煙煤水煤氣氣化爐運行的可行性分析

June 2007化肥設計.第45卷第3期●22.Chemical Fertilizer Design2007年6月.煙煤水煤氣氣化爐運行的可行性分析陳家仁(煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工分院,北京100013)摘要: 煙煤水煤氣氣化爐是將雙火層煤氣發(fā)生爐的氣化原理用于水煤氣氣化的一種爐型。介紹了雙火層氣化爐的爐型規格、供氣形式和半水煤氣組成;從煤氣中CO2和CH含量、氣化爐反應溫度、蒸汽量的調整等方面分析了煙煤水煤氣氣化爐生產(chǎn)運行的可行性;介紹了煙煤水煤氣氣化爐的結構形式和工藝流程;計算了原料煤成本的經(jīng)濟效益,結果表明,4萬(wàn)Va合成氨裝置每年可節約原料煤費用1 160萬(wàn)元,20萬(wàn)Va甲醇裝置每年可節約原料煤費用6 960萬(wàn)元。關(guān)鍵詞:煙煤水煤氣氣化爐;雙火層煤氣發(fā)生爐;生產(chǎn)運行;可行性中圈分類(lèi)號: TQ545 .文獻標識碼: A文章編號 :1004 - 8901(2007)03 -0022 -03Feasibility Analysis for Operation of Water Coal Gas Gasifier of CoalCHEN jia.ren( Bejing Coal Chemical Engineering Sub-istiute of General Coal & Carbon Science Research Insitute ,Bejing 100013 China)Abstract: The water coal gas gasifer of coal is one type of gasifiers in which the gasification principle of coal gas generator with double fire layers isused in waler coal gas gasification. Author introduced the double fire layers gasifier lype & size; gas supply type and constituent of semi-water coal gas;analyzed the production & operation feasibility of water coal gas gasifier of coal from aspects of contents of CO2 & CH, in coal gas, reaction temperature ofgasifer, adjustment of steam quantity etc. ; introduced the structure type and proces flow of water coal gas gasifier of coal; calculated the economic bene-fit of the raw coal cost, the result indicates that the raw coal cost 11. 60 million Yuan RMB can be saved annually for a ammonia plant with a capacity of40000 Va, and 69. 60 mllion Yuan RMB saved anally for ammonia plant with a ceapacity of 200 000 Va.Key words: water coal gas gasifer of coal; double fire layers coal gas generator; production operation; feasibility煙煤水煤氣氣化爐是將雙火層煤氣發(fā)生爐的擬以河南藍天集團遂平化工廠(chǎng)為例,分析煙煤水煤氣化原理用于水煤氣氣化的一種爐型。雙火層氣氣氣化爐運行的可行性?；癄t用于混合煤氣發(fā)生爐已有近6年的歷史?