Oct.2012化肥設計第50卷第5期42·Chemical Fertilizer Design2012年10月節(jié)能技改富氧連續(xù)氣化技術應用情況調查李永恒(全國造氣技術咨詢部,上海200062)摘要:簡述了富氧連續(xù)氣化技術的工藝原理和工藝特點;調查了富氧氣化爐的使用情況;探討了富氧氣化爐應用中存在的問題。結果表明,富氧連續(xù)氣化爐的運行效釆有待商榷,欲新建富氧氣化爐的企業(yè)應謹慎決策關鍵詞:固定層煤氣爐;富氧空氣;富氧連續(xù)氣化;間歇氣化;氣化強度;煤耗;調查loi:10.3696/j.issn.1004-8901.2012.05.014中圖分類號:TQ546.2文獻標識碼:A文章編號:1004-8901(2012)05-0042-04Investigation on Application Situation for Continuous Oxygen-rich Gasification TechnologyLI Yong-hengNational Gasification Technology Consultation Department, Shanghai 200062 China)Abstract: Author has briefly described the process principle and process features for continuous oxygen - rich gasification technology i has investigatedthe application situation for oxygen -rich gasifier; has discussed the existing problems in application of oxygen -rich gasifier. Result indicates that operatingeffect of the continuous oxygen-rich gasifier shall be held to diseuss, the enterprise that intends to newly construct an oxygen -ich gasifier shall carefullKey words: coal gasifier with fixed bed oxygen-tich air; continuous oxygen-tich gasification: intermittent gasification; gasification intensity coaldoi:10.3696/j.isn.1004-8901.2012.05.014我國煤氣化領域中有多種形式的氣化方法,有47%~52%,最終生成氣體達到半水煤氣反應平成功的經驗,也有失敗的教訓。富氧氣化技術從上衡。富氧空氣、蒸汽、煤炭發(fā)生的化學反應式如下。世紀60年代在我國固定層煤氣爐上開始成功應C+O2=CO2+40808kJ用,50多年中多次出現(xiàn)大起大落,給一些不明真象2C+O2=2C0+246.4kJ(2)的企業(yè)造成重大的經濟損失。近年來有關富氧連C+O2=2C0-165.7kJ續(xù)氣化技術,某些設計單位和該技術的開發(fā)單位宣C+H20=CO+H2-1188 kJ(4)傳報導的文章較多,其內容的真實性值得研究和商C+2H2O=CO2+2H2-75.2kJ(5)榷,因為有些文章在介紹時,夸大其中的利,對應用富氧空氣與煤炭在氧化層內發(fā)生放熱反應如中的弊則避而不談。在近些年的各種技術交流會式1和式2,以獲得足夠的熱量供應還原層,使反應上,許多代表曾向筆者咨詢有關富氧氣化技術的問式2、式3和式5得以進行,提高燃料層高度將有利題,為了讓更多廠家了解富氧連續(xù)氣化的真實情于反應式3和式4的發(fā)生,對降低半水煤氣中的況,筆者將該技術的實際應用情況介紹如下。