煤質(zhì)對固定床氣化爐氣化性能影響的工業(yè)試驗研究

第28卷,總第159期《節能技術(shù)》VoL 28，Sum. No. 1592010年1月,第1期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOCYJan. 2010, No.1煤質(zhì)對固定床氣化爐氣化性能影響的工業(yè)試驗研究宿鳳明,劉江,米文真(中國電能成套設備有限公司,北京 00011)摘要:在使用 煙煤作為設計氣化燃料的Lurgi 固態(tài)排渣氣化爐上,進(jìn)行了褐煤氣化實(shí)驗,獲得了褐煤固定床氣化的工業(yè)實(shí)驗數據。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗,確定了煤質(zhì)改變條件下的Lurgi固定床氣化爐的最佳工藝參數,并獲得了褐煤的最佳氣化指標。研究表明,針對煤質(zhì)的特殊性采取一些針對性措施，可以在使用煙煤的固定床氣化爐上完成褐堞氣化,為設計褐煤固定床氣化提供有力的參考。關(guān)鍵詞:氣化;固定床;工業(yè)試驗;褐煤中圖分類(lèi)號:TK229. 8文獻標識碼:A文章編號:1002 - 6339 (2010) 01 -0021 -04Industrial Test Research on the Influence of CoalTypes to Fixed - bed GasifierSU Feng - ming, LIU Jiang, MI Wen - zhen(Electric Power Complete Set of Equipment Co. , Ldd, Bejing 1001, China)Abstract: The gasification tests were performned on a Lurgi gasifier by using the lignite as the gasified fu-el, whereas the original designed fuel of this gasifier is bituminous coal. According to the data obtainedfrom the optimized tests , the optimum conditions under specialized coal types were determined, and theoptimum gasification courses were researched under these conditions. It was indicated that lignite gasifica-tion is possible on gasifter with bituminous coal as the originally designed fuel, but some special measure-ments to the practical fuel were necessary during the gasification.Key words :Gasification; Fixed - bed; Industrial test; Lignite以來(lái)到現在,我國有3000多臺固定床氣化爐在運0前言行,其中國內應用最為廣泛的爐型為由原聯(lián)邦德國煤炭作為我國最主要的一-次能源,占我國能源魯奇公司開(kāi)發(fā)的Lurgi加壓固定床氣化爐。消費比例的70%以上。高效清潔地利用煤炭對于Lurgi氣化爐對煤種和煤質(zhì)有一定要求,適合使保障我國的能源供應安全,實(shí)現環(huán)境和經(jīng)濟的可持用弱黏結、高灰熔點(diǎn)的煤種，對強黏結性、熱穩定性續發(fā)展具有重要的意義。煤的氣化技術(shù)是潔凈煤技差、灰熔點(diǎn)低以及粉狀煤則難以使用,因此Lurgi氣術(shù)的一部分,在潔凈煤技術(shù)中占有重要的位置。從化爐設計煤種-般以煙煤為主。 氣化過(guò)程對用煤的我國煤氣化技術(shù)應用的現狀來(lái)看,固定床煤氣化技穩定性要求較為苛刻,如果氣化用煤的煤質(zhì)和設計術(shù)目前仍有其自身存在的優(yōu)勢。自20世紀50年代煤質(zhì)”:安全性和可靠性中國煤化工帶來(lái)-化的技術(shù)經(jīng)濟指收稿日期2009-12 -24修訂稿日期2010-01 -19標。