第41卷第22期廣州化工 Vol. 41 No. 222013年11月 Guangzhou Chemical Industry November. 2013生產(chǎn)技術(shù)U-GAS粉煤氣化技術(shù)董文博(河南義馬煤業(yè)集團股份有限公司技術(shù)中心,河南義馬472300)摘要:介紹了-GAS粉煤加壓氣化技術(shù)的工藝反應原理,主要設備的作用和工藝流程走向,關(guān)鍵控制參數(shù)的調(diào)節(jié)方向,與其他爐型相比較,該爐型所具備的技術(shù)優(yōu)勢和特點,該氣化技術(shù)的研究發(fā)展歷程以及目前在國內(nèi)的運行情況,并指出了這種煤粉煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展前景及制約因素。關(guān)鍵詞:-GAS;粉煤氣化;灰團聚;氣化技術(shù);流化床;氣化劑中圖分類號:TQ546.2文獻標識碼:B文章編號:1001-9677(2013)22-0155-03 U-GAS Pulverized Coal Gasification Technology DONG Wen-Bo(Technology Center, Henan Yima Coal Group Co.,lt, Henan Yima472300, China) Abstract: U-GAS reaction principle of the technology of pulverized coal pressurized gasification technology, the role of the main equipment and technological process, the adjustment direction of key control parameters were introduced Compared with other type furnace, technology advantage and characteristic of fumace model, the gasification technology of research development and running situation at present in China were presented, and the pulverized coal gasification technology development prospect and restriction factor were pointed out. Key words: U-GAS; pulverized coal gasification; grey reunion; gasification; fluidized bed; gasification agent汽比值較大,故床層中心區(qū)域溫度較高,該區(qū)域的溫度高于周1u-gAs氣化爐及工藝流程圍流化床的溫度,接近煤的灰熔點;U-gAs氣化爐,是一個單段流化床氣化爐。氣化爐主體(3)在文丘里管處由于氣流的擾動使排灰中的碳粒從較重是帶有兩個旋風分離器的粉煤流化床。氣化爐是一個直立的圓的團聚灰筒體,分為上下兩段,上部的直徑較大,氣流速度較低,氣流灰?；抑蟹蛛x出來在文丘里管處使未燃碳燃燒氣化,又使相互粘結(jié)而團聚起來。通過控制文丘里管的氣速,可控制中含有尚未完全氣化的焦粉和半焦粉,與下部相比,顆粒濃度排灰量。較低,稱之為稀相段,此處是氣化產(chǎn)生的焦油和輕油進行裂解原料煤與氣化劑反應生成的合成氣從氣化爐頂部導出,合的主要場所;下部的直徑較小,氣速較大,顆粒較大的粉煤成氣中夾帶有大量的煤粉,含碳量較大。