煤氣化有機熱載體爐設計與開(kāi)發(fā)

20工業(yè)鍋爐2012年第3期(總第133期)文章編號:1004-8774(2012)03-20-03煤氣化有機熱載體爐設計與開(kāi)發(fā)李玉紅',陳千(1.中國核電工程有限公司,北京100840;2.河北金茂源熱能設備有限公司,河北衡水053000)摘要:混合煤氣發(fā)生爐 與有機熱載體爐配套使用符合混合煤氣生產(chǎn)流程(即不洗滌降溫,不貯存隨產(chǎn)隨用),有利于提高可燃物質(zhì)的燃盡率,提高有機熱載體爐的熱效率,既節能又環(huán)保。關(guān)鍵詞:煤氣化有機熱載體爐;節能環(huán)保;設計第一作者:李玉紅中圖分類(lèi)號:TK229.92*1文獻標識碼:A(1976-),工程師，華北電力學(xué)院碩士Design of Organic Heat Transfer Material Heater研究生畢業(yè),現任職Combined with Coal Gasification于中國核電工程有限公司。LI Yu-hong' ,CHEN Qian2(1. China's Nuclear Power Engineering Co. Ld, Bejjing 100840,China;2. Hebei Jnmaoyuan Thermal Equipment Co. Ld, Henghui 03000,China)Astrat:The ulizatin of orgnie heat tanter material heater combined gsifcation is adapt to mix gs producingpocesses. h ean impove the orgaie heat tansler material heater's eficiency and make it enirnmental fiendly.Key words: organic heat transter material heater combined gifiatioi; energy saving and enironmentalprotection;development0前言貯裝置,煤加工能耗也比較高。另外,煤粉燃燒需要有機熱載體爐以燃煤燃油、燃氣的方式提供熱很大空間，否則燃燒不盡,而很大很高的燃燒爐膛會(huì )能,但由于各種燃油和燃氣資源缺少,價(jià)格昂貴,所增加制造安裝難度,并且會(huì )大大提高爐膛受熱面的以絕大多數有機熱載體爐都采用燃煤的方式提供熱導熱油流通阻力,故不大適合有機熱載體爐11。能。燃煤方式又分為手燒固定爐排、機械化層燃爐當前,混合煤氣發(fā)生爐的設計、制造比較成熟，排鼓泡沸騰床和循環(huán)流化床,以及水煤漿和煤粉空其應用在化工行業(yè)相當廣泛,但在有機熱載體行業(yè)間室燃等方式。手燒固定爐排有燃燒周期性,在每應用似乎未見(jiàn)報道,兗其原因可能是混合煤氣發(fā)生次加煤后都會(huì )出現冒黑煙情況,只用于小容量有機爐裝置需要較大的投資,甚至超過(guò)了小容量有機熱熱載體爐,因為結構簡(jiǎn)單、投資省,在遠離城市的地載體爐本身的投資,使很多小容量有機熱載體爐需區目前還有一定市場(chǎng),但隨著(zhù)環(huán)保要求越來(lái)越嚴，國求者難以承受。隨著(zhù)有機熱載體爐容量增大,混合家明確規定手燒固定爐排燃煤鍋爐為淘汰產(chǎn)品并列煤氣發(fā)生爐所占投資比例會(huì )逐步減少,同時(shí)隨著(zhù)環(huán)人淘汰類(lèi)產(chǎn)品目錄。機械化爐排雖然沒(méi)有燃燒周期保要求越來(lái)越嚴,混合煤氣發(fā)生爐與有機熱載體爐性,但由于煤種、煤的粒度的變化、煤層厚度及配風(fēng)配套使用將成為新的趨勢。等各種因素影響，加上操作熟練程度,也經(jīng)常出現燒混合煤氣發(fā)生爐與有機熱載體爐配套使用最適不透和冒黑煙情況。