CO2有好處1氣化原理中國煤化工在固定層煤氣爐內,當富氧空氣與煤炭燃燒產CNMHG于取消了空氣吹風階生放熱反應的同時,蒸汽與灼熱的煤炭產生吸熱反段,減少了因吹風燃燒炭的損失,氣體帶出物減少和應,兩反應基本達到平衡時,氣化過程便會連續(xù)平作者簡介:李永恒(1936年-),男,江蘇鎮(zhèn)江人,高級工程師,從事穩(wěn)的進行。為了使制取的半水煤氣成分符合生產造氣生產技術研究工作50余年,造氣技術專家,全國造氣技術咨詢的要求,一般將富氧空氣中的O2體積分數(shù)控制在部總顧問。第5期李永恒富氧連續(xù)氣化技術應用情況調查爐渣含炭量的降低等原因,使炭的利用率得到提表12種制氧裝置性能比較高,煤耗有所降低。另外,由于氣體空速低,可以應300m31000m315003500m序號項目用小粒煤和型煤進行氣化VPSA深冷VPSA深冷VFSA深冷VFSA深冷由于該技術是連續(xù)氣化,爐溫相對比較穩(wěn)定,O2,中/%9399.6939.69399.69399.6蒸汽分解率比空氣間歇式氣化要高。另外,因為高2電耗/(從W·bm304300.420.70.410.650.406溫煤氣全部進入廢鍋,余熱回收效果好(原中氮廠3水耗灬·b大直徑煤氣爐的流程下吹煤氣的顯熱未回收),因4啟動時間/h0004000800075008000800080008000副產蒸汽量增加,氨系統(tǒng)可以實現(xiàn)蒸汽自給(理論6占地面積/m224004002700推算)。7綜合投資/萬元36060083013901100185020002600該技術選用兀L型自動加煤機,可以恒定炭層高度,有利于富氧氣化;選用不停爐下灰裝置,可以4應用統(tǒng)計達到連續(xù)氣化的要求。另外,減少了許多自動閥曾經使用過富氧連續(xù)氣化技術的單位及其相門,簡化了工藝流程,降低了系統(tǒng)故障率,減少了設關統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。備維修費用。富氧連續(xù)氣化工藝流程見圖1。表2富氧氣化技術的應用單位及數(shù)據(jù)號應用單位應用時期氣化爐規(guī)格,氣化爐dmm數(shù)量/臺氧氣一富氧空氣混合器[鼓風機一[蒸汽混合器[氣化1太原化肥廠上世紀60年代初36002長春第一汽車制造廠3A-13型氣柜]一洗滌塔一[廢鍋]一除塵器3吉林化肥廠圖1富氧連續(xù)氣化工藝流程4淮南化70年代5云南解放軍化肥廠0年代3氧氣來源6黑龍江化肥廠30007四川大竹化肥廠氧氣的來源有2種情況,一是有的企業(yè)內部其8江蘇武進化肥廠他工序中有多余的氧氣,可直接將氧氣引入原固定9河南平頂山化肥廠271236層煤氣爐應用,此方案最好,既經濟又實用;二是新10吉林長山化肥廠3000建制氧系統(tǒng),目前較多采用2種制氧方法:①傳統(tǒng)的深冷空分制氧;②變壓吸附制氧。變壓吸附制氧5問題探討原理:利用分子篩來吸附空氣中的氮,在加壓下吸5.1半水煤氣成分附量大,減壓下吸附量小的原理,經反復壓力變化,富氧連續(xù)氣化后所生成的半水煤氣成分中,CO把空氣中的氮選擇吸附、再生,實現(xiàn)氧氣提純。變和CO2體積分數(shù)偏高給后續(xù)生產工序帶來麻煩。各壓吸附制氧與深冷空分法制氧對比見表1種氣化方法生成的半水煤氣成分見表3。表3各種氣化方法生成的半水煤氣成分序號氣化方法CO2,4/%O2,q/%CO,q/%H2,中/%N2,甲/%CH4,/%H2S,/%1固定層空氣間歇氣化法煤31-341823-3碳化煤球12-1327-2838-39粘結劑煤球8-1037-40l-2.52富氧空氣連續(xù)氣化法塊煤或焦炭3~19.70.334-4528-3610~14煤球魯奇爐加壓氣化法褐煤4恩德爐氣化法褐煤TH中國煤化工CNMHG5陶氏兩段爐氣化法德士古氣化法17.145.47殼牌粉煤氣化法粉煤26.78灰熔聚氣化法無煙煤23.5333.491.71化肥設計2012年第50卷1)由表3可見,富氧連續(xù)氣化所生成的半水化肥廠富氧爐為例,設計年產合成氨18萬t,全年僅煤氣中CO2高達13%~16%,最高可達到19.7‰%。