YH.CNMHG:件下運行的工作作者簡(jiǎn)介:宿鳳明( 1970~ ) ,男,博士學(xué)位。能力,對多煤種的氣化操作條件進(jìn)行優(yōu)化,擴寬Lur-●21●gi氣化爐的煤種應用空間,提高煤氣化效率,具有重要的應用價(jià)值。煤斗文獻[3]對固定床氣化過(guò)程中的關(guān)鍵影響因素對氣化過(guò)程的影響規律進(jìn)行了理論研究,重點(diǎn)考察煤債了汽氧比、氣化強度等對氣化指標的影響規律;文獻徽冷掖[4 ,5]通過(guò)實(shí)驗和理論研究,分析了褐煤固定床氣化過(guò)程的關(guān)鍵影響因素及其- -般規律。 但上述所做黴冷器水夾套的工作沒(méi)有涉及一臺氣化爐改變煤質(zhì)條件下的氣化過(guò)程的特性規律。粗煤氣在使用煙煤作為設計氣化燃料的Lurgi固態(tài)排旋轉爐篦氣化劑渣氣化爐上,進(jìn)行了褐煤氣化實(shí)驗,獲得了褐煤固定床氣化的T.業(yè)實(shí)驗數據。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗研究,確定灰債了煤質(zhì)改變條件下的Lurgi固定床氣化爐的最佳操干式出灰作條件,并獲得了煙煤和褐煤的最佳氣化指標。圖!魯奇固定床氣化爐示意圖1試驗 系統及其試驗方案所使用的煤質(zhì)包括煙煤和褐煤兩種,其中煙煤工業(yè)試驗在Lurgi固定床氣化爐上進(jìn)行。實(shí)驗是氣化爐的設計煤質(zhì),褐煤是考慮拓寬煤種后擬采系統由一個(gè)氣化爐及其附屬設備組成,包括煤倉、煤用的實(shí)驗煤質(zhì)。煤質(zhì)情況見(jiàn)表1。試驗用褐煤屬于鎖氣化爐、灰鎖、洗滌冷卻器、灰鎖膨脹冷凝器、廢年輕褐煤,煤中水分高、灰分適中、堆比重較小硫含熱鍋爐、粗煤氣分離器以及液壓、潤滑系統等。氣化量較低,活性好,適用于作為魯奇加壓氣化的原料。過(guò)程采用的是自熱式逆流移動(dòng)床連續氣化工藝,以為考察氣化的性能,參考通用的煤氣化性能指碎煤為原料,以蒸汽和氧氣為氣化劑,在2.85 ~標的定義,規定如下經(jīng)濟性指標的定義。3.0 MPa壓力下,進(jìn)行氣化反應生成粗煤氣。粗煤汽氧比:送入氣化爐的水蒸氣質(zhì)量和氧氣質(zhì)量氣經(jīng)氣化爐上部出氣口后進(jìn)人噴淋洗滌冷卻器,用比。循環(huán)煤氣水將粗煤氣中的大部分粉塵和焦油洗滌下粗煤氣產(chǎn)率:送入氣化爐的單位質(zhì)量的煤所產(chǎn)來(lái),并且將粗煤氣激冷到201C。生的粗煤氣的質(zhì)量。氣化爐底部的灰通過(guò)旋轉爐篦上的三把刮刀刮氣化強度:單位時(shí)間單位氣化爐截面上產(chǎn)生的入灰鎖。正常情況下根據人爐煤的狀況、排出灰的粗煤氣的標準體積。顏色、塊度、爐篦電流粗煤氣分析等來(lái)判斷和調整氣化效率:氣化生成煤氣的化學(xué)能與氣化用煤汽氧比。汽氧比的控制是自動(dòng)比值調節。通過(guò)調整的化學(xué)能之比。汽氧比始終保持氣化爐在+排淹T.況下運行。表1試驗 用的煤質(zhì)情況ladadFCadSt,aed Qnel,arDSF煤質(zhì)%MJ/kg__ Cc煙媒6-11 16~30 25-32 38-42 0.5-0.8 4300 1 1901 2201 250褐煤19. 5115. 0631.0234.400.4315.711 1131 226(1)經(jīng)濟性指標2試驗結果及 其分析氣化經(jīng)濟性指標是選擇氣化條件的最重要的因工業(yè)試驗分為四個(gè)階段進(jìn)行,即:(1)最佳汽氧素之一。在本次固定床氣化工業(yè)試驗中,重點(diǎn)考察比實(shí)驗階段;(2)在最佳汽氧比條件下滿(mǎn)負荷穩定了汽氧比、粗煤氣產(chǎn)率、氣化強度和氣化效率在氣化運行實(shí)驗階段;(3)高負荷試驗階段;(4)CO2返爐爐變煤質(zhì)操作時(shí)的變化情況,同時(shí)通過(guò)對粗煤氣的試驗階段。的成分分析,獲得了試驗用煙煤和褐煤的煤氣成分。通過(guò)上述各個(gè)階段的試驗,對兩種煤質(zhì)的經(jīng)濟表中國煤化工比,表3為氣化煤指標和操作特征進(jìn)行了綜合的總結,獲得了變煤質(zhì)MHCNMH G煤的發(fā)熱量低于煙條件下氣化的操作條件及其氣化參數。煤的發(fā)熱量,以及由于煙煤和褐煤在氣化反應條件●22●上的巨大差異,造成了煙煤和褐煤在氣化經(jīng)濟性和煤有關(guān)。