經(jīng)過兩級旋風分離器,將合成氣中所附帶的大顆粒粉塵捕集回收,再次送入氣化粉焦和灰渣都集中在這里,形成流化床的濃相段。原料煤被輸爐進行反應。合成氣中不含焦油,有利于熱量的回收和凈化過送到濃相段,這里是氣化反應發(fā)生的主要場所。經(jīng)過加工后的原料煤(0~6mm),為了能順利進入加壓運程。氣化過程中形成的灰渣被熔融團聚成球形顆粒,而后被分行的氣化爐,將經(jīng)過緩沖斗、鎖斗、加煤計量斗和定量螺旋加般的流化床氣化爐不能從床層中排出低碳灰渣,這是因料器噴人分布板上方區(qū)域。在氣化爐內(nèi),煤與氧氣、水蒸汽在為要保持床層中高的碳灰比和維持穩(wěn)定的不結(jié)渣操作,流化床高溫高壓條件下接觸、反應,將迅速完成干燥破粘(如果是內(nèi)必須要混合良好因此,排料的組成與床內(nèi)物料相同,故排黏結(jié)性煤的話)、脫揮發(fā)分、熱裂解、燃燒、氣化、灰團聚、出的灰渣含碳量就會比較高。而u-gAS氣化技術(shù)是利用灰團灰分離等一系列重要步驟。床層溫度取決于原料煤的種類,應聚的原理,來進行反應和排灰過程的。在氣化爐內(nèi),導入氧化使煤灰熔聚而不結(jié)渣。氣化爐的運行壓力取決于產(chǎn)品氣的用性高速射流,使煤中的灰分在軟化而未熔融的狀態(tài)下,在錐形途。原料煤在氣化爐內(nèi)停留時間為45~60min,流化速度為床中相互熔聚而黏結(jié)成含碳量較低的球狀灰渣,有選擇的排出0.65~1m/s,中心管處的固體分離速度約為10m/sc爐外。這種排渣工藝的優(yōu)點是不需要熔化所有的灰,對灰渣的氣化劑由三處進入氣化爐:流動性要求不高。這種氣化爐的灰渣比純干式排灰的灰渣對環(huán)(1)床層底部的分布板上開了數(shù)百個小孔,氣化劑從分布境的污染小。與固態(tài)排渣相比降低了灰渣中的碳損失,提板下部進入,由小孔散出,以均勻的分布氣化劑并將下移的物高了氣化效率;與液態(tài)排渣相比,減少了灰渣中帶走的顯熱損料推向中心射流區(qū)域,建立固體顆粒的內(nèi)部循環(huán);失,從而提高了氣化過程中碳的利用率(21。這是煤氣化排渣技(2)通過床層底部中心管進入,由于中心管口位置的氧/術(shù)的重大發(fā)展?；以欧诺乃俾士赏ㄟ^兩種途徑進行控制:作者簡介:董文博(1986-)男,助理工程師。156廣州化工2013年11月種是控制通入文丘里管氣化劑的氣流速度,另一種是控制冷渣最重要的影響因素。它是由煤和灰的性質(zhì)所決定的,必須控制機的轉(zhuǎn)速。在灰不熔化而又能夠團聚成球形的狀態(tài)。實驗發(fā)現(xiàn),此溫度一般比煤的灰熔點低100~200℃,與灰分中鐵的含量有關(guān)。煤緩沖斗第二旋風分離器中灰分的團聚,是依靠灰粒外部生成黏度適宜的一定量的液相第一旋風分離器將灰粒的表面濕潤,在灰粒相互接觸時,由于表面張力的作用,灰粒發(fā)生重排、熔融、沉積以及灰粒中晶粒長大。而黏度煤鎖適宜的一定數(shù)量的液相只有在合適的溫度下才能產(chǎn)生。若溫度過低,灰粒外表面難以生成液相,或生成液相的量太少,灰分吹送氣不能形成團聚;而若溫度過高,超過了煤的軟化溫度,則灰分螺旋加機熔化黏結(jié)成渣塊,破壞了灰球的正常排出。過熱蒸汽廢熱鍋爐(3)床層的控制高度。氣化爐床層控制高一些,這有利于增加爐內(nèi)氣、固相接觸時間和面積,減少帶出物的帶出,提高鍋爐給水氣化爐的效率。但是過高的床層,會影響氣化爐的流化效果,東器影響旋風的回料,加劇氣化爐體的晃動,同時為了維持高床層合成氣的溫度,會增加氣化爐的氧耗,甚至會因為物料在床層的高溫區(qū)域內(nèi)停留時間過長而導致氣化爐結(jié)渣。