大型有機熱載體爐可選用鼓泡合混合煤氣熱流程(即:不洗滌降溫,不貯存,隨產(chǎn)沸騰床和循環(huán)流化床以及水煤漿和煤粉燃燒方式。隨用中國煤化工i的混合煤氣二次但鼓泡沸騰床和循環(huán)流化床需配高壓鼓風(fēng)機,電耗燃燒YHCN M H Gf以其可燃物質(zhì)的高;水煤漿及煤粉加工需要復雜的煤加工設備及供燃盡率特別高，包括隨混臺煤氣帶出的煤焦油之類(lèi)的碳氫化合物以及煤炭顆粒都會(huì )燃燒殆盡,從而大收稿日期:201203-28大提高了有機熱載體爐熱效率和環(huán)保性能。如此研究與開(kāi)發(fā)●煤氣化有機熱載體爐設計與開(kāi)發(fā)21可以省略有機熱載體爐尾部除塵裝置,也減少了有爐、燃氣有機熱載體爐、第- -級空氣預熱器、1'鼓風(fēng)機熱載體爐的部分投資。機、第二級空氣預熱器、2*鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、煙囪、輔1鍋爐 系統簡(jiǎn)介助系統及控制系統等,如圖1。.煤氣化有機熱載體爐系統包括混合煤氣發(fā)生軟化水C用并四我51-混合煤氣發(fā)生爐2- 燃氣有機熱載體爐3- 第- -級空氣預熱器4- -1'鼓風(fēng)機5- 第二級空氣預熱器6- -2“鼓風(fēng)機7-引風(fēng)機圖1煤氣化有機熱載體爐系統圖當燃煤由加煤斗投入煤氣發(fā)生爐后,遇到由下出口進(jìn)入有機熱載體爐燃繞器燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣部鼓人爐膛的氣化劑(空氣和水蒸氣)便發(fā)生化學(xué)完成輻射和對流換熱后,經(jīng)引風(fēng)機排人大氣。反應,并沿料層高度方向向上形成五層,自下而上3 煤氣化有機熱載體爐設計為:灰渣層、氧化層、還原層、干餾層、干燥層。.煤氣化有機熱載體爐設計基本與燃油燃氣的鼓入的氣化劑,首先經(jīng)過(guò)灰渣層,并在此層中得有機熱載體爐設計相同。有機熱載體爐的輻射受熱到預熱,當上升進(jìn)人高溫的氧化層時(shí),碳和氧發(fā)生了面和對流受熱面均適合采用立式多層圓形或方形盤(pán)下列反應: .管筒結構,制造簡(jiǎn)單。管筒結構雙面受氣流沖擊傳2C +0=2C0+Q熱,同時(shí)兼氣體流程導引及支撐,金屬耗量比較小。2C0 +O2 =2CO2 +Q特別是中間高溫,四周低溫,熱量散失少,絕熱保溫C+0=CO2 +Q簡(jiǎn)單,保溫材料使用少([]。表2~表5為YQW一幾個(gè)反應都是放熱反應,溫度很高,該層稱(chēng)為氧4700- -MQ(400 萬(wàn)千卡)煤氣化有機熱載體爐燃用化層。表1所示成分的混合煤氣時(shí)的設計計算結果。氧化層中產(chǎn)生的熱氣繼續.上升,與上層燃料接麥1 混合煤氣成分%觸,產(chǎn)生了還原反應。主還原層中的反應主要是:0CH,NzCO2 +C =2C0 -Q14. 724.80.30.55C+H20=CO2 +2H2 -Q表2混合煤氣需用量計算結果C+H20=CO+H2-Q單位計算結果次還原層主要生成的一氧化碳與過(guò)剩的水蒸氣混合煤氣發(fā)熱值keal/m'(標態(tài)) 1 226反應:混合煤氣燃燒理論空氣量m'/kg (標態(tài))1.07CO+H20=CO2 +H2 +Q混合煤氣燃燒后煙氣量2. 209此外,還有生成甲烷的副反應:C +2H2 =CO, +Q200 C煙道氣的比熱keal /m'0.339 3還原層中產(chǎn)生的熱氣體再往.上升,加熱了上面排煙損失12的煤層,燃料中的有機揮發(fā)物和水分被干餾、蒸發(fā)出散熱損失3中國煤化工15來(lái),形成了千餾層和干燥層。生成的煤氣(CO、H、3 953_CH.