煤炭氣化爐的應用技術(shù)分析

第22卷,總第125期《節能技術(shù)》Vol. 22, Sum. No.1252004年5月,第3期.ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYMay .2004,No.3煤炭氣化爐的應用技術(shù)分析劉洪勤' ,范維海' ,靳成法' ,趙德友2(1.濟南軍區鍋爐檢驗所,山東濟南250014;2.濟南魯西熱管鍋爐廠(chǎng),山東濟南250300)摘要:本文根據我國的能源結構現狀,從能源利用和環(huán)境保護的觀(guān)點(diǎn)出發(fā),分析將煤炭氣化技術(shù)用于工業(yè)鍋爐的技術(shù)措施,為工業(yè)鍋爐降低運行費用提供了一條既節能經(jīng)濟又符合環(huán)保要求的新途徑。應用煤炭氣化技術(shù)改造燃油氣鍋爐取得了明顯的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞:煤炭氣化;煤炭氣化爐;煤炭氣化鍋爐;燃燒特性中圖分類(lèi)號:TK229.6文獻標識碼:A文章編號 :1002- 6339 (2004) 03 -0060-03The coal gasiftes the applied technique analysis of the CookerLIU Hong- qin, FAN Wei - hail ,JIN Chen- fa' ,ZHAO De- you'(1.Jinan Military District the Boiler Inspection Institute ,Jinan 250014, China;2.. Jinan Laxi heat Heat Pipe Boiler Factory , Jinan 250300, China)Abstract: According to the enegy construction present condition of the our country , this paper makes use of the energyto set out with the standpoint of the environmental protection, analyzes application of the technique of coal gasifyingtechnique measure to industry boiler. Applying the coal gasification technique refoms the fuel spirnt boiler can also ob-tain the obviously economic performance .Key words: coal gasifies; coal gasifes the cooker; coal gasifes the boiler; bum characteristic方式中尋找新的途徑。1前言隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展和環(huán)保意識的提高,國家對煤炭間接燃燒方式包括氣化和液化兩種。煤炭的液化分為環(huán)保工作提出更高的要求,加之油氣資源的大力開(kāi)發(fā),我國燃油直接液化和間接液化兩種。多年的實(shí)踐證明,鍋爐燃用氣體燃氣鍋爐的應用逐年上升。各大中城市相繼實(shí)施取消燃散煤鍋料更為簡(jiǎn)便。另外,我國適于氣化的煤炭資源十分豐富,可適用爐,保護藍天的措施。為適應生產(chǎn)、生活的需要,不少單位采取于氣化的褐煤、不粘煤、長(cháng)焰煤和弱粘煤的儲量占全國煤炭總儲了區域集中供熱或安裝使用燃油氣鍋爐的方法。但從近幾年的量的40%之多,從煤炭氣化中尋找理想的燃煤方式大有潛力可使用情況看,安裝燃油氣鍋爐的單位均存在運行費用居高不下的情況,單位經(jīng)濟負擔過(guò)重,存在“棄之不忍,用之心痛”的現實(shí)2煤炭氣化爐的工作原理問(wèn)題。煤氣的生產(chǎn)是一個(gè)連續的物理化學(xué)反應過(guò)程。煤炭氣化爐從我國的能源結構來(lái)看,大量應用燃油氣鍋爐不符合我國(也稱(chēng)煤氣發(fā)生爐)運行時(shí),在爐內,燃料自下而上分為五層,分的能源政策。