如果氣化爐床層控制過低,則會減少爐內(nèi)氣固相的接觸時間,影響氣化效率,甚至渣斗渣鎖斗氧氣有可能會穿破床層,使合成氣中氧含量超標,對下游工段儲倉造成影響甚至引起安全事故。(4)出爐煤氣帶出細粉的再循環(huán)。U-GAS氣化工藝借助排渣斗兩個旋風分離器來實現(xiàn)出爐煤氣中所夾帶細粉的循環(huán),并進一步參與氣化反應,生成的細灰與床層中的熔聚灰一起形成球形機排出。由于細粉直接返回床層和熔聚區(qū)域,在返料過程中細粉圖1-GA粉煤氣化技術(shù)工藝流程圖的冷卻和熱量損失、氣化反應過程的吸熱,使得細粉的循環(huán)量 Fig U-GAS pulverized coal gasification process flow diagram對灰熔區(qū)域的溫度有一定程度的影響。所以,要選擇好細粉返回床層的適宜位置,調(diào)整好旋風分離器料腿的吹送氣量以保證返回物料的連續(xù)、均勻,從而使其對灰熔區(qū)域溫度的影響變2u-GA氣化技術(shù)的關(guān)鍵小,達到既能提高煤的利用率,又能保證灰熔聚成球的正常進U-GAS氣化技術(shù)的關(guān)鍵是流化床層中灰渣與半焦的選擇行。性分離,即煤中的碳被氣化,同時氣化過程中所形成的含灰較3u-gAS氣化技術(shù)的特點多的顆粒表面熔化和團聚成球形顆粒,并從床層中被分離出來。(1)煤種適應范圍廣,適合褐煤、煙煤、無煙煤、焦粉等灰粒的表面熔化或熔聚成球,是一個極為復雜的物理化學多種原料煤的氣化,且適合低成本的高灰煤、高硫煤、高灰熔過程。為了使氣化過程中實現(xiàn)灰的熔聚和分離,氣化爐中灰熔融點、低活性煤、石油焦和其他“低價值”碳氫化合物的氣聚區(qū)域的幾何形狀、結(jié)構(gòu)尺寸及相應的操作條件等等,都起著化,并且允許原料煤中含有一定范圍內(nèi)的細粉,可接納10%小至關(guān)重要的作用。它們包括:分布板、中心管、文丘里管內(nèi)的于200目(0.07mm)的煤粉3。對煤的灰熔點沒有特殊要求,氣流速度和蒸汽氧氣比,熔聚區(qū)域的溫度控制,流化床層的控可最大限度的因地制宜、原料本地化。有利于劣質(zhì)資源的利制高度以及出爐煤氣所帶(1)氣化劑的控帶出細粉的循環(huán)利用等因素用,提高資源利用率和利用范圍,具有良好的經(jīng)濟和社會效的控制。分布板的作用是均勻地分布氣化劑,益;并把下移的顆粒推向射流區(qū),實現(xiàn)固體顆粒的內(nèi)循環(huán)若通入(2)氣化爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,為單段流化床,爐體內(nèi)部無轉(zhuǎn)分布板的氣量過小,會對制作分布板的材料起不到保護作用,動部件,容易制造和維修,設備可以國產(chǎn)化,裝置投資少;易造成熱蝕、漏料,而若通入分布板的氣量過大則會造成分(3)氣化爐內(nèi)中心高溫區(qū)使灰渣熔融團聚成灰球,使煤粉布板的損壞。中心管的作用是通過向流化床中噴入氣化劑來保和灰球有效分離,從而提高了碳的轉(zhuǎn)化率,降低了灰渣中的含持床層物料的流化狀態(tài),因為氣化爐需要的大部分氧氣是從中碳量;心管噴入的,所以控制氧氣的流量也就是控制了氣化爐的操作(4)水蒸氣從分布板進入氣化爐,形成一個相對低溫區(qū)溫度,此處水蒸汽的輸入是為了控制氧氣的濃度,氧氣濃度過域,可以有效地避免爐內(nèi)結(jié)渣現(xiàn)象的產(chǎn)生;高會損壞中心管或者燒結(jié)當?shù)氐奈锪?造成物料結(jié)渣;中心管(5)煤氣中夾帶的飛灰經(jīng)第一、第二級旋風分離器回收,合成氣中含氧量超標會帶過高,則會使氧氣穿破床層,使并通過料腿返回爐內(nèi)再次進行燃燒、氣化,進一步提高了碳的的氣速也需合理控制,若氣速過高入后續(xù)凈化系統(tǒng)燒壞變換觸媒,甚轉(zhuǎn)化率;效果,甚至造成物料結(jié)渣。