HT-L氣化爐的煤氣化特性研究

研究探討煤炭工程2010年第1期HT-L氣化爐的煤氣化特性研究馬濤，呂彥力，周丹(鄭州輕工業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院，鄭州450002)摘要:詳細介紹了國內首套擁有自主知識產(chǎn)權的HT-L粉煤氣化爐的氣化特點(diǎn)，具有煤種適用廣、碳轉化率高、對環(huán)境污染小及投資運行費用低等優(yōu)點(diǎn)。對濮陽(yáng)龍宇的HT -L粉煤氣化爐進(jìn)行特性研究，通過(guò)實(shí)驗數據分析可知，隨著(zhù)氣化爐溫度升高，有效氣(H2 +C0)含量降低，CO2含量有所增加，CH,和HCN含量逐漸減少。關(guān)鍵詞: HT-L 氣化爐，粉煤氣化，蒸汽煤比，氧氣煤比，氣化溫度中圖分類(lèi)號: TQ051文獻標識碼: B文章編號: 1671 -0959 (2010)01 0086-03Research on coal gaification features of HT - L gasifierMA Tao, LV lan-li, ZHOU Dan(School of Eetromechanical Engineeing, Zhengzhou Univenity of Lighn Induty, Zhenghou 450002, China)Abstract: The paper introduced the gaifcation features of the dometic first set hT - L pulverized coal gasifer with theproprielary nelletual property rghte. The pulerized col gaifer had the advanages of wide difrent coal apliaion,high carthon conversion rate, low enionment pllution and low investment and operation cost. The paeper had a study onthe fatures of the HT - L puverized coal gaifier in Longyu, Puyang. The test data showed that with the temperature ofthe giffer inereased the efelcive gas content (H, + CO) would be reduced, the CO2 content would be increased and theCH, and HCN contents would be steadily reduced.Keywords: Ht - L gasifer; pulverized coal gificaion; steam - coal ratio; oxyen- coal ratio; gaifcationtemperatureHT-L粉煤加壓氣化技術(shù)造氣爐是由中國航天科技集床煤氣化爐。其具有煤種適應范圍廣，碳轉化率高的特點(diǎn)。團公司北京航天動(dòng)力研究所研制成功的，是中國首套擁有2)采用干煤粉進(jìn)料，嚴格控制進(jìn)料煤粉的水份含量。自主知識產(chǎn)權的新型氣化裝置，吸收了當今世界兩大先進(jìn)干法粉煤加壓氣化技術(shù)是- -種較先進(jìn)的煤氣化技術(shù)， 采用煤氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，由于是在國內氣化系統中首次采用此純氧和蒸汽氣化，干煤粉進(jìn)料。濕法料漿加壓氣化是用各項新技術(shù)，因此它被稱(chēng)為“中國航天第一爐”。種含碳的固體物料加入水和添加劑，磨制成不同的料漿，濮陽(yáng)龍宇采用首套具有國內自主知識產(chǎn)權的HT-L粉用泵加壓后噴入氣化爐與氧氣進(jìn)行部分氧化反應，制取合煤加壓純氧制氣技術(shù)，停掉煤制甲醇10萬(wàn)Va的固定床層常成氣，料漿入爐約35%的水份要進(jìn)行氣化,煤耗和氧耗較壓氣化爐，建設煤制甲醇15萬(wàn)Va的氣化及配套裝置。該工高;高溫煤氣采用激冷流程，熱效率低，干煤粉進(jìn)料和濕程為原料路線(xiàn)改造項目，主要是改變原料路線(xiàn)和氣化技術(shù)。法料漿進(jìn)料的工藝參數比較見(jiàn)表1。與濕法比較，1kg 原料可以減少蒸發(fā)0. 35kg水，節約2600J的能量，折算煤量為1 HT-L 氣化爐粉煤氣化裝置的技術(shù)特性0. 13g500kcal/kg),占進(jìn)煤量的17%。