第19卷第6期熱能動(dòng)力工程 Vol.19,No.62004年11月 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWERNov.,2004文章編號(hào):1001-206020046-0579-03粉煤加壓氣化小型試驗(yàn)研究任永強(qiáng)許世森2夏軍倉2朱鴻昌2(1.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,陜西西安7100492.西安熱工研究院有限公司,陜西西安710032摘要煤氣化技術(shù)是燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、煤化工、綜合利用干粉加壓氣化試驗(yàn)裝置的工藝流程如圖1所系統(tǒng)近零排放系統(tǒng)中的核心技術(shù)。干煤粉加壓氧氣氣化技示。術(shù)是煤氣化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主流方向。介紹了國電熱工研究院的干煤粉加壓氣化試驗(yàn)系統(tǒng)以及干煤粉加壓氣化試驗(yàn)研究的過程和結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的得到干煤粉加壓氣化過程的規(guī)律并驗(yàn)證了試驗(yàn)系統(tǒng)在高壓下的穩(wěn)定性?；瘜W(xué)軟水關(guān)鍵詞煤氣化汽流床IGCC法進(jìn)料取樣口中圖分類號(hào)TQ546.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A丟火炬1引言自來水10污水渣水煤氣化技術(shù)是燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、煤化工、煤制油及其它煤基、近零排放系統(tǒng)的核心技術(shù)。煤氣化6-計(jì)量泵;7-蒸汽發(fā)生器8-氮?dú)鉀_罐9氣緩沖中罐1-煤粉倉2-變壓;3-加壓:4螺旋輸送機(jī)5氣10-電動(dòng)往復(fù)泵11-噴嘴;12-氣化爐13-汽液分離器方式可分固定床、流化床和氣流床3種1。氣流床14-焦炭過濾器氣化是用極細(xì)的粉煤為原料干煤粉或制成的水煤漿)被氧氣和水蒸氣組成的氣化劑高速氣流攜帶,噴入氣化爐2]氣化的過程。其中干煤粉加壓氧氣氣圖1干煤粉加壓氣化試驗(yàn)裝置的工藝流程化工藝具有煤種的適應(yīng)性廣、冷煤氣效率和熱煤氣效率以及碳的轉(zhuǎn)化率都很高、適于開發(fā)單爐容量大含水量低于1%、粒度85%小于200目的粉煤的氣化爐等特點(diǎn)3】是煤氣化工藝技術(shù)的發(fā)展方向。儲(chǔ)于常壓煤粉倉靠重力落入變壓煤倉變壓倉用到了20世紀(jì)90年代后期隨著CC潔凈煤發(fā)N2充壓充到與加壓倉壓力相等或略大時(shí)粉煤落電技術(shù)的推廣應(yīng)用國電熱工研究院建立了國內(nèi)第入加壓倉由此用螺旋輸送機(jī)定量送出被N2吹送一套干煤粉加壓氣化特性試驗(yàn)裝置并進(jìn)行了試驗(yàn)研入氣化爐。試驗(yàn)用O2經(jīng)緩沖罐穩(wěn)壓后送往燃燒器究。該裝置的氣化能力為每小時(shí)10~20kg煤粉壓外套管?；瘜W(xué)軟水經(jīng)計(jì)量泵升壓在電加熱器內(nèi)蒸力為3.0Ma研究的目的是積累中國主要?jiǎng)恿γ喊l(fā)成過熱蒸汽,與氧氣混合后進(jìn)入燃燒器外套管。在干粉氣化狀態(tài)下的氣化數(shù)據(jù)庫形成一套干煤粉粉煤、氧氣、水蒸氣在燃燒器出口處著火并進(jìn)行氣流加壓氣化評價(jià)方法。