文丘里管的氣速控制著灰球在床層化簡氣廢水排成是一洗滌廢水含酚量低,凈至煤氣過氧造成爆炸。若氣速過低,則會影響爐內(nèi)物料的流化(6)煤氣中幾乎不含焦油和烴類,還保型氣化爐新興的環(huán)保型氣化爐;中的停留時間,相應的決定了灰球中的含碳量。當灰球中的含(7)床層溫度高,碳轉(zhuǎn)化率高,氣化強度高,氣化強度是碳量在允許范圍以內(nèi)時,停留的時間越短越好,以免由于停留一般固定床氣化爐的3~10倍,氣化爐操作控制方便,運行穩(wěn)時間過長,床層中灰含量過高,而導致氣化爐結(jié)渣。定、可靠;(2)熔聚區(qū)域的溫度。熔聚區(qū)域的溫度是灰團熔聚成球的(8)氣化爐出口溫度適中,煤氣中的顯熱經(jīng)廢熱系統(tǒng)回第41卷第22期董文博:U-GAS粉煤氣化技術(shù)157收,產(chǎn)生蒸汽,提高了熱效率,降低了煤氣溫度,減少了后續(xù)行已達102天。該項目單爐最大產(chǎn)合成氣量達18000Nm/h系統(tǒng)的冷卻水用量;裝置投產(chǎn)以來已經(jīng)氣化了超過25種不同的煤種,其中包括高(9)灰渣含碳量低(<10%),可用作建材等,煤氣化效率灰煤、褐煤和煤石可達75%以上;(10)煤中所含硫可全部轉(zhuǎn)化為H2S,容易回收,簡化了表1試燒煤質(zhì)范圍煤氣凈化系統(tǒng),有利于環(huán)境保護; Table 1 Try to burn coal range(11)裝置操作彈性高,增減負荷運行幅度可高達70%;灰分水分揮發(fā)分固定碳/硫灰熔點低位熱值(12)與熔渣爐(Shell)相比,氣化溫度低得多,耐火材料wt%(ad)wt(a)(ad)m(ad)wt%2/℃(kcal/kg,ar)使用壽命可達10年以上。1112-310010~554-4312~4024-660.6-4.01450+61004-gAs氣化技術(shù)的發(fā)展u-gas氣化技術(shù)是美國燃氣工藝研究院(IGT)在研究了煤上述生產(chǎn)經(jīng)歷充分證明了U-GAS氣化技術(shù)具備燃料的靈灰團聚過程的基礎上開發(fā)的流化床灰團聚煤氣化工藝。于1974活性,以及可以不停爐進行煤種切換的能力。年建立了包括干燥、分篩、煤倉、煤料鎖斗系統(tǒng)、爐徑0.9m高河南義馬煤業(yè)(義馬)綜能新氣體有限公司,采用2開1備氣冷卻、旋風除塵、煤氣洗滌、煤氣焚燒和排灰鎖斗等,接近常采用原料煤為義馬本地的高灰、低硫、低發(fā)熱量、高揮發(fā)分、壓操作的中試裝置。在該裝置上做了系統(tǒng)的開發(fā)工作,中試裝高活性的長焰煤,該套裝置于2012年6月建成投產(chǎn)。至2013置操作時間已經(jīng)超10h,進行了30次試驗,使用了世界52天。該套是U-AS氣化工藝目前在世界范圍內(nèi)工業(yè)化各地多種煤樣約3600t。先后試用過9種煤和3種半焦。1993年上海焦化廠引進了U-GAS煤氣化技術(shù)及設備,共規(guī)模最大、運行情況最好的。有8臺氣化爐,江南造船廠承擔了8臺氣化爐的“心臟”制造5結(jié)語任務。全套裝置于1995年4月建成投產(chǎn),這是U-GAS氣化技術(shù)在世界上的第一套工業(yè)化裝置。該裝置由煤的破碎、干燥、2013年6月,義馬煤業(yè)(義馬)綜能新氣體有限公司的U-加煤、氣化爐、余熱回收、排渣、灰粉倉、DCS、空壓站、污gAs氣化爐的滿負荷運行,證實了該工藝在大規(guī)模工業(yè)化裝置水處理以及公用工程(水、電、氣)等部分組成。