第5期武楨,等:循環(huán)流化床煤氣化高溫助燃的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，17●循環(huán)流化床煤氣化高溫助燃的設(shè)計(jì)與應(yīng)用武楨,盧燕云(馬鞍山科達(dá)潔能股份有限公司,安徽馬鞍山243041)摘要:科達(dá)潔能清潔煤氣化系統(tǒng)采用高溫煤氣預(yù)熱混合氣化劑,高溫助燃?xì)饣瘎囟瓤蛇_(dá)到750C ,有效降低了煤耗,提高了煤氣熱值和氣化效率。關(guān)鍵詞:煤氣化;高溫;助燃中圖分類號:TQ546文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1008 -021X(2012)05 -0017 -03Design and Application of High Temperature Combustion - supportingfor Circulating Fluidized Bed Coal Gasification CombustionWU Zhen , LU Yan -yun(Maanshan KEDA Clean Energy Co.，Ltd., Maanshan 243041 , China)Abstract: KEDA newpower gasification systems adopt high temperature gas preheated mixed gasifyingagent , high temperature combustion gasification temperature could reach 750C，the coal consumptionreduced effectively ,gas caloric value and gasification eficiency increased both。Key words :coal gasification ; high temperature ;combustion - supporting近年來,粉煤氣化技術(shù)逐漸發(fā)展,如何最大限度反應(yīng)(1)和(2)分別是二氧化碳還原反應(yīng)和水地節(jié)能降耗,實(shí)現(xiàn)熱量的綜合利用,- -直是粉煤氣化蒸汽分解反應(yīng),煤氣中的可燃?xì)怏wH2和CO主要由研究的目標(biāo)。在理想氣化條件下，碳全部轉(zhuǎn)化為這兩個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生。放熱反應(yīng)主要為吸熱反應(yīng)提供熱CO,且C和02生成CO2的反應(yīng)所放出的熱量全部量:用于水蒸汽分解反應(yīng),氣化系統(tǒng)為絕熱,碳的化學(xué)熱C +O2(氣) = CO2 + 408.8kJ/mol(3)將無損失地全部轉(zhuǎn)入煤氣中,使冷煤氣氣化效率達(dá)在煤氣化工藝中,高溫氣化劑的引入,提高了爐100%。但是實(shí)際生產(chǎn)的熱量損失不可避免,氣化內(nèi)氣化溫度,對氣化反應(yīng)的影響主要表現(xiàn)在以下兩過程的熱損失主要有兩方面:一方面是干煤氣物理個(gè)方面:①加快了氣化反應(yīng)速率,加強(qiáng)了吸熱反應(yīng)，熱、未分解蒸汽的熱焓以及帶出物、灰渣的化學(xué)熱和吸熱反應(yīng)(1)(2)是氣化反應(yīng)中極其重要的反應(yīng)。物理熱等,另--方面是發(fā)生爐對環(huán)境的熱損失。其當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)(1)的平衡常數(shù)急劇增長,有利中干煤氣物理熱所占比例較大,從能量轉(zhuǎn)換利用的于正反應(yīng)的進(jìn)行,也相應(yīng)地改變了吸熱與放熱反應(yīng)角度出發(fā),科達(dá)清潔煤氣化系統(tǒng)利用高溫煤氣余熱，進(jìn)行的程度比例,吸熱反應(yīng)的加劇,導(dǎo)致更多的CO2將富氧空氣與蒸汽預(yù)熱至750C,預(yù)熱后的混合氣被還原，更多的水蒸汽被分解,這樣就提高了煤氣中化劑經(jīng)過均勻布風(fēng)后進(jìn)入爐內(nèi),大大降低了煤耗,提CO和H2的的比例,使煤氣熱值提高。②高溫氣化高煤氣熱值和氣化效率,實(shí)現(xiàn)了熱量的綜合利用。劑帶人爐內(nèi)大量的顯熱,減少了為氣化反應(yīng)提供熱1預(yù)熱混合氣化劑的原理量的燃燒反應(yīng)份額,從而相應(yīng)減少了燃燒所需的空煤氣化過程主要存在吸熱和放熱兩組反應(yīng),吸氣量,煤氣中惰性氣體如N2、CO2含量降低,煤氣熱熱反應(yīng)為:值增加。