我國是世界上煤炭生產(chǎn)量和消費量最大的國家，別稱(chēng)作:灰渣層、氧化層、還原層、干餾層和干燥層;干燥層上面煤炭在能源結構中約占70%左右,其中三分之二的原煤用于工為空層:氧化層與還原層統稱(chēng)為氣化層。業(yè)鍋爐和電站鍋爐。因此,對環(huán)保工作的重視應該不單單是簡(jiǎn)原料煤由給煤裝置均勻落在干餾層上面,在干餾層底部著(zhù)單地取消燃煤鍋爐,而是應該在提高煤炭利用效率和間接燃煤火焦碳層和向上流動(dòng)的高溫粗煤氣放出的輻射熱的作用下,逐中國煤化工為三個(gè)階段:第-階段(室收稿日期2004-03-15 修訂稿日期 2004-04-27iY片CN MH G階段,煤的外形無(wú)變化,褐作者簡(jiǎn)介:劉洪勤(1957 ~ ),男,山東臨沂人,濟南軍區鍋爐檢驗所所煤在200心以上發(fā)生毆基及應,近300C時(shí)開(kāi)始熱解反應,煙煤和長(cháng)高級I程師,主要從事鍋爐檢驗管理和節能檢測工作。無(wú)煙煤在這一-階段一 般沒(méi)什么變化。 脫水主要發(fā)生在120C以下,而脫氣(CH,CO2和N)大致在200C左右完成。第二階段(1)在煤炭氣化爐中,煤層下部分是灰渣層,上部分是氣化(300~ 600C)以解聚和分解反應為主,煤粘結成半焦,并發(fā)生-層。氣化層產(chǎn)生-氧化碳、氫等可燃氣體,在干餾層上部逸出來(lái)系列變化。煤在300C左右開(kāi)始變化，并有煤氣和焦油析出,在的可燃氣體多數是碳氫化合物和少量- 氧化碳氣體,由于爐排450C以上焦油含量最大,在450 ~ 600C氣體析出量最多。煙煤底部供給的空氣有限,氣化爐內處于欠氧狀態(tài),這些可燃氣體基在這一范圍內變成膠質(zhì)體。當溫度升高到500C左右,膠質(zhì)體分本不參與燃燒.有效的抑制“熱力- NO"的產(chǎn)生,并且達到無(wú)黑煙解縮聚,固化為半焦。第三階段(600- 100C)是半焦完成焦碳燃燒。的階段,以縮聚反應為主,焦油量極少，揮發(fā)份主要是煤氣，(2)煤氣發(fā)生爐內的燃燒過(guò)程是預熱干燥、干餾和氣化反700C左右煤氣成分主要是H,。750~ 000C之間,半焦變成高溫應,此時(shí)煤處于缺氧狀態(tài),煤中的有機氮化學(xué)計量比小，并處在焦碳。高溫焦碳與通入的氣化劑(水蒸氣)發(fā)生水煤氣反應,產(chǎn)還原氣氛中,只轉變成無(wú)毒的氮分子。當這一部分氮分 子隨煤生C0和H。反應過(guò)程如下:氣進(jìn)人鍋爐內燃燒時(shí),它已成為氮分子不參與燃燒。這一工況C+O2→CO2制止了煤里的氮轉化成有毒的氮氧化合物。C+ CO2→2C0(3)干餾室內的煤焦溫度- -般在700~ 900C ,熾熱的煤焦的002 +2H2O -CH +202厚度-般在200~ 40mm,(視煤種而言),目的是保持一段氣化C+ 2H0→C0+ 2H2 .層。還原層利用下面氧化層的熱量發(fā)生氣化反應,氧化層產(chǎn)生據某煤碳氣化爐取樣測定,生成煤氣中各成分所占的比例的二氧化碳又與還原層里熾熱的焦碳發(fā)生反應產(chǎn)生一氧化碳。-般為:CO為24%~31%、H2為10%一15% .CH為3% ~ 5%、同時(shí)與通人的水蒸氣發(fā)生水煤氣反應。如:CO2≤6% ,02 <0.5% ,煤氣的發(fā)熱值一般在5233.5~ 5652.18kJ。2C+ 0→2C0需要說(shuō)明的是,不同的煤種,產(chǎn)生的煤氣量和成分比例是不C+ CO,-→2C00同的，因而,煤氣的發(fā)熱值也不盡相同。C+ H20→C0+ H3煤炭氣化鍋爐的型式和燃燒特 性分析煤焦氧化產(chǎn)生的二氧化碳能夠轉變成一氧化碳,產(chǎn)生水煤氣效女。3.1 煤炭氣化鍋爐的型式發(fā)生煤氣的工業(yè)爐窯,做為一項比較成熟的工業(yè)技術(shù),已經(jīng)由以上分析可看出,在煤氣發(fā)生爐中產(chǎn)生的主要燃燒物質(zhì)廣泛應用于機械、冶金、建材、輕工等行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)熱加工工是一氧化碳除按照它的燃燒規律和特點(diǎn)供給適當的空氣(氧),序中。