由于褐煤的發(fā)熱量偏低,所以在褐煤的汽氣化煤氣成分上的差異。在從試驗數據對比看,在化強度遠高于煙煤的條件下,褐煤的粗煤氣產(chǎn)率卻氣化煤氣成分上,煙煤和褐煤的主要煤氣成分，即低于煙煤。CO和H2的含量差異不大，差異在2%左右;CH4的從氣化的主要經(jīng)濟性指標和煤氣成分的分析含量略有不同,褐煤偏多。從氣化的經(jīng)濟性指標看,看,以煙煤設計的氣化爐進(jìn)行褐煤的氣化過(guò)程不存在獲得相同的氣化效率的前提下,褐煤的汽氧比要在問(wèn)題,但是在進(jìn)行氣化過(guò)程運行操作時(shí),需要進(jìn)行高于煙煤的汽氧比,這主要和褐煤中C/H比低于煙特殊的考慮。表2氣化經(jīng)濟 性的對比汽氧比，煤耗，氧耗，然汽消耗，粗煤氣產(chǎn)率，氣化強度，氣化效率，煤質(zhì)%V/km'粗煤氣m'/km'粗煤氣y/km3粗煤氣m2/1煤 m' 粗煤氣/m2. h_ %__‘煙煤5.60.751450.861 2582 84070.5褐煤6.91.061260.879463 49870.6表3試驗 獲得的煤氣主要成分粗煤氣熱值，Cth2CH4CO2N)2H2S C.H,W/m'煙煤2559.4. 186 819.86 39.37 10.79 29.22 0.28 0.4 0.12 0.612646*4.186817.22 38.56 13.21 29.63 0.3 0.39 0.323 0.7(2)加煤頻次漸抬高，煤鎖下部缺煤較多。試驗證明負荷在試驗所用的褐煤的堆密度平均為780 kg/m' ,設6 000 Nm'/h時(shí)為試驗最大極限負荷,再要提高負荷計用煙煤的堆積密度平均為920 kg/m' ,由于褐煤中仍受加煤頻次制約。的無(wú)用組分,即全水分加灰分占48%,遠高于煙煤(4)氣化爐排灰中,造成褐煤氣化時(shí),氣化爐加煤頻次增加。正常生利用設計的煙煤進(jìn)行氣化試驗時(shí)，在產(chǎn)中要長(cháng)期維持高的加煤頻率是不現實(shí)的,這將影5000Nm'/h氧負荷時(shí)的氣化爐排灰量與褐煤相比響氣化爐的穩定操作。偏低。Lurgi氣化爐主要考慮爐篦勻速轉動(dòng)達到排灰和均勻布氣調整工況的目的，根據試驗的灰分,建議爐篦安裝二把刮刀是適宜的。(5)溫度控制通過(guò)試驗發(fā)現，氣化爐粗煤氣出口溫度應控制在210~240C之間,不宜超過(guò)270C。爐頂溫度低造成夾套耗水減少，導致氣化爐的夾套自產(chǎn)蒸汽量少。在保證相同量氣化劑供應的前提下,外供高溫蒸汽所占比例就會(huì )較大,這會(huì )導致氣化劑溫度升高,4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 620因此通過(guò)試驗發(fā)現氣化劑溫度易控制在354C左氧負荷.Nm3/h右。囝1 加煤頻次隨氧負荷的變化(6)氣化爐T.況褐煤的加煤頻次高于煙煤。試驗中加煤頻次雖然試驗褐煤的熱穩定性較低,但在整個(gè)試驗最大值出現在氧負荷為6000 Nm2/h的時(shí)候,加煤的過(guò)程中,氣化爐工況穩定,沒(méi)有由于煤質(zhì)原因造成氣間隔時(shí)間達到了3.5min。正常生產(chǎn)中要長(cháng)期維持如化爐大幅減負荷的情況發(fā)生。此高的加煤頻率是不現實(shí)的,這將影響氣化爐的穩3結論定操作。因此需要犧牲氣化過(guò)程的經(jīng)濟性來(lái)保證系統的可靠性和安全性。(1)利用褐煤在Lurgi 型氣化爐上進(jìn)行完全工(3)氣化爐氧負荷業(yè)化試驗,結果表明試驗褐煤用作固定床干排渣加試驗褐煤正常氧負荷試驗值為單爐壓氣4中國煤化工5000Nm'/h單爐負荷提高到5500Nm2/h時(shí),氣化TH.CN M H G件下,褐煤的正常爐仍能正常運行，這應該是氣化試驗的最大負荷。負荷為500Nm/h,遇過(guò)咼負何試驗,褐煤的最大當負荷提高到6000Nm'/h時(shí),煤鎖閥下溫度高點(diǎn)逐負荷為5500Nm'/h。在煤質(zhì)穩定和加煤系統正常的●23●情況下,試驗褐煤的極限負荷為6000Nm'/h,在此參考文獻負荷下短時(shí)間運行也是可行的。[1]尤彪，詹俊懷，固定床煤氣化技術(shù)的發(fā)展及前景(3)褐煤氣化試驗獲得的凈煤氣中氫碳比為[J]. 中氮肥, 2009(5): 1-7.1.86,而甲烷含量較高,H2含量偏低，這是由褐煤的[2]黃戒介，房倚天，王洋.