循環(huán)流化床煤氣化高溫助燃的設計與應用

第5期武楨,等:循環(huán)流化床煤氣化高溫助燃的設計與應用，17●循環(huán)流化床煤氣化高溫助燃的設計與應用武楨,盧燕云(馬鞍山科達潔能股份有限公司,安徽馬鞍山243041)摘要:科達潔能清潔煤氣化系統采用高溫煤氣預熱混合氣化劑,高溫助燃氣化劑溫度可達到750C ,有效降低了煤耗,提高了煤氣熱值和氣化效率。關(guān)鍵詞:煤氣化;高溫;助燃中圖分類(lèi)號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:1008 -021X(2012)05 -0017 -03Design and Application of High Temperature Combustion - supportingfor Circulating Fluidized Bed Coal Gasification CombustionWU Zhen , LU Yan -yun(Maanshan KEDA Clean Energy Co.，Ltd., Maanshan 243041 , China)Abstract: KEDA newpower gasification systems adopt high temperature gas preheated mixed gasifyingagent , high temperature combustion gasification temperature could reach 750C，the coal consumptionreduced effectively ,gas caloric value and gasification eficiency increased both。Key words :coal gasification ; high temperature ;combustion - supporting近年來(lái),粉煤氣化技術(shù)逐漸發(fā)展,如何最大限度反應(1)和(2)分別是二氧化碳還原反應和水地節能降耗,實(shí)現熱量的綜合利用,- -直是粉煤氣化蒸汽分解反應,煤氣中的可燃氣體H2和CO主要由研究的目標。在理想氣化條件下，碳全部轉化為這兩個(gè)反應產(chǎn)生。放熱反應主要為吸熱反應提供熱CO,且C和02生成CO2的反應所放出的熱量全部量:用于水蒸汽分解反應,氣化系統為絕熱,碳的化學(xué)熱C +O2(氣) = CO2 + 408.8kJ/mol(3)將無(wú)損失地全部轉入煤氣中,使冷煤氣氣化效率達在煤氣化工藝中,高溫氣化劑的引入,提高了爐100%。但是實(shí)際生產(chǎn)的熱量損失不可避免,氣化內氣化溫度,對氣化反應的影響主要表現在以下兩過(guò)程的熱損失主要有兩方面:一方面是干煤氣物理個(gè)方面:①加快了氣化反應速率,加強了吸熱反應，熱、未分解蒸汽的熱焓以及帶出物、灰渣的化學(xué)熱和吸熱反應(1)(2)是氣化反應中極其重要的反應。物理熱等,另--方面是發(fā)生爐對環(huán)境的熱損失。其當溫度升高時(shí)，反應(1)的平衡常數急劇增長(cháng),有利中干煤氣物理熱所占比例較大,從能量轉換利用的于正反應的進(jìn)行,也相應地改變了吸熱與放熱反應角度出發(fā),科達清潔煤氣化系統利用高溫煤氣余熱，進(jìn)行的程度比例,吸熱反應的加劇,導致更多的CO2將富氧空氣與蒸汽預熱至750C,預熱后的混合氣被還原，更多的水蒸汽被分解,這樣就提高了煤氣中化劑經(jīng)過(guò)均勻布風(fēng)后進(jìn)入爐內,大大降低了煤耗,提CO和H2的的比例,使煤氣熱值提高。②高溫氣化高煤氣熱值和氣化效率,實(shí)現了熱量的綜合利用。劑帶人爐內大量的顯熱,減少了為氣化反應提供熱1預熱混合氣化劑的原理量的燃燒反應份額,從而相應減少了燃燒所需的空煤氣化過(guò)程主要存在吸熱和放熱兩組反應,吸氣量,煤氣中惰性氣體如N2、CO2含量降低,煤氣熱熱反應為:值增加。