因CO體積分數(shù)過高,變換爐多支出蒸汽費用達40由于CO2體積分數(shù)過高,不但給脫碳工序增加了負萬元以上荷,而且影響到合成工序中壓縮機運行效率(一般52氣化強度可降低10%左右),必然造成電耗和壓縮機維修費根據(jù)眾多資料介紹和理論計算,富氧空氣連續(xù)用增加。氣化爐比空氣間歇式氣化爐的氣化強度成倍增加,(2)空氣間歇氣化半水煤氣中CO體積分數(shù)為根據(jù)所用原料不同可增加1~1.5倍。但是,從應28%~31%,而富氧氣化半水煤氣中CO體積分數(shù)用富氧氣化爐的眾多廠家來看,實際僅增加5%為38%~44%。由于CO體積分數(shù)的增加,必然會30%,有的應用廠家的氣化強度還不如空氣間歇式導致變換工序中變換爐的負荷增加,不但會使觸媒氣化爐。例如,淮南化肥廠增加30%;黑龍江化肥使用壽命降低,而且使變換爐的蒸汽消耗增加。據(jù)廠僅增加4%;武進化肥廠增加19%;大竹化肥廠下有關資料介紹,噸氨半水煤氣中CO體積分數(shù)每增降10%。富氧空氣連續(xù)氣化與固定層空氣間歇氣加1%,變換爐多消耗蒸汽約1kg左右。以黑龍江化的氣化強度對比見表4。表4富氧空氣連續(xù)氣化與固定層空氣間歇氣化的氣化強度對比氣化強度單爐日產氨氣量序號氣化爐型/mm原料應用單位氣化方法d2650塊煤山西晉豐空氣間歇氣化179612345d3000煤棒湖北三寧空氣間歇氣化l4733000安徽淮化富氧空氣連續(xù)氣化7500煤球福建三9000d3300煤棒湖北雙環(huán)富氧空氣連續(xù)氣化1403120005.3煤耗與投資費用5.6下灰裝置年產20萬t氨的各種氣化方法的投資與噸氨由于富氧連續(xù)氣化中間是不中斷的,所以必需入爐煤耗對比見表5。選擇不停爐下灰裝置。表5年產2萬t氨的各種氣化方法的投資與噸氨入爐媒耗對比6運行狀況序號氣化方法噸氨需氧量/m3投資額/億元噸氨入爐煤耗/1殼牌粉煤氣化法據(jù)相關報道和信息,富氧連續(xù)氣化爐目前的運2德士古氣化法行情況如下。3灰熔聚氣化法(1)三明化工有限公司于2007年采用型煤(煤2.104恩德爐氣化法球)進行富氧連續(xù)氣化,運行情況還算正常。開3755245富氧空氣連續(xù)氣化法5504臺d3000~d3200m爐,氧氣來源由三明鋼廠供給,所產半水煤氣與老系統(tǒng)并網。單爐小時發(fā)氣量6固定層空氣間歇氣化法空氣為9000m,噸氨煤耗為1.5t5.4爐箅(2)淮南化肥廠開3臺d300m爐,也是用為了使燃料層布風均勻,要求設計出性能好的煤球富氧氣化。噸氨煤耗為1.8,單爐發(fā)氣量為富氧氣化專用爐箅。富氧連續(xù)氣化要求爐箅的高7000~8000m/h度比間歇空氣氣化的爐箅要低些。但是,多邊扇型(3)湖北雙環(huán)公司開2臺d3300m爐,用煤爐箅雖然高度低,可是爐下帶出物多,也不適用。棒富怕發(fā)氣量為12000m/h。最好還是選用ZL型鑄鋼爐算比較適宜中國煤化工因效益問題,富氧氣化5.5自動加煤機CNMHG通用型自動加煤機是每個循環(huán)間歇向爐內加煤(5)河南平頂山化肥廠開3臺d3000m富氧的,加煤量和炭層高度難以控制。冮L型自動加煤機氣化爐,運行情況不太理想可連續(xù)向爐內加煤,爐內消耗多少煤,隨時補充多少(6)黑龍江化肥廠和長山化肥廠共有13臺煤,所以炭層高度可以按預先設定的炭層高度恒定。d3000mm富氧爐,于2003年全部停運。