式火焰反應(yīng),生成以CO和H2為主的粗合成氣,氣化爐燃燒室排出的高溫氣體和熔渣在氣化爐內(nèi)從2干粉加壓氣化試驗(yàn)流程簡介上向下進(jìn)入激冷室被激冷環(huán)噴出的激冷水激冷后,下降到激冷室的水浴直接與水接觸冷卻熔渣迅速固化工藝氣被水飽和并由位于激冷室上部的煤氣收稿日期2004-02-25;修訂日期2004-03-31580熱能動(dòng)力工程2004年口引出送往煤氣凈化系統(tǒng)因?yàn)槊簹庵泻酗w灰,經(jīng)氣液分離器用水進(jìn)一步潤濕洗滌除塵、分離除3氣化試驗(yàn)研究去殘余的飛灰后將濕煤氣分離出來再經(jīng)焦炭過濾3.1氣化試驗(yàn)原始參數(shù)器干燥、過濾根據(jù)需要送到取樣口或排入大氣在3.1.1氣化壓力的選定激冷室生成的灰渣留在水池中絕大部分迅速沉淀氣化壓力選定為0.5~2.0MPa從中選擇幾個(gè)并定期排出爐外混在黑水中的細(xì)灰在氣液分離器最有代表性的點(diǎn)。壓力測點(diǎn)設(shè)在氣液分離器頂部,經(jīng)沉降下部通過液位控制器自動(dòng)排出界外。自來該處離反應(yīng)區(qū)最近最具有代表性氣化反應(yīng)區(qū)不能水用高壓水泵升壓后送入氣化爐急冷室。在干煤粉加壓氣化試驗(yàn)裝置中,氣化爐是關(guān)鍵直接測壓3.1.2試驗(yàn)煤種設(shè)備其結(jié)構(gòu)如圖2所示。本研究選用3種煤甘肅華亭煤、山東兗礦北宿煤和楊莊煤。其中山東兗礦北宿煤和楊莊煤分別是中國IGCC示范電站的設(shè)計(jì)煤種和校核煤種。這3種煤的煤質(zhì)分析如表1所示。表13種煤煤質(zhì)分析煤種華亭煤北宿煤楊莊煤收到基全水分Mar/%7.306.9工干燥基水分Mad/%5.743.742.54業(yè)干燥基灰分Aad/%10.6910.7713.99析干燥無灰基揮發(fā)分af/%39.6844.3845.25低位發(fā)熱量Qnet/kkg241802668025840收到基碳Car/%63.6867.0064.08急冷水人口煤氣和污水出口元收到基氫Har/%4.284.394.15素收到基氧Oar/%14.396.455.74析收到基氮Nar/%0.701.121.10收到基硫Sar/%0.523.384.36灰變形溫度DT/℃119010801080熔軟化溫度ST/℃127011201110點(diǎn)流動(dòng)溫度FT/℃131011501170圖2氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖3.2氣化工藝條件選擇3.2.1爐溫氣化爐是內(nèi)襯耐火材料的壓力容器,又是氣化為保證氣化爐順利排渣和求取較好的氣化指裝置的核心設(shè)備。它有一個(gè)整體的鋼制承壓外殼,標(biāo)氣化爐應(yīng)在高于灰熔點(diǎn)的溫度下操作。根據(jù)國上部為燃燒室爐內(nèi)襯四層耐火材料。這些耐火材內(nèi)外氣流床氣化操作經(jīng)驗(yàn)爐內(nèi)溫度應(yīng)比灰渣流動(dòng)料用以保護(hù)氣化爐殼體不受燃燒高溫反應(yīng)的影響,溫度(FT高故將這3種煤的熱態(tài)試驗(yàn)的操作溫度向火面耐火材料選用高鉻材料以適應(yīng)工藝過程對控制在1350~1400℃。幾次熱態(tài)試驗(yàn)表明在該爐耐火材料的苛刻要求。燃燒室直接與激冷室相連,溫下操作可達(dá)到順利排渣和追求較為理想的氣化指激冷環(huán)置于燃燒室下部激冷水從激冷環(huán)噴出既激標(biāo)。在投煤量、汽煤比基本不變的情況下調(diào)節(jié)入爐冷了高溫介質(zhì)也保護(hù)了金屬部件激冷室下部充氧量來控制爐溫。滿激冷水從燃燒室出來的煤氣夾帶熔渣經(jīng)過激冷另外由于本試驗(yàn)采用的氣化爐用耐火磚砌成,環(huán)被噴出的激冷水淬冷熔渣凝結(jié)成固態(tài)渣沉積為保證其使用壽命操作溫度不能設(shè)置太高即超過在水池中。煤氣通過激冷水室由導(dǎo)氣管通往煤氣1400℃)故在本實(shí)驗(yàn)中將氣化爐爐溫設(shè)置為一個(gè)出口定值來進(jìn)行試驗(yàn)。節(jié)比第6期任永強(qiáng)等粉煤加壓氣化小型試驗(yàn)研究581比為0.3重量比)左右。在氣化別的煤種時(shí)如為低揮發(fā)分煙煤或褐煤時(shí)將適應(yīng)調(diào)節(jié)這個(gè)比例。