；?煙煤水煤氣氣化爐運行可行性的標志合煤氣發(fā)生爐使用的煤種的揮發(fā)分產(chǎn)率約為20%或高達30%以上。氣化爐的規模有φ1.2 m、φ1.6在雙火層氣化爐的上部有一火層,主要用來(lái)燃m、q2. 26 m.φ3.0 m和φ3.2 m。用戶(hù)有工業(yè)燃氣燒、裂解煙煤受熱后產(chǎn)生的高烴類(lèi)物質(zhì)。經(jīng)過(guò)上部和民用燃氣,供氣形式有熱煤氣直接供窯爐燃燒火層燃燒、裂解后,下部氣化爐中就只有半焦,而氣的,也有經(jīng)冷卻、凈化制成冷煤氣供民用及工業(yè)窯化爐下部的半焦氣化與無(wú)煙煤制取水煤氣的情況爐的,技術(shù)上已經(jīng)比較成熟可靠。長(cháng)期生產(chǎn)運行實(shí)是一樣的。因此,通過(guò)示范運行,衡量煙煤水煤氣踐證明,雙火層煤氣發(fā)生爐所產(chǎn)煤氣中幾乎不含焦氣化爐運行可行性的主要標志為:①所產(chǎn)生的半水油及酚類(lèi)等高烴物質(zhì)。該爐轉成水煤氣爐型后,主煤氣及吹風(fēng)氣中是否含有焦油和酚類(lèi)物質(zhì);②所產(chǎn)要差別在于吹風(fēng)階段與制氣階段的線(xiàn)速度要能適生的半水煤氣氣量能否與目前同爐徑的水煤氣氣應,曾經(jīng)出現的問(wèn)題主要是滿(mǎn)足不了吹風(fēng)時(shí)“強風(fēng)化爐相當;③單位標煤的制氣率是否降低。短吹"的要求。吹風(fēng)量過(guò)低,使產(chǎn)氣量過(guò)低,氣質(zhì)達中國煤化工媒氣發(fā)生爐的長(cháng)期生不到要求。只要應用目前水煤氣氣化爐成功的強CN MH C達30%以上,經(jīng)過(guò)6化生產(chǎn)的設計與操作經(jīng)驗,不論是采用空氣-蒸汽年多的運行,煤氣管道中未見(jiàn)有焦油及高烴類(lèi)物質(zhì),間歇生產(chǎn)工藝還是采用富氧(氧含量48% ~50%)-蒸汽連續制氣工藝，達到用煙煤塊或煙煤作者簡(jiǎn)介:陳家仁(1938年-) ,男,上海人,1961年畢業(yè)于浙江大學(xué)型煤生產(chǎn)合格的半水煤氣,都應該是可行的。筆者燃料化工專(zhuān)業(yè)，研究員,從事煤炭氣化的研究和開(kāi)發(fā)工作。第3期陳家仁煙煤水煤氣氣化爐運行的可行性分析●23而目前采用的煙煤型煤的揮發(fā)分僅為12% ~ 14% ,汽含量,也就是制氣時(shí)的蒸汽分解率的高低。因為因此，煤氣中高烴類(lèi)物質(zhì)就很難存在。半水煤氣的比熱只有0.84~1.47 KJ/(m3●C),而單爐半水煤氣產(chǎn)氣量的多少與人爐的空氣鼓蒸汽的熱焓則高達2 675 KJ/kg。只要把氣化爐的風(fēng)量有關(guān)。-般每立方米半水煤氣約需0.8 m'的鼓反應溫度提高,蒸汽量進(jìn)行調整適當,相信不會(huì )出風(fēng)空氣,采用上吹加氮時(shí),需添加氮空氣0.3 m3 ,亦現半水煤氣溫度降不下來(lái)的問(wèn)題。即每生產(chǎn)1 m'的半水煤氣,在正常情況下需要的總3氣化爐結構改進(jìn)措施空氣量約為1.1 m'。在雙火層氣化爐中,空氣鼓風(fēng)分上下2路進(jìn)爐,其空氣量肯定比只有1條進(jìn)口的煙煤水煤氣氣化爐的結構示意見(jiàn)圖1。氣化爐一般水煤氣爐空氣量大, 而且還可以解除由于風(fēng)速上部加煤系統,參照原來(lái)的水煤氣氣化爐,不做改過(guò)大而造成爐內料層吹翻的顧慮。動(dòng)或將有的廠(chǎng)目前已安裝的自動(dòng)加焦機去掉,以維在化肥廠(chǎng)的合成氣生產(chǎn)中,一般每公斤標煤持加煤吊斗的高度不變。在爐頂部增加1個(gè)鼓風(fēng)(固定炭84% )可生產(chǎn)2.8 m'半水煤氣。在煙煤中及蒸汽人口,增加2個(gè)油壓閥、2個(gè)調節閥。將爐身還有一部分揮發(fā)分(比無(wú)煙煤中的揮發(fā)分要高一適當加高，上段火層周壁增加1個(gè)水夾套,以防止些)在燃燒、裂解的過(guò)程中可多產(chǎn)生- - 些半水煤氣。