以空氣和蒸的可行性,因其作為流化床氣化工藝所具有的獨特優(yōu)勢,這對汽為氣化劑,每臺氣化爐的設計生產(chǎn)能力為200003/h煤氣,我國高灰劣質(zhì)煤的清潔高效綜合利用,提供了一條寬廣的道裝置6開2備,總生產(chǎn)能力為288×104m3/d低熱值煤氣,路。而U-GAS氣化技術(shù)帶壓灰渣的冷卻、降壓和及時排放,HHV=5400-5800kJ/m3,供煉焦爐作為加熱燃氣,把焦爐煤是該裝置穩(wěn)定運行的重點和難點。因此U-GAS技術(shù)如果要有氣替換出來供城市煤氣。整個裝置共投資約4×108元人民幣。更大、更完善的發(fā)展,就必須在這方面有很好的解決辦法。1995年4月試生產(chǎn),至1996年10月共運行15000臺·h,氣化原料煤5×10t,生產(chǎn)煤氣205×10m3,平均產(chǎn)氣率為4.04m3參考文獻kg。原料煤為中國神府煙煤。氣化爐的操作壓力為0.2]許世森,張東亮任永強大規(guī)模煤氣化技術(shù)[M]北京:化學工業(yè)0.22MPa(G),操作溫度為933℃,水蒸氣過熱溫度為285℃出版社,2010:133.而IT所設計的指標是:氣化壓力320kPa(G),操作溫度【2】郭樹才煤化工工藝學[M]北京:化學工業(yè)出版社2006:1961010℃,氣化效率78.8%,碳轉(zhuǎn)化率96.8%。該裝置實際運【3]許樣靜,張克峰煤氣化生產(chǎn)技術(shù)[M]北京:化學工業(yè)出版社,行考核未能完全達到設計指標。而后由于上海市以天然氣代替2010:97.煤制氣,該套U-GAS氣化裝置于2002年初停止運行4。[4]賀永德現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2010:459-460埃新斯(棗莊)新氣體有限公司,于2008年建成投產(chǎn),該5]中國尿素網(wǎng)全球最大的商業(yè)化ss-gas氣化裝置即將投產(chǎn)公司共有氣化爐2臺,一開一備。設計壓力0.22MPa,設計產(chǎn)煤氣15000m3/h,原料煤種為棗莊本地煤,目前單臺爐連續(xù)運 [ol]. http: //www. ureanet. cn/xinwen_xgyw_xx. asp? id =126462.(上接第134頁)在明顯對應關(guān)系。即使在同一保存條件下,不同品種的水產(chǎn)品[2]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部SC/T3032-2007水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮其VBN數(shù)值的變化有快慢之分,腐敗程度也各不相同。由實驗的測定[].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2008.結(jié)果可知腐敗的進度(從快到慢排名):①蝦類;②頭足類(魷3]張素青,王秀芹,葉紅梅,等鮮活水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮(VBN)值魚);③魚類。的變化實驗[]天津水產(chǎn),2003(3):27-29.[4]中華人民共和國衛(wèi)生部GB2733-2005鮮、凍動物性水產(chǎn)品衛(wèi)生參考文獻標準[S]北京:中國標準出版社20051】中華人民共和國衛(wèi)生部GB/T50.1-2003食品衛(wèi)生檢驗方法[]李桂芬,初繼雙明太魚不同新鮮度的揮發(fā)性鹽基氮指標[]中國理化部分·總則[S].北京:中國標準出版社,2004動物檢疫,1996,13(1):10-11.