水系統、本項目循環(huán)水系統以格為500元/t,蒸汽為100元/t,項目總投資為及廢熱鍋爐排出的清凈廢水,由項目設置的回用水37251萬(wàn)元計算,約8~10年即可收回投資(包括處理裝置(反滲透處理)回收部分去補充脫鹽水,建設期2年)。剩余濃鹽水直接排放或送蒸發(fā)池蒸發(fā)處理。此外,該項目還設置有故障事故池,將發(fā)生生產(chǎn)故障、事6環(huán)境保護分析故時(shí)產(chǎn)生的廢水先收集在事故池內,再根據生化處理裝置運行情況連續或間歇地送去處理。與現有燃氣分廠(chǎng)生產(chǎn)條件相比,新型煤氣站的新項目產(chǎn)生的灰粉和灰渣可作為添加燃料送電煤氣化工藝在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生酚水、焦油渣等廠(chǎng)或建材廠(chǎng)(制磚、制水泥)進(jìn)行綜合利用。對環(huán)境存在影響的污染物。因此,該煤氣化項目的污水可分為工藝廢水、7風(fēng)險分析生活污水、清凈廢水以及由于故障或事故產(chǎn)生的廢水,采用分級分質(zhì)方式處理。其中,氣化工藝產(chǎn)生(1)市場(chǎng)風(fēng)險的廢水經(jīng)與氣化裝置配套的廢水處理裝置初步處理本項目是中國煤化工的燃氣生產(chǎn)后送總廠(chǎng)生化處理裝置;生活污水送總廠(chǎng)生化處理項目,專(zhuān)供鑄MYHCN M H a燃氣需求穩402015年第1期(總163期)CFHIyz.5@cthi.com熱加工CFHI TECHNOLOGY定可靠,因此項目產(chǎn)品基本無(wú)市場(chǎng)風(fēng)險。的適合性,該工藝以其對原料的適應力強、投資(2)資源風(fēng)險小、環(huán)境友好等特點(diǎn)在煤制合成氣或燃氣生產(chǎn)領(lǐng)域項目所用原煤的主要供應商的煤炭?jì)湄S富,有著(zhù)非常巨大的應用前景。隨著(zhù)本項目的實(shí)施,復能夠充分滿(mǎn)足項目的需求。合床煤氣化工藝將進(jìn)一-步完善, 其工業(yè)化應用條件(3)技術(shù)風(fēng)險將更加成熟可靠。本項目的關(guān)鍵技術(shù)是煤的氣化技術(shù)。該項目所(2)三 廢排放符合環(huán)保要求。采用的復合流化床煤氣化工藝技術(shù),在國內已有類(lèi)本項目工藝技術(shù)采取了對粗煤氣氣體凈化處理似生產(chǎn)運行裝置,從運行情況來(lái)看處于工業(yè)化完善及回收硫磺等輔助措施;對污水生化處理、回用水階段處理等技術(shù)方案;并且視廢渣的用途采取了臨時(shí)堆(4)資金風(fēng)險放或綜合利用的方法。工廠(chǎng)排出的廢氣、廢水和廢本項目總投人資金約3.8億元人民幣,該企業(yè)渣均達到環(huán)保標準要求。作為中央直屬企業(yè),同時(shí)該項目符合國家首臺(3) 項目在經(jīng)濟上是可行的。(套)重大技術(shù)裝備試驗、示范項目要求,因此作本項目總投資為3.73億元,其中固定資產(chǎn)投為示范工程可以申請國家給予資金方面的支持,所資為3.53億元,流動(dòng)資金為0.20億元。本項目采以資金風(fēng)險較小。用預期的燃氣產(chǎn)品出廠(chǎng)價(jià)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟評估。評估(5) 政策風(fēng)險的結果為,項目建成并實(shí)現滿(mǎn)負荷運行后,按照目本項目產(chǎn)品為清潔的能源燃料,采用的工藝方前的褐煤、天然氣和現有燃氣廠(chǎng)的運行成本計算,案有完善的環(huán)保設施,項目有良好的環(huán)境效益和經(jīng)每年可節約成本8000多萬(wàn)元(較天然氣)或5000濟效益,排放的污染物能滿(mǎn)足國家的有關(guān)環(huán)保要多萬(wàn)元(較現有燃氣廠(chǎng)),經(jīng)濟效益還是十分明顯求,符合國家的產(chǎn)業(yè)政策。的。本項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策,能取得明顯的經(jīng)濟8結語(yǔ)效益和社會(huì )效益。同時(shí),企業(yè)依托自身裝備制造優(yōu)在綜合本文分析的基礎上,筆者認為復合流化勢,建設復合流化床技術(shù)應用示范工程,聯(lián)合擁有床加壓氣化技術(shù)為該企業(yè)能夠具體實(shí)施新建煤氣站該技術(shù)產(chǎn)權的科研院所共同推廣此項技術(shù),以此為項目,所需的以下三個(gè)基本條件提供了技術(shù)保證:契機進(jìn)入煤化工行業(yè),拓展企業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域,提高市場(chǎng)競爭能力。(1) 技術(shù)先進(jìn)、適合。該項目的關(guān)鍵技術(shù)是煤的氣化技術(shù)。從原料供因此,本文筆者認為該復合流化床加壓氣化煤應的可靠性和經(jīng)濟性、燃氣品質(zhì)的適合性以及煤氣氣站的實(shí)施方案是能夠實(shí)現提高企業(yè)煤氣產(chǎn)能,降化工藝對環(huán)境的影響情況等分析,復合床煤氣化工低企業(yè)生產(chǎn)成本,提高企業(yè)鑄鍛產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力的藝是我國自主研發(fā)的先進(jìn)的煤氣化技術(shù),有著(zhù)很好收稿日期: 2015-02-05預期目標。eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee(上接第50頁(yè))塑性模型可以表示為e'"=σf(2-f )[5] Fischer F D, Sun Q P, Tanaka K. 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