上火層周?chē)鸂t壁掛渣。在爐中部增加1個(gè)均布風(fēng)在折合標煤的時(shí)候是按固定炭含量,揮發(fā)分高的煙的出口管。內徑與原上部煤氣出口相同,爐內的開(kāi)煤固定炭可能會(huì )低--點(diǎn),因而，折合到人爐煤量也口面積應不小于原出口管的截面,以避免系統阻力可能高一點(diǎn),在計算成本時(shí)可以折算清楚。的增加。氣化爐下段從爐帽頂往上應有1.8 ~2.0m的料高,上段應有1.5 m料高。底部出灰系統與2可能出現的問(wèn)題原水煤氣爐相同,不做變動(dòng)。循環(huán)自動(dòng)控制機增加(1)煤氣質(zhì)量中CO2和CH,是否會(huì )高?這主上部吹風(fēng)與上吹(實(shí)際是下吹)蒸汽各2條油路,與要取決于氣化操作溫度。如果氣化溫度高,半水煤下部的油路同時(shí)動(dòng)作。各循環(huán)制氣階段閥門(mén)開(kāi)關(guān)氣中這2種成分含量自然會(huì )低。氣化溫度高低主情況參考表1進(jìn)行。要受制于爐內是否會(huì )結大疤,而爐內是否容易結大A__山疤而影響生產(chǎn)主要取決于原料煤的灰分含量與灰3Gt8熔點(diǎn)ST。河南煤的灰分一般在20%以下,不算太94低,在制造煙煤型煤時(shí)使用的粘結劑應考慮采用有機的,不增加灰分的粘結劑，使型煤的灰分盡可能.低。對型煤原料配煤中的低揮發(fā)分主原料煤,應選一灰用正規大煤礦的優(yōu)質(zhì)煤粉,以保證型煤的灰分在圖1煙煤水煤氣氣化爐結構16% ~18%以下。根據目前對河南煤質(zhì)的了解,省表1各循環(huán)制氣階段閥門(mén)開(kāi)關(guān)情況內這類(lèi)煤的灰熔點(diǎn)ST大多在1 400~1 500 C,不.會(huì )低于山西晉城無(wú)煙煤。煤中硫分也應考慮,不采制氣階段閥門(mén)開(kāi)閥門(mén)關(guān)二上10sec.3,5,61,2,4,7,8用石炭紀的太原統高硫煤,而選用省內低硫的二疊回收5sec.1,2,6 .3,4,5,7,8紀山西統的二1煤層煤。通過(guò)這些考慮將來(lái)運行歡風(fēng)35sec.1,2,83,4,5,6,7時(shí)氣化爐制氣溫度可以維持在較高的水平,半水煤上吹35see.氣中CO2和CH含量均不會(huì )很高。下吹35ec.4,71,2,3,5,7,8(2)上吹煤氣的出口溫度可能會(huì )比單火層爐總時(shí)間120sec.的高。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)在煤氣出口后增設1個(gè)鼓風(fēng)量及上、下吹蒸汽量在調試中應根據氣化蒸汽過(guò)熱器來(lái)回收這部分顯熱。人爐蒸汽的過(guò)熱爐爐徑大小、原料的灰分揮發(fā)分高低以及爐況進(jìn)溫度提高,有利于蒸汽分解率提高。在示范初期也行調中國煤化寧頂增加3個(gè)測溫點(diǎn)，可先不考慮增設蒸汽過(guò)熱器,因為這不是示范工作以時(shí)其不下移;②增加上、的主要方面,損失的顯熱量也不會(huì )很大,不會(huì )對氣THCNMH(;(只在示范爐設置)?；臒崞胶庠斐商蟮挠绊?。主要的問(wèn)題是不能根據化工廠(chǎng)生產(chǎn)的要求,煙煤水煤氣爐的工藝造成煤氣冷卻效果差,影響后部的羅茨機、壓縮機流程見(jiàn)圖2。各爐徑氣化爐預計的操作參數及指標的打氣量。對冷卻系統影響最大的是未分解的蒸見(jiàn)表2。(下轉第41頁(yè))第3期殷傳光等合成氨儲槽弛放氣提氫工藝運行小結●41●控制得較好,運行比較穩定,滲透氣氫含量達到3生產(chǎn)運行85%(因弛放氣氣柜供民用,根據實(shí)際情況將滲透弛放氣提氫技術(shù)所用設備是由原異丙胺提氫氣調整在70%左右) ,尾氣氫含量測不出來(lái)(通電不舊設備改造而來(lái),且與合成塔后放空提氫共用軟水爆),弛放氣氣柜氫含量由原來(lái)的43%降低到25%泵、軟水槽,故投資省,建設周期短,運行成本低。