近幾年,作為一項嫁接技術(shù),經(jīng)過(guò)一定的技術(shù)改造,已成使其完全燃燒外,為強化- - 氧化碳燃燒提高其燃燒速度,應補充功的應用在工業(yè)鍋爐中。由煤炭氣化爐制備的煤氣,出口溫度適量的水蒸氣。因為從下列公式可知水蒸氣能夠提高一氧化碳達到700C以上,做為油氣的替代燃料直接在鍋爐中燃燒,大大的燃燒速度。降低了鍋爐的運行費用,經(jīng)環(huán)保部門(mén)測試，鍋爐煙塵排放濃度、w.= [co]∞[H20]sO2排放濃度、NOx排放濃度符合國家環(huán)保的有關(guān)指標,煙氣黑在混合氣體的燃燒中水蒸氣的含量不應超過(guò)10%,否則將度小于I級,均未超出CB3271-2001《鍋爐大氣污染物排放標影響混合氣體的燃燒速度。從分子活化理論和鏈鎖反應理論分準》II時(shí)段標準限值。析,水蒸氣能增強一氧化碳的氧化反應。一氧化碳的氧化鏈鎖煤氣發(fā)生爐應用于鍋爐的工藝流程如圖1: .反應機理- -般認為是這樣的:在鏈鎖反應中起活化作用的是H、| 通人空氣混合0和OH等原子或原子團,其中HO分子被分解成OH參與反感料煤應。在OH等活化中心參與下,- -氧化碳的鏈鎖反應按下列方式展開(kāi):CO+ 0H→CO2 +H國圖=H+O-→0H+O0+H- +OH+H圖1 煤炭氣化鍋爐的工藝流程C0+ 0H→CO2 +H .目前，用于工業(yè)鍋爐的煤炭氣化爐型式主要有承壓式和敞開(kāi)式(常壓式)兩種。承壓式煤炭氣化爐的結構是由工業(yè)制備煤綜合上述,Co燃燒鏈鎖反應的總效果是:氣的設備演變而來(lái),爐體承受一定的壓力,煤氣在鍋爐爐膛內燃OH+ 2C0+02 + H2→2C02 + OH+ 2H燒采用正壓燃燒方式,安全操作要求嚴格,具有一定的危險性，從這個(gè)鏈鎖反應中可以看出，每產(chǎn)生兩個(gè)CO2分子,同時(shí)也主要用于出力比較大的鍋爐。敞開(kāi)式煤炭氣化爐,其爐體本身產(chǎn)生兩中國煤化工H)又起活化中心的作不承壓,處于常壓狀態(tài),煤氣在鍋爐爐膛內燃燒主要采用負壓通用,促YHCNMHG而也就強化了一氧化風(fēng)方式,生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單,安全可靠性較高。碳燃燒。熱煤氣出口溫度大都超過(guò)700C ,且其中還含有一定數3.2 燃燒特性分析量的水蒸氣和氫，因此只要-氧化碳與氧與水蒸氣混合，肯定會(huì )煤炭氣化與燃燒具有以下優(yōu)點(diǎn)":迅速地完全燃燒。,61.由以上燃燒特性分析可以看出,煤炭氣化鍋爐具有普通工由此可見(jiàn),在每天運行10h的情況下同樣- - 臺2.8MW煤炭業(yè)鍋爐所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn):媒氣化可使煤炭中可燃物質(zhì)燃燒更氣化鍋爐比一臺燃油鍋爐每月節約燃料費用:完全,氣體未完全燃燒損失9;大幅度堿少,固體未完全燃燒損283,500- 6,000= 217,500元失g。亦相應臧少.鍋爐的效率可穩定的保持在80%以上;煤氣比一臺燃氣鍋爐每月節約燃料費用:198.000- 6,000= 132.000元進(jìn)行無(wú)焰燃燒,焦碳燃燒很少產(chǎn)生碳黑粒子,煙氣中飛灰及可燃從以上分析可以看出.煤炭氣化鍋爐與燃油氣鍋爐比較,在物濃度較小,工業(yè)鍋爐排煙黑度可保持在林格曼I級以?xún)?燃料同等情況下,每月節約燃料費用23 ~ 3/4,經(jīng)濟效果較為顯著(zhù)。綜合利用率高,提高了鍋爐的經(jīng)濟效益。4敞開(kāi)式煤炭氣化鍋爐的優(yōu)點(diǎn)6有關(guān)測試情況煤炭氣化爐是一種將煤炭轉化為煤氣的高效節能環(huán)保設6.1熱效率測試備,將敞開(kāi)式煤炭氣化爐應用于工業(yè)鍋爐作為燃料制備設備,產(chǎn)有關(guān)監測單位依附據CB/T10180- 1998<工業(yè)鍋爐熱工試驗生的煤氣通過(guò)煤氣燃燒器在爐膛中直接燃燒具有以下優(yōu)點(diǎn):規范》和JB1040- 199《工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件)分別對-臺安全性能好:由于采用全負壓運行方式,具有很強的安全4Vh和- -臺2/h煤炭氣化蒸汽鍋爐在額定出力工況下檢測,經(jīng)測性,絕對不會(huì )出現燃燒器回火,也不會(huì )出現氣化爐積聚燃氣導致試,出力達到設計要求，在額定出力工況下,平均效率分別為正壓的情況,不存在爆炸的危險。