、O2、N2、CO2混合物)聚集在料層以上,經(jīng)煤氣YHCNMHG22工業(yè)鍋爐2012年第3期(總第133期)衰3混合煤氣最高燃燒溫度計算結果名稱(chēng)單位計算結果混合煤氣進(jìn)燃燒室溫度450空氣量m5 499煙氣量8732空氣經(jīng)預熱后溫度C200混合煤氣平均比熱keal/ (m'.C )0. 340助燃空氣平均比熱keal/ {m'.C )0.313混合煤氣和助燃空氣混合后平均比熱0. 325燃燒室進(jìn)口氣休平均溫度燃燒產(chǎn)物在計算溫度下平均比熱keal/( m'●9)0.44燃燒室平均溫度1223混合煤氣最高燃燒溫度1 531表4燃氣有機熱載體爐受熱面吸熱計算結果煙道氣由1531 C-+970 C平均比熱keal/ (m’.C)0.43爐膛受熱面吸熱量kcal2106420煙道氣由970 C- +330 C平均比熱kcal/ (m'●C)0.38對流受熱面吸熱量kceal2123 622燃氣有機熱載體爐總吸熱量4 230 042表5空氣預熱器計算結果而不利用熱水或蒸汽,所以該系統未配置尾部煙氣熱水或蒸汽換熱器,所以有機熱載體爐的排煙溫度較高。第一級空氣預熱器吸熱量keal391 6304結語(yǔ)第一級空氣預熱器敬熱損失(5% )372 049第一級空氣預熱器熱風(fēng)溫度216隨著(zhù)國家對工業(yè)鍋爐節能減排重視程度的不斷第一級空氣預熱器面積.m2155提高,研發(fā)高效節能環(huán)保工業(yè)鍋爐將是大勢所趨。第二級空氣預熱器吸熱量cal147 571第二級空氣預熱器散熱損失(5%) keal140 192煤氣化有機熱載體爐的研發(fā)成功,將有利于促進(jìn)有混合煤氣發(fā)生爐用空氣量m'/h2752機熱載體爐行業(yè)的發(fā)展。盟第二級空氣預熱器熱風(fēng)溫度63參考文獻第二級空氣預熱器面積n2126[1]林宗虎，徐通樸.實(shí)用鍋爐手冊[ M].北京:北京化學(xué)工以上計算說(shuō)明混合煤氣燃燒熱效率應大于業(yè)出版社,2009.85% ,因為第二級空氣預熱器回收的熱量沒(méi)有進(jìn)入[2]趙欣剛,齊鹿揚.有機熱載體爐[ M].北京:中國計量出混合煤氣燃燒系統,其熱平衡計算只能算到姻道氣版社,2008.出口200 C。[3]工業(yè)鍋爐設計計算方法編委會(huì ).工業(yè)鍋爐設計計算方法由于多數用熱系統只利用高溫有機熱載體供熱，[M].北京:中國標準出版社,2005., 簡(jiǎn)訊●“煤粉工業(yè)鍋爐行業(yè)標準制訂技術(shù)研討會(huì )”會(huì )議召開(kāi)為總結煤粉工業(yè)鍋爐的技術(shù)成果,推動(dòng)煤粉工業(yè)鍋爐產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步.為煤粉工業(yè)鍋爐的安全、節能、環(huán)保運行提供技術(shù)保障,上海工業(yè)鍋爐研究所于2012年5月9日至10日在山西省太原市組織召開(kāi)了“煤粉工業(yè)鍋爐行業(yè)標準制訂技術(shù)研討會(huì )" ,20名來(lái)自高等院校、科研單位和鍋爐制造企業(yè)、鍋爐監察部門(mén)的專(zhuān)家、教授和代表參加了會(huì )議。專(zhuān)家與代表們- -致認為:煤粉工業(yè)鍋爐在我國尚屬于新興產(chǎn)品、處于摸索和發(fā)展階段,工業(yè)煤粉鍋爐及其推廣應用均有別于傳統煤粉鍋妒。我國現有的鍋爐標準體中國煤化工品標準和技術(shù)要求,生產(chǎn)和使用單位只能參考相近的產(chǎn)品標準,基本是憑經(jīng)驗;MHCNMH G市場(chǎng)經(jīng)濟需要標準,行業(yè)的交流合作與競爭也需要行業(yè)標準的正確引導,因此制疋(保初上業(yè)網(wǎng)廠(chǎng))你任利該類(lèi)鍋爐的設計、制造、使用和管理予以規范顯得尤為重要。(上海工業(yè)鍋爐研究所行業(yè)工作部供稿)