粉煤氣化比水煤1) HT-L氣化爐是一種以粉煤為原料(20 - 90μm煤漿氣化冷煤氣效率提高10%，氟耗量降低15% -25%。有粉顆粒)，惰性氣體輸送(氮氣或二氧化碳)、高溫(氣化爐效氣產(chǎn)量提高6%。先進(jìn)成熟的干煤粉密相輸送技術(shù)懸浮速膛允許操作溫度1400 ~ 1900)、高壓(2.0-4.0MPa)氣流度7- 10m/s,固氣比480kg/m*,載氣量少。表1干煤粉進(jìn)料和濕法料漿進(jìn)料的工藝參數比較氣化壓力/MPa氣化溫度/C煤的粒度/mm碳轉化率/%H+C0含量/%氧氣煤比/kg.kg_濕法料漿加壓氣化3.0-6.51300~ 1400<0.5>9678~81-0.9干法粉煤加壓氣化4.1500 -2000<0.1>9989~91-0.83收稿日期: 2009-04 -09作者簡(jiǎn)介:馬濤(1982-), 男,河南三門(mén)峽人，碩士,現在鄭州輕工業(yè)學(xué)院從事煤氣化方面的研究。862010年第1期煤炭工程研究探討3)干煤粉純氧燃燒，燃燒器火焰的中心溫度1800 -6)“自我修復式"耐火材料結構，爐內向外依次有液2150C，氣化爐膛允許操作溫度1400~ 1900C。煤的灰熔渣、 固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰性氣體保護層、高鋁點(diǎn)可選范圍變寬(1250 ~ 1650C)，氣化原料可選范圍廣;不定型耐火材料、外保溫層，水冷壁外可以形成穩定的固碳轉化率高、粗合成氣品質(zhì)好, CH,含量低，出口合成氣渣層3~5mm，“以渣抗渣"， 抵抗氣體和熔渣的沖刷和磨有效氣體( co + H)體積≥90%，CH,體積≤130ppm?？煽s損，耐火材料的選材具有低的氣孔率、較高的高溫強度、短反應停留時(shí)間，提高反應速率。較好的熱穩定性，耐火材料的施工、養護、維護和更換方4)采用單燒嘴頂燒組合燃燒器，燃燒負荷調節范圍便，價(jià)格低。該技術(shù)采用急冷、水浴式合成氣冷卻及洗滌大，負荷調節范圍60% ~ 120%。燃燒器結構設計合理、具方案，可靠性好。有良好的燃燒性能;集高能電點(diǎn)火裝置、液化氣(柴油)點(diǎn)2定操作條件下HT-L氣化爐煤氣化特性火燒嘴、火檢為一-體， 獨立冷卻水外盤(pán)管，拆裝維護方便。水冷夾套式燒嘴冷卻方案，可保證燒嘴長(cháng)周期運行穩定可濮陽(yáng)龍寧化T有限責任公司氣化用原料煤及鍋爐用燃料靠。設計壽命20年，燒嘴頭部局部維護時(shí)間6月一次。煤均來(lái)源于鶴壁煤礦，其工業(yè)分析和元素分析見(jiàn)表2。此組5)密閉式盤(pán)管水冷壁輻射室結構，設計壽命20年，成為粉煤經(jīng)氮氣干燥后的分析數據，工業(yè)分析基于干燥基，“四進(jìn)四出”結構可以保證管程水流量分布均勻?？煽刂票P(pán)元素分析基于干燥無(wú)灰基，干基高位發(fā)熱量28. 30MJ/kg。操管內水汽化率，調節爐內熱平衡。燒嘴盤(pán)管、渣口盤(pán)管分作條件見(jiàn)表3,輻射室出口粗煤氣的組成及比例見(jiàn)表4。別進(jìn)水，多組冷卻水盤(pán)管易于調節，便于維護和更換。表2鶴壁煤的工業(yè)分析和元素分析工業(yè)分析mg/%元素分析wg/%MAVfeH0, 5015.0011.5489. 404.30I.600.40表3鶴壁煤氣化操作條件采用CO2輸送粉煤,考慮到壓力損失，操作壓力設置物流名稱(chēng)粉煤二氧化碳氧氣水蒸氣為4.1MPa較為合適。氧氣和水蒸氣在單燒嘴內壓力損失較壓力/MPa.14.14.6大，操作壓力設置為4. 6MPa。氧氣煤比為0.84，氧氣煤比為0.03,氧氣和水蒸氣耗量較低。出口溫度1550C，在HT溫度/C80197.21-L氣化爐允許范圍之內，有效氣(H2 +CO)含量達到質(zhì)量流率23603.76 4009.83 20063. 10 788. 8191%，H2S、CoS、 CH,和HCN含量較低，利于粗煤氣后期/kg.h-1的凈化工作，達到預期日的。表4輻射室出口粗煤氣組成項目H20H2COCO2N2H2SHCNCH4COS出口溫度/mol/%3. 56220.4271. 2303.2240.7390.1010.0010.0050.0161550/kmol.h-!72.28414. 241459.732 65. 43114. 9982.0480. 0220.1060.3213變操作條件下 HT-L氣化爐煤氣化特性有利于半焦的完全燃燒，同時(shí)煤氣中的co也會(huì )與O2反應改變操作條件，主要考慮氧煤比和蒸汽煤比，對氣化轉變成CO2,這時(shí)煤氣中的Co含量就下降。性能的影響112)。煤氣溫度隨著(zhù)氧氣煤比的增加而增加，圖2所示的是在蒸汽煤比~定的條件下，粗煤氣中H2隨著(zhù)蒸汽煤比的增加而降低。