C +CO2(氣) =2CO - 162.4 kJ/mol2高溫助帳氣化 劉的設(shè)法C+H20(氣) =CO +H2-118.8kJ /mol (2)由于生中國煤化工，B的熱量遠(yuǎn)大于YHCNMHG收稿日期:2012 -04-11作者簡介:武楨( 1962- -) ,江蘇南通人,碩士,工程師,現(xiàn)從事煤氣化技術(shù)及研發(fā)工作。山東化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷CO2還原及水蒸汽分解吸收的熱量,科達(dá)清潔煤氣量降低,提高煤氣熱值和氣化效率?；到y(tǒng)在溫克爐和恩德爐工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,設(shè)3科達(dá)清潔煤氣化系統(tǒng)工藝計(jì)使用了高溫助燃?xì)饣瘎Ｃ簹饣^程的反應(yīng)假設(shè)科達(dá)1000Nm'/h清潔煤氣化系統(tǒng)主要由煤氣按照下述的過程進(jìn)行,常溫的混合氣化劑升溫至發(fā)生系統(tǒng)、空分系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和脫硫系750C吸收的熱量為△H,常溫煤升溫至750°C吸收統(tǒng)等組成,其工藝流程圖如圖2。的熱量為△H2,在7509C部分煤經(jīng)過氧化還原反應(yīng)25°C氣化劑氣化生成煤氣,在7509C前已發(fā)生氣化反應(yīng)生成的25C煤950C煤氣煤氣和未來得及參加反應(yīng)的細(xì)小粉煤被--同加熱，最終出爐煤氣的溫度為950C。氣化劑和煤的升溫0H吸收的熱量與CO2還原和水蒸汽分解吸收的熱量均750C氣化劑25°C煤由△H提供。反應(yīng)過程見圖1。如果利用出爐高溫煤氣將氣化劑預(yù)熱至0H2750C ,則節(jié)約了熱量OH用于CO2還原和水蒸汽950C氣化劑分解反應(yīng)的進(jìn)行，使得煤氣中CO和H2比例增加，750C煤950C煤同時(shí)加快了氣化反應(yīng)的過程。圖1煤氣化反應(yīng)過程另外，由于高溫煤氣的余熱利用,節(jié)約了耗煤量,并減少了氣化劑的用量,隨之使得煤氣中N2含氣化[搟氣煤氣原料制備糊煤、給煤粉煤發(fā)生劑高余熱徽、除塵煤氣脫硫煤氣加壓溫預(yù)回收系統(tǒng)爐煤氣熱系煤氣系統(tǒng)充鹽舞|燙|I空分軟水氣流.制氧輸送氣樊制鍋爐灰渣制磚圖2科達(dá)粉煤氣化 系統(tǒng)工藝流程空分設(shè)備為-套帶增壓透平膨脹機(jī)的常溫分子生氣化反應(yīng)生成煤氣。煤氣帶著飛灰從氣化爐頂部篩吸附純化的空分裝置。氣化劑由富氧空氣和蒸汽進(jìn)入高溫分離器,大顆粒飛灰被分離下來經(jīng)過返料組成,富氧空氣由空分產(chǎn)生的氧氣與空氣混合而成，管回到爐底料層繼續(xù)反應(yīng),小顆粒飛灰隨著煤氣一蒸汽則由余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生。除塵系統(tǒng)采用袋式除起進(jìn)入高溫氣化劑預(yù)熱系統(tǒng),釋放出部分顯熱,接著塵器補(bǔ)集飛灰,鍋爐系統(tǒng)燃燒飛灰中的殘?zhí)?同時(shí)產(chǎn)進(jìn)人余熱回收系統(tǒng),繼續(xù)釋放出顯熱,降溫后的煤氣生蒸汽輸往用戶。煤氣發(fā)生系統(tǒng)工藝流程如下:儲進(jìn)入除塵系統(tǒng),小顆粒飛灰被分離并送至鍋爐系統(tǒng)，存在煤倉的原煤通過備煤系統(tǒng)處理成粒度在10mm除塵后的中國煤化工2S后成為潔凈以下的粉煤,通過帶式輸送機(jī)、卸料機(jī)等輸送至煤煤氣。爐澀1HCNMH t冷卻水套與水斗,然后由螺旋給煤機(jī)送人爐膛。氣化劑經(jīng)過高溫冷出渣機(jī)的伶卻后田市式犧達(dá)磯犧送至渣倉等待外預(yù)熱系統(tǒng)加熱后由風(fēng)室進(jìn)人氣化爐底部,與粉煤發(fā)運(yùn)。.第5期武楨,等:循環(huán)流化床煤氣化高 溫助燃的設(shè)計(jì)與應(yīng)用●19●4高溫 助燃?xì)饣瘎┑膽?yīng)用科達(dá)煤氣爐采用循環(huán)流化床,對煤質(zhì)的要求較科達(dá)清潔煤氣化工藝中出爐煤氣的高溫余熱利低,可采用低劣質(zhì)的褐煤,也可采用煙煤,其均能在用采用兩級換熱器,即高溫氣化劑預(yù)熱系統(tǒng)和余熱爐內(nèi)進(jìn)行較好的氣化反應(yīng)。即使使用低發(fā)熱量的褐回收系統(tǒng)。出爐煤氣與混合氣化劑在高溫氣化劑預(yù)煤,氣化效率也可達(dá)到72%以上。由于采用的是等熱系統(tǒng)中進(jìn)行換熱,使得煤氣溫度由950C降至壓風(fēng)室均勻布風(fēng)，煤粉粒度<10mm,因此對煤的粒500C ,混合氣化劑被預(yù)熱至750C。余熱回收系統(tǒng)度分布要求也較低,且能在爐內(nèi)進(jìn)行較好的流化。