82.5%和81.77% ,均達到并超過(guò)了設計要求(80%)。這-效率操作簡(jiǎn)單:普通工人只要稍加培訓即可完全勝任煤炭氣化值接近目前運行的35/h鍋爐的熱效率而遠遠高于同等燃煤鋼爐的操作。爐的熱效率。同時(shí),由于燃氣鍋爐的熱效率在90%左右,因此可熱效率高:熱效率高達80%以上,比相同容量直接燃煤鍋爐知,煤炭氣化爐的氣化效率超過(guò)了90% ,煤炭氣化比較完全,爐熱效率高出很多,耗煤量只有燃煤鍋爐的60% - 70%，節能優(yōu)勢渣含炭量較低。明顯,其運行成本只有相同容量的燃氣鍋爐的13.燃油鍋爐的6.2環(huán)保監測情況1/4。有關(guān)環(huán)境檢測單位依據GB8468 - 91《鍋爐煙塵測試方法》，負荷適應性強:負荷調節簡(jiǎn)單,只要控制氣化風(fēng)機和引風(fēng)機對一臺配套4Uh的煤炭氣化爐進(jìn)行了監測,在額定工況下,煙塵的開(kāi)度即可輕松控制負荷,低負荷下亦能維持較高的鍋爐效率。排放濃度為39. 2mgm' ,二氧化硫排放濃度為332mg/m/ ,煙氣黑環(huán)保性能好:煤炭中的灰份都留在氣化爐內,只有煤氣進(jìn)入度小于林格曼I級。鍋爐的爐膛進(jìn)行燃燒,燃燒生成的煙氣中不含灰份,因此即使不鍋爐專(zhuān)用煤氣發(fā)生爐已通過(guò)山東省環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )的認安裝除塵設備,鍋爐也幾乎不排放粉塵。另外煤炭在氣化爐中可,取得<山東省環(huán)境保護產(chǎn)品使用認可證書(shū)》。的停留時(shí)間較長(cháng),灰份中的堿性物質(zhì)會(huì )同煤燃燒生成的SO2反7結束語(yǔ)應,起到- -定的固硫效果。如果燃用高硫煤，在氣化爐內添加石我國是煤炭蘊藏+分豐富的國家,采用煤炭氣化技術(shù)生產(chǎn)灰石也可以控制so,的排放濃度。煤氣,節約工業(yè)油氣燃料消耗量有著(zhù)廣泛的應用前景。5綜合性能對比.目前,根據國家和地方的環(huán)保政策,不少單位安裝了燃油氣我們以2.8MW的熱水鍋爐為例，分別以燃煤燃油燃氣和鍋爐,運行費用居高不下。根據以上分析,在條件具備的地方，煤制氣為燃料的鍋爐進(jìn)行一下綜合性能對比,見(jiàn)表 1。煤炭氣化爐是取代燃油鍋爐、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐燃燒設備的表1 2.8MW 鍋爐綜合性能對比最佳設備,將煤炭氣化技術(shù)與鍋爐結合,保護環(huán)境,降低運行費提護類(lèi)型位燃煤燃油鍋爐鍋爐氣煤炭氣用,節約能源,不僅可以獲得較好的經(jīng)濟效益,同時(shí)也可以獲得項.E鍋爐化鍋爐良好的社會(huì )效益,是值得大力推廣的一項技術(shù)。并且利用現有供熱量的燃油氣鍋爐改造為煤炭氣化鍋爐.也取得了實(shí)用性技術(shù)成果，w 2.82..8(每小時(shí))效益亦相當可觀(guān)。0kg270kg 30Mm? 50kg燃料耗量小時(shí)參考文獻(280元/) (300元1) (2元) (400元0)(1)董君武,李孝勇.鍋爐安裝調試運行維護實(shí)用手冊[M).北京:地燃料費用元210元 945元 660元 220元震出版社，1991090~ 1091.(2]宋行強,楊冬.馬振興,鍋爐潔凈燃煤新方案-分離燃燒[].節能月燃料費用; 63.0000 283.000 198.000 600技術(shù),2003,3.10hx30天節能情況.良不節能不節能 節能優(yōu)污染情況污染嚴重達標達標中國煤化工能技術(shù)設備管理雜簡(jiǎn)單MYHCNMH G綜合分析差般，62