4結(jié)果與討論3.2.3入爐煤量綜合供氧能力和氣化爐容積等因素氣化爐設(shè)(1)通過試驗(yàn)得到了干煤粉加壓氣化過程的計(jì)投煤量為10~20kg/h規(guī)律在高溫、高壓下氣化反應(yīng)比較劇烈氣化反應(yīng)夾帶粉煤的氮?dú)獠灰诉^高固氣比為8~10kg/強(qiáng)度大液態(tài)排渣干煤氣中有效氣體成分比較高,m3這與國外大型裝置的15kg/m還有較大差距這冷煤氣效率和碳轉(zhuǎn)化率均比水煤漿進(jìn)料高。是由于試驗(yàn)規(guī)模太小所決定的。(2)從試驗(yàn)結(jié)果可以看出這3種煤均可以作3.3數(shù)據(jù)采集及處理為干煤粉加壓氣化的原料,煤氣有效成分(CO+3.3.1數(shù)據(jù)采集H2)碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率均為華亭煤較高這說(1)氣相明華亭煤是比較容易氣化的煤種北宿煤和楊莊煤粉煤氣化的特點(diǎn)是氣流床瞬間反應(yīng),一般當(dāng)點(diǎn)略差?；?h數(shù)據(jù)就趨穩(wěn)定,試驗(yàn)中用氣相色譜定期分析(3)煤氣產(chǎn)率三者相差不多,北宿煤的最高。氣體成分(CO2、O2、CO、H2、CH4、N2),H2S和COS未這是因?yàn)楸彼廾褐刑荚睾枯^多作分析根據(jù)硫平衡質(zhì)量守衡)來進(jìn)行計(jì)算(4)華亭煤的比氧耗略低北宿煤的比氧耗略(2)渣樣高。這是因?yàn)槿A亭煤中氧元素含量較多。停車后稱重測定含水量、渣中含碳量,從而求經(jīng)過三年研究工作,干煤粉加壓氣化試驗(yàn)已基得爐底渣中含碳量或稱碳損失。本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。在試驗(yàn)工作中應(yīng)注意:(3)污水樣(1)干煤粉加壓小試氣化試驗(yàn)中輸煤系統(tǒng)是在運(yùn)行中測量污水流量取污水樣,停車后測定關(guān)鍵要注意煤粉的濕度如果濕度較大則容易產(chǎn)污水含塵飛灰量,飛灰含碳量計(jì)算出污水中碳損生架橋從而發(fā)生斷煤現(xiàn)象同時(shí)要注意煤粉的粒度失。問題由于輸送管較細(xì)如果粒度過粗則容易發(fā)生3.3.2數(shù)據(jù)處理堵塞現(xiàn)象。如果是中試則估計(jì)不會(huì)發(fā)生輸送管堵塞(1)煤氣流量根據(jù)煤氣流量計(jì)來確定。問題。(2)碳轉(zhuǎn)化率根據(jù)碳損失計(jì)算:(2)由于該氣化系統(tǒng)氣化能力較小因氣化爐碳轉(zhuǎn)化率(%)入爐碳-渣中碳-污水中碳較小而熱損失較大所以氣化指標(biāo)不是很理想。如入爐碳果在中試試驗(yàn)中這些問題都可以解決。100%(3)試驗(yàn)過程中氣化爐運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)排渣比較3.4主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)流暢。本試驗(yàn)采用渣平衡反推碳轉(zhuǎn)化率和煤氣產(chǎn)在壓力為2.0MPa下各種煤氣化后的干煤氣率雖有誤差但變化趨勢比較穩(wěn)定成分如表2所示。參考文獻(xiàn):表2不同煤種的氣化結(jié)果煤種[1]吳宗鑫陳文穎.以煤為主多元化的清潔能源戰(zhàn)略[M]北京:華亭煤北宿煤楊莊煤清華大學(xué)出版社2001.煤氣成分/%C55.152.251.82】王同章煤炭氣化原理與設(shè)備[M]北京機(jī)械工業(yè)出版社,H32.532.631.82001 CO26.26.97.2[3]焦樹建整體煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電( IGCC]北 N26.17.37.9京中國電力出版社1996 CH0.10.10.1碳轉(zhuǎn)化率/%h2+cos96.94]張東亮許世森煤氣化工藝的發(fā)展概況及在IGCC中的應(yīng)用J]煤化工20012(1):10-12.煤氣產(chǎn)率/m3kg干)1.982.182.06冷煤氣效率(LHV%80.177.174.6比氧耗/m3kmC+H2)312338351比煤耗/kkm(o+h2)567541581