中,煤氣顯熱進(jìn)-步被釋放,產(chǎn)生的飽和蒸汽在進(jìn)入4.2 運(yùn)行指標(biāo)高溫氣化劑預(yù)熱系統(tǒng)前與富氧空氣混合,形成混合科達(dá)煤氣爐控制富氧空氣中氧氣濃度為26%氣化劑?？七_(dá)清潔煤氣化系統(tǒng)在四川的兩套裝置自~30%,氣化爐底部溫度控制在950C,高溫助燃風(fēng)2010年6月至今連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行,主要供給峨眉山某進(jìn)入后可與原料煤迅速發(fā)生氣化反應(yīng)?；以袣?zhí)刻沾善髽I(yè)的窯爐使用，其使用的煤種及運(yùn)行指標(biāo)見含量低于6%,經(jīng)余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽量滿足表1。氣化劑中的蒸汽的消耗量。表1科達(dá)清潔煤氣化系統(tǒng)氣化用煤及運(yùn)行指標(biāo)由于高溫助燃風(fēng)的使用,提高了煤氣熱值,在使褐煤耔煤煙煤用發(fā)熱量為13. 82 MJ/kg的褐煤時(shí),煤氣熱值可達(dá)原料指標(biāo)(質(zhì)量比)到5335MJ/ Nm3 ，使用煙煤時(shí)煤氣熱值可穩(wěn)定在M,/%32.2517.9316.356275 MJ/ Nm'以上,可靠地保證了工業(yè)用氣。A.w/%25.4817.0819.99煤氣中的除塵裝置采用袋式除塵,經(jīng)余熱回收34. 8929. ss29.01系統(tǒng)后煤氣的溫度已低于200C,保證了袋式除塵FC2/%32.9250.1847.88器的安全,除塵后煤氣中含塵量小于10mg/Nm3。Qm/(MJ/kg)13.8222. 4021.58經(jīng)除塵器補(bǔ)集的飛灰可送往粉煤鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽運(yùn)行指標(biāo)以供他用。富氧濃度/%28. 9929. 3929. 305存在的問題風(fēng)量/(Nm'/h)5342556高溫氣化劑預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱富氧空氣和蒸汽的混蒸汽量/(t/h)0.621.61.39合氣體,氣化劑中的富氧濃度不能過高,否則易發(fā)生氣化底部溫度/C965960950換熱器氧腐蝕。當(dāng)富氧空氣中氧氣濃度高于40%煤氣產(chǎn)量/( Nm'/h)944311625比煤耗1289900920時(shí),易造成高溫?fù)Q熱器列管的部分堵塞或漏氣。比氧耗3732652706結(jié)論冷煤氣效率72.9481.675.72科達(dá)煤氣化系統(tǒng)采用7509C高溫助燃風(fēng),可有煤氣組分(體積比)效降低煤耗,提高煤氣熱值和氣化效率,在低富氧狀H2/%23.0525. 1925.35態(tài)下氣化效果較好,自工業(yè)化生產(chǎn)以來，連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)N2/% .39. 3534.4134.51定,適合在陶瓷焦化造紙、玻璃及有色金屬深加工CO/%15.6023.8023.61等行業(yè)中推廣使用。CH/% .2. 403.003.05CO2/%19.4013. 2013. 28(本文文獻(xiàn)格式:武楨, 盧燕云.循環(huán)流化床煤氣熱值/ (M]/ Nm3)533568246836化高溫助燃的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].山東化工,2012,414.1 氣化用煤(5):17-19.)(上接第16頁)by a novel Au/TiO2 heterojunction composite nanotube[8] Kyung H,Lee J, Choi W. Simultaneous and syergisticarrays[J]. Sep Purif Technol, 2011, 79: 85 -91.conversion of dyes and geavy metal ions in aqueous Ti02suspensions under visible - light ilumination[ J]. Environ(本文文獻(xiàn)格中國煤化工v2O。多層膜Sci Technol, 2005 , 39: 2376 -2382.對廢水中甲基YHCNMH司去除[J].山.[9] Luo s L, Xiao Y, Yang L X, et al. Simulaneous東化工,2012 ,41(5):14-16,19. )detoxification of hexavalent chromium and acid orange 7