這是由于氧氣煤比的提高促和H2O含量隨氣化爐溫度變化。隨著(zhù)氣化爐溫度的升高，進(jìn)了半焦的燃燒和氣化反應，隨著(zhù)反應的進(jìn)行，放出的熱粗煤氣中H,含量降低，水蒸氣含量增加。因為隨著(zhù)氣化爐量越多，氣化爐內的溫度也越高，媒氣的溫度就越高。當溫度的不斷增加，半焦與水蒸汽反應的速度減緩，H2 與O2蒸汽煤比增加時(shí)，半焦與蒸汽反應會(huì )吸收大量的熱，使氣反應占優(yōu)勢，使得相對應的H20含量增加，H2 含最降低?；癄t內的溫度下降。因此，可以通過(guò)調節蒸汽煤比來(lái)控制圖3所示的是在蒸汽煤比一定的條件下， 比氧耗量和氣化爐內煤氣的溫度。比煤耗量隨氣化爐溫度變化。由圖1和圖2可知，在粉煤圖1所示的是在蒸汽煤比一-定的條件下，粗煤氣中Co和蒸汽量-定的條件下，隨著(zhù)氣化爐溫度的增加，粗煤氣和CO2含最隨氣化爐溫度變化。從圖1中可以看出，隨著(zhù)中CO和H,含量減少，即有效氣含量減少，所以合成相同氣化爐溫度的增加，粗煤氣中Co量減少，而CO,含量增量的有效氣，需要的氧氣量和粉煤量增加，比氧耗量和比加。這是因為通過(guò)不斷提高氧氣煤比，增加氣化爐溫度后，煤耗增加。研究探討煤炭工程2010年第1期70t0.030[0.025冒6050好40f0.0150.010$ 20+CO20.005“+CH;◆HCN4-+●1500 1550 1600 1650 1700 175015001550160016501700 1750氣化爐溫度/C圖1粗煤氣中co和CO2含量隨氣化溫度變化圖4粗煤氣CH, 和HCN含量隨氣化溫度變化綜合能耗降低20.67%，達到了很好的節能效果。具體見(jiàn)表5和表6。g 20表5改造前合成甲醇綜合能耗表專(zhuān)15t規格單位折能/CJ消耗定額能耗/CJ原料煤/126.651.642. 6410蒸氣(0. 5MPa飽和)/1 2.7210.832. 258鍋爐給水/0.02852.10. 060電/kWh0.0118399011.712日。十HzO循環(huán)水/!0. 004192921.223總能耗S7. 89氣化爐溫度心圖2粗煤氣中H2和H20含隨氣化溫度變化表6改造后合成甲醇綜合能耗計算表0.75[名稱(chēng)及規格單位折能/CJ消耗定額能耗/GJ0.70原料煤/23. 701.3632.2320.65蒸汽(5.0MPa, 270C)/t 3.787-0.66-2.500.60中壓蒸汽(3.82MPa420C)/1 3.6753.01生0.低壓蒸汽(0.5MPa飽和)/t 2. 721-0.61-1.6600.503.360. 9580.450.011838 299. 893.550.40 |+比氧氣耗量循環(huán)水/1542. 002.27十比煤耗量0.3545.92氣化爐溫度心C圈3比氧耗量和比煤耗量 隨氣化溫度變化擁有自主知識產(chǎn)權的國內首套HT -L粉媒加壓氣化爐圖4所示的是在蒸汽煤比- -定的條件下，CH,和HCN示范裝置投料開(kāi)車(chē)成功，將打破國外品牌在世界上的壟斷，含量隨氣化爐溫度變化。隨著(zhù)氣化妒溫度的升高，粗煤氣實(shí)現粉煤加樂(lè )氣化裝置國產(chǎn)化，對國家調整經(jīng)濟結構、建中CH,和HCN含量減少。由于隨著(zhù)氣化妒溫度升高，由圖設新型能源及實(shí)施國家能源安全有著(zhù)重大的戰略意義，標2可知生成的H2量減少，參與甲烷化反應的H,減少，同志著(zhù)中國煤化工產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)人新的領(lǐng)城，跨人世界先進(jìn)行時(shí)氣化爐溫度越高，CH的分解速度越高，致使CH含量列。以CO2為輸送氣體的粉煤氣化，之前還沒(méi)有成功的經(jīng)驗和相關(guān)數據，此項目的成功運行，對采用CO2為輸送氣減少，同理，隨著(zhù)氣化爐溫度的增加，也使得HCN生成的具有重大的參考價(jià)值。量減少。參考文獻: .4結[1]張大晶 淺析相關(guān)參數對氣流床粉煤加壓氣化的影響[J].通過(guò)對比改造前后的能耗，發(fā)現改造前噸甲醇能耗煤化工，2008, (5): 44-46.57. 89GJ,改造后噸甲醇能耗45.92GJ,單位產(chǎn)品能耗下降[2] 徐越，吳寧，危師讓.基于Shell煤氣化工藝的干煤粉加11. 97GJ,以年操作7920h年產(chǎn)甲醇15萬(wàn)t計,年節約能耗壓氣流床氣化爐性能研究[J]， 西安交通大學(xué)學(xué)報， 2003,1795500GJ, 折標煤5360t。萬(wàn)元CDP能耗下降47. 88GJ,37(11): 132-1136(責任編輯趙巧芝)8