C +CO2(氣) =2CO - 162.4 kJ/mol2高溫助帳氣化 劉的設法C+H20(氣) =CO +H2-118.8kJ /mol (2)由于生中國煤化工，B的熱量遠大于YHCNMHG收稿日期:2012 -04-11作者簡(jiǎn)介:武楨( 1962- -) ,江蘇南通人,碩士,工程師,現從事煤氣化技術(shù)及研發(fā)工作。山東化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷CO2還原及水蒸汽分解吸收的熱量,科達清潔煤氣量降低,提高煤氣熱值和氣化效率?；到y在溫克爐和恩德?tīng)t工藝基礎上進(jìn)行改造,設3科達清潔煤氣化系統工藝計使用了高溫助燃氣化劑。煤氣化過(guò)程的反應假設科達1000Nm'/h清潔煤氣化系統主要由煤氣按照下述的過(guò)程進(jìn)行,常溫的混合氣化劑升溫至發(fā)生系統、空分系統、鍋爐系統、除塵系統和脫硫系750C吸收的熱量為△H,常溫煤升溫至750°C吸收統等組成,其工藝流程圖如圖2。的熱量為△H2,在7509C部分煤經(jīng)過(guò)氧化還原反應25°C氣化劑氣化生成煤氣,在7509C前已發(fā)生氣化反應生成的25C煤950C煤氣煤氣和未來(lái)得及參加反應的細小粉煤被--同加熱，最終出爐煤氣的溫度為950C。氣化劑和煤的升溫0H吸收的熱量與CO2還原和水蒸汽分解吸收的熱量均750C氣化劑25°C煤由△H提供。反應過(guò)程見(jiàn)圖1。如果利用出爐高溫煤氣將氣化劑預熱至0H2750C ,則節約了熱量OH用于CO2還原和水蒸汽950C氣化劑分解反應的進(jìn)行，使得煤氣中CO和H2比例增加，750C煤950C煤同時(shí)加快了氣化反應的過(guò)程。圖1煤氣化反應過(guò)程另外，由于高溫煤氣的余熱利用,節約了耗煤量,并減少了氣化劑的用量,隨之使得煤氣中N2含氣化[搟氣煤氣原料制備糊煤、給煤粉煤發(fā)生劑高余熱徽、除塵煤氣脫硫煤氣加壓溫預回收系統爐煤氣熱系煤氣系統充鹽舞|燙|I空分軟水氣流.制氧輸送氣樊制鍋爐灰渣制磚圖2科達粉煤氣化 系統工藝流程空分設備為-套帶增壓透平膨脹機的常溫分子生氣化反應生成煤氣。煤氣帶著(zhù)飛灰從氣化爐頂部篩吸附純化的空分裝置。氣化劑由富氧空氣和蒸汽進(jìn)入高溫分離器,大顆粒飛灰被分離下來(lái)經(jīng)過(guò)返料組成,富氧空氣由空分產(chǎn)生的氧氣與空氣混合而成，管回到爐底料層繼續反應,小顆粒飛灰隨著(zhù)煤氣一蒸汽則由余熱回收系統產(chǎn)生。除塵系統采用袋式除起進(jìn)入高溫氣化劑預熱系統,釋放出部分顯熱,接著(zhù)塵器補集飛灰,鍋爐系統燃燒飛灰中的殘炭,同時(shí)產(chǎn)進(jìn)人余熱回收系統,繼續釋放出顯熱,降溫后的煤氣生蒸汽輸往用戶(hù)。煤氣發(fā)生系統工藝流程如下:儲進(jìn)入除塵系統,小顆粒飛灰被分離并送至鍋爐系統，存在煤倉的原煤通過(guò)備煤系統處理成粒度在10mm除塵后的中國煤化工2S后成為潔凈以下的粉煤,通過(guò)帶式輸送機、卸料機等輸送至煤煤氣。爐澀1HCNMH t冷卻水套與水斗,然后由螺旋給煤機送人爐膛。氣化劑經(jīng)過(guò)高溫冷出渣機的伶卻后田市式犧達磯犧送至渣倉等待外預熱系統加熱后由風(fēng)室進(jìn)人氣化爐底部,與粉煤發(fā)運。.第5期武楨,等:循環(huán)流化床煤氣化高 溫助燃的設計與應用●19●4高溫 助燃氣化劑的應用科達煤氣爐采用循環(huán)流化床,對煤質(zhì)的要求較科達清潔煤氣化工藝中出爐煤氣的高溫余熱利低,可采用低劣質(zhì)的褐煤,也可采用煙煤,其均能在用采用兩級換熱器,即高溫氣化劑預熱系統和余熱爐內進(jìn)行較好的氣化反應。即使使用低發(fā)熱量的褐回收系統。出爐煤氣與混合氣化劑在高溫氣化劑預煤,氣化效率也可達到72%以上。由于采用的是等熱系統中進(jìn)行換熱,使得煤氣溫度由950C降至壓風(fēng)室均勻布風(fēng)，煤粉粒度<10mm,因此對煤的粒500C ,混合氣化劑被預熱至750C。余熱回收系統度分布要求也較低,且能在爐內進(jìn)行較好的流化。