現代煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與進(jìn)展[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2002, 30(5): 385 -391.特性決定的。(4)由于氣化爐煤質(zhì)的改變,氣化爐的排灰量[3]項友謙,朱素英.固定床煤炭加壓氣化過(guò)程的模擬會(huì )發(fā)生變化,褐煤氣化時(shí)排灰量要少于設計用煙煤與優(yōu)化[J].煤氣與熱力, 2003, 23(10): 587 -590.. [4]戢緒國,步學(xué)朋，王鵬，褐煤固定床加壓氣化的特的排灰量,這會(huì )造成氣化爐下面爐篦轉速的變化。性[J].煤氣與熱力, 2004, 24(3): 119 - 121. .為了有效協(xié)調氣化爐排灰和均勻布氣的矛盾,需要[5]戢緒國.煤加壓固定床純氧氣化的試驗研究[J].改變爐篦的數量,保證在減少排灰能力的條件下,保煤氣與熱力, 2005, 25(2): 1-4.持合適的布氣。.(上接第17頁(yè))由于只有5~7月份的部分數據,可能未覆蓋所坐標代表這個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對應的冷負荷。圖中顯示實(shí).有頻譜,造成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型預測部分誤差,其次,流際值與仿真值相當吻合,說(shuō)明建立的模型精度較高。量計裝在冷水機組側,即旁通閥內側,特別在過(guò)渡季6000節,為了保證冷水機進(jìn)水流量穩定,部分水直接從旁通閥進(jìn)入回水管道,這時(shí)流量計所測的流量是負荷4500水和旁通水之和,將直接影響我們所計算的空調冷負荷的準確度和負荷預測的精度。350030004總結25002000(1)本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型對空調負荷進(jìn)15005010150200250300330400450300行預測,取得了較好的預測結果,為下一步利用已建時(shí)間.min圄3 5-7 月份數據建模結果立的模型進(jìn)行負荷預測控制打下基礎。(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )良好的非線(xiàn)性映射能力,對具有預測結果見(jiàn)表1大滯后非線(xiàn)性的中央空調系統負荷建模帶來(lái)了方表1 9月份預測結果便。MRECFFP預測結果0. 09450.10560. 0813(3)由于城建國際大廈位于浦東區,而采用的圖4橫坐標與縱坐標意義同圖3。圖中顯示模室外氣象參數來(lái)自徐匯區,兩地存在一定的地理距型的9月份輸出值(即預測值)能較好的跟蹤實(shí)測離。若能獲得浦東的室外氣象參數,相信能進(jìn)一步值。表1顯示相對誤差低于10% ,通過(guò)Excel統計提高預測精度。分析得到預測值和實(shí)際值的相關(guān)系數為0. 833,達到工程上0.75的要求,說(shuō)明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )預測空調冷負[1]趙哲身公共建筑空調能耗分析和節能[C].第三屆國際智能、綠色建筑與建筑節能大會(huì ).北京,2007.荷是比較可靠的。[2]陳柳,吳冬梅.空調負荷預測探討[J].制冷,2007,26(3):32 -34.4000 ...俊.[3]李元旦.建筑物空調負荷預測方法及冰蓄冷空調系統運行優(yōu)化控制研究[ D].上海:同濟大學(xué)202.6.[4]岳前進(jìn),季順迎.遼東灣冰季太陽(yáng)輻射分析[J].海洋與湖沼2000,31(5) :562 - 567.[5]周開(kāi)利,康耀紅.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型及其MATLAB仿真程序設計[ M].北京:清華大學(xué)出版社,2005. 7.1000204060 80100 720中國煤化工load pedicion for thenext 2and a neural network圖49月份數據預測結果[J].MYHCNMH G86- 200●24●