第5期李永恒富氧連續(xù)氣化技術應用情況調查7)開封化肥廠于2008年12月新上4臺已停用d2743.2mm氣化爐,采用小塊煤富氧氣化,所產7.3雙床層雙向耦合式氣化法半水煤氣與原空氣間歇氣化爐的半水煤氣并網送以2臺固定床氣化爐為1組,形成雙床層雙向入后工序,從爐渣情況看富氧連續(xù)氣化爐運行情的耦合式氣化爐。該技術早在上世紀70年代時在況并不理想。浙江巨化廠應用過,當時采用2臺爐用空氣間歇氣(8)柳州化肥廠2009年12月年改造了幾臺富化方法進行對吹,其目的是提高蒸汽分解率和半水氧爐,半水煤氣與老系統(tǒng)并網送入后工序,運行效煤氣有效成分。筆者曾專程前往該廠考察,據(jù)當時果不明確。的總工師介紹,雙向耦合式氣化法,很不理想,不如7改進方法2臺爐分別氣化的產氣量高,而且易發(fā)生事故。因此運行了一段時間,又改回2臺爐分開氣化。筆者7.1富氧空氣間歇氣化技術試想,采用富氧氣化方法,進行雙床層雙向耦合式富氧空氣間歇氣化技術,該技術由武漢鳳飛煤氣化是否可行,但筆者還是希望能夠成功,筆者將化工有限公司研制,其技術特點是在原有的空氣間拭目以待歇氣化的條件下,加入適量的富氧空氣(僅下吹階8結語段不加富氧空氣)。此技術已在浙江省清華化工有限公司應用,據(jù)介紹效果還算理想,其半水煤氣中綜上所述,富氧連續(xù)氣化技術還有許多問題有CO2在9.0%以下,CO+H2為75.8%。實際效益還待解決,故幾十年來一直難以推廣。目前各應用廠需要經過長周期運行的檢驗,才能確定其成功與家的富氧氣化爐的半水煤氣,都是與老系統(tǒng)間歇空否,筆者希望其盡快成功。氣爐并網后送入后序系統(tǒng)的,所以很難區(qū)分和確認7.2上下吹富氧交換氣化技術富氧連續(xù)氣化的真正效率,文中所介紹的發(fā)氣量和近來有單位準備試上下吹富氧交換氣化技煤耗都是估算值。歷史上只有黑龍江化肥廠和長術,并改稱其為單爐富氧雙向氣化。從原理上分山化肥廠為獨立系統(tǒng)應用富氧連續(xù)氣化技術,但獨析是可行的,為了解決連續(xù)上吹氣化,爐上溫度偏立系統(tǒng)運行的效果均很不好,均停用了富氧連續(xù)氣高的問題,采用上下吹交換氣化是可以降低爐上化技術。因此,筆者建議準備新建富氧氣化爐的企溫度,但必須采取一定的安全措施,否則會發(fā)生爆業(yè)一定要慎重決策。炸。該技術近年來經有關企業(yè)試用,無明顯效果收稿日期:2011-12-12(上接第41頁)6效益測算有效地利用了生產中所排放的低壓蒸汽,而且為企業(yè)的采暖及制冷帶來了效益,降低了企業(yè)的運營成利用螺桿膨脹發(fā)電機組發(fā)電,每小時可發(fā)電本,經濟效益與社會效益十分顯著。2500kW·h,全年以8000h,電價0.5元/kW,h計,技改的經濟效益和環(huán)保效益如下(2)目前國內運行的大型化工裝置大都存在(1)螺桿膨脹發(fā)電機組年發(fā)電量余熱浪費的現(xiàn)象,生產過程中大量可以利用的熱2500kW·h×8000=20×10(kW.h/a)能被直接排空,既浪費能源又污染環(huán)境。使用螺(2)螺桿膨脹發(fā)電機組年發(fā)電效益桿發(fā)電機進行余熱回收是提高能源利用率,降低2000萬×0.5=1000萬元/a生產成本,保護環(huán)境最直接、經濟的手段(3)該工程產生的經濟效益折算標煤約為參考文獻700U/a(按350g/kW·h),年減少CO2排放量約1胡亮光,胡達,陳景坤.螺桿膨脹動力機[P].中國專利16630t/a(按0.8316g/kW·h)。中國煤化工(4)全套設備投資約1680萬元,不到2年的時2CNMHG械工業(yè)出版社200間即可收回設備投資,若加上安裝及土建等費用,[3]爪咧〃饑孜術的探討[J].煤氣與動力投資回收期不超過3年2005,25(8):69-717結語[4]阮建國.螺桿膨脹動力機在冶煉廠的應用技術[J].能源與化工,2005(6)(1)實施蒸汽余熱發(fā)電系統(tǒng)的技術改造,不僅收稿日期:20120202