中,煤氣顯熱進(jìn)-步被釋放,產(chǎn)生的飽和蒸汽在進(jìn)入4.2 運行指標高溫氣化劑預熱系統前與富氧空氣混合,形成混合科達煤氣爐控制富氧空氣中氧氣濃度為26%氣化劑?？七_清潔煤氣化系統在四川的兩套裝置自~30%,氣化爐底部溫度控制在950C,高溫助燃風(fēng)2010年6月至今連續穩定運行,主要供給峨眉山某進(jìn)入后可與原料煤迅速發(fā)生氣化反應?；以袣執刻沾善髽I(yè)的窯爐使用，其使用的煤種及運行指標見(jiàn)含量低于6%,經(jīng)余熱回收系統產(chǎn)生的蒸汽量滿(mǎn)足表1。氣化劑中的蒸汽的消耗量。表1科達清潔煤氣化系統氣化用煤及運行指標由于高溫助燃風(fēng)的使用,提高了煤氣熱值,在使褐煤耔煤煙煤用發(fā)熱量為13. 82 MJ/kg的褐煤時(shí),煤氣熱值可達原料指標(質(zhì)量比)到5335MJ/ Nm3 ，使用煙煤時(shí)煤氣熱值可穩定在M,/%32.2517.9316.356275 MJ/ Nm'以上,可靠地保證了工業(yè)用氣。A.w/%25.4817.0819.99煤氣中的除塵裝置采用袋式除塵,經(jīng)余熱回收34. 8929. ss29.01系統后煤氣的溫度已低于200C,保證了袋式除塵FC2/%32.9250.1847.88器的安全,除塵后煤氣中含塵量小于10mg/Nm3。Qm/(MJ/kg)13.8222. 4021.58經(jīng)除塵器補集的飛灰可送往粉煤鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽運行指標以供他用。富氧濃度/%28. 9929. 3929. 305存在的問(wèn)題風(fēng)量/(Nm'/h)5342556高溫氣化劑預熱系統預熱富氧空氣和蒸汽的混蒸汽量/(t/h)0.621.61.39合氣體,氣化劑中的富氧濃度不能過(guò)高,否則易發(fā)生氣化底部溫度/C965960950換熱器氧腐蝕。當富氧空氣中氧氣濃度高于40%煤氣產(chǎn)量/( Nm'/h)944311625比煤耗1289900920時(shí),易造成高溫換熱器列管的部分堵塞或漏氣。比氧耗3732652706結論冷煤氣效率72.9481.675.72科達煤氣化系統采用7509C高溫助燃風(fēng),可有煤氣組分(體積比)效降低煤耗,提高煤氣熱值和氣化效率,在低富氧狀H2/%23.0525. 1925.35態(tài)下氣化效果較好,自工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，連續運行穩N2/% .39. 3534.4134.51定,適合在陶瓷焦化造紙、玻璃及有色金屬深加工CO/%15.6023.8023.61等行業(yè)中推廣使用。CH/% .2. 403.003.05CO2/%19.4013. 2013. 28(本文文獻格式:武楨, 盧燕云.循環(huán)流化床煤氣熱值/ (M]/ Nm3)533568246836化高溫助燃的設計與應用[J].山東化工,2012,414.1 氣化用煤(5):17-19.)(上接第16頁(yè))by a novel Au/TiO2 heterojunction composite nanotube[8] Kyung H,Lee J, Choi W. Simultaneous and syergisticarrays[J]. Sep Purif Technol, 2011, 79: 85 -91.conversion of dyes and geavy metal ions in aqueous Ti02suspensions under visible - light ilumination[ J]. Environ(本文文獻格中國煤化工v2O。多層膜Sci Technol, 2005 , 39: 2376 -2382.對廢水中甲基YHCNMH司去除[J].山.[9] Luo s L, Xiao Y, Yang L X, et al. Simulaneous東化工,2012 ,41(5):14-16,19. )detoxification of hexavalent chromium and acid orange 7