左右,大幅減少 了有效氣體的浪費,生產(chǎn)運行數據該裝置2006年4月26日開(kāi)車(chē)后,各點(diǎn)溫度、壓力均見(jiàn)表2。表2生產(chǎn)運行數據壓力/MPa人膜流量/m3 .h-1氣體成分,φ/%日期軟水泵溫度滲透氣人膜氣含氨洗氨塔膜入口尾氣滲透氣 回氣柜出口氨水蒸汽/C滲透氣尾氣軟水氣氨氫_ /x10-06-04-30 2.17 2.17 1.8 0.35 0.15 2.18 0.10.617 811 259 0.75 86.2不爆006-05-15 2.16 2.16 1.7 0.37 0.17 2.19 0.12 0.646 864 77 0.75 85.8 不爆06-05-22 2.17 2.170.380.17 2.18 0.15 .2712 0.72 71.3 不爆06-06-12 2.18 2.18 1.8 0.4 0.18 2.2 0.19 0.6 46 762 96 0.62 72.6 不爆06-06-26 2.18 2.18 1.8 _0.38 0.17 2.2 0. 1828 154 0.61 74.8 不爆放空氣送吹風(fēng)氣鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽折合產(chǎn)值約2004經(jīng)濟效益萬(wàn)元,現經(jīng)提出的氫氣轉化合成氨折產(chǎn)值約380萬(wàn)氨貯槽噸氨放空氣量為108 m'/t,凈氨后噸氨元,故年經(jīng)濟效益在180萬(wàn)元以上。因利用異丙胺氣量為49 m'/t。根據公司實(shí)際情況及生產(chǎn)能力,目提氫舊設備以及原有舊銅塔,前期投資較少,僅增前實(shí)際氣量約為1 200 m'/h,生產(chǎn)運行中氫氣回收加1臺凈氨塔及材料費用,總投人約40余萬(wàn)元,投率可達到85%左右,滲透氣濃度可達到80%以上資回收期僅為3個(gè)月。(因考慮居民生活用氣,目前控制在70%)。改造前收稿日期: 2006-12-14(上接第23頁(yè))過(guò)熱蒸汽4以原料煤成本計算的效益分析加煤(1)以晉城粉煤及平頂山煤粉制成的煙煤型煤價(jià)格估計為:400 x0.2 +460 x0.8 +50 =498元/t,其揮發(fā)分產(chǎn)率約為11.2 % ,灰分產(chǎn)率13% ,水分以冷卻水2%計,其固定炭為73.8%,折標煤價(jià)為:498x84/軟水醫氣植73.8 =567元/t,以噸氨耗標煤量為1.19 t計,折噸下灰氨耗原料煤費用為675元/t。噸氨原料煤以晉城小粒煤計,進(jìn)廠(chǎng)價(jià)為730元/t,其固定炭含量以75%計圖2煙煤水煤氣氣化爐工藝流程算,標煤價(jià)格為818元/t。折噸氨耗標煤1. 18 t1-氣化爐;2-布風(fēng)、布氣機構;3-夾套蒸汽汽包;4-旋風(fēng)除塵器;計,則噸氨耗原料煤費用為965元。兩者相差為5-吹風(fēng)煙氣煙囪;6-余熱鍋爐及蒸汽過(guò)熱器;7-除塵器;8- 余熱290元。r鍋爐;9-冷卻塔;10一電除塵器表2各爐徑氣化爐預計的操作參數及指標(2)以年產(chǎn)4萬(wàn)t的合成氨廠(chǎng)計算,每年可節約原料煤費用1160萬(wàn)元。年產(chǎn)20萬(wàn)t甲醇耗原爐徑/m中2.65φ2.61料煤30萬(wàn)t,以差價(jià)232元計,每年可節約原料煤氣化爐截面/m25.515.25吹風(fēng)壓力/kPa17.6617. 66費用6 960萬(wàn)元。吹風(fēng)流量/m'/h- I24 00023 000爐改造費用約30萬(wàn)/m3●min-1400380元中國煤化工,以21臺爐計算其改蒸汽量上吹/t.h-I6.16.0下吹/t.h-16.26. 0造費AYHCN M H G原料煤費用的7.76 %。單爐加標煤量/t.h-12. 8因此,本項示范一旦成功,可為企業(yè)的原料煤立足單爐產(chǎn)氣量/m?/h-I75007 400單爐產(chǎn)氣折氨/1.d-15453本地,降低成本,解決燃眉之急。每臺爐產(chǎn)氨量/t.a-1.78萬(wàn)_1.76 萬(wàn)_收稿日期: 2006-12-01