第25卷第3期能源技術(shù)Vol.25 No.3 :2004年6月ENERGY TECHNOLOGYJune 2004, 產(chǎn)品與技術(shù)煤炭氣化技術(shù)與煤炭氣化鍋爐劉洪勤’范維?！煞?趙德友( 1.濟(jì)南軍區(qū)鍋爐檢驗(yàn)所山東濟(jì)南250014 2.濟(jì)南魯西熱管鍋爐廠山東濟(jì)南250300 )摘要簡(jiǎn)單介紹了煤炭氣化爐的工作原理,以及與燃?xì)忮仩t結(jié)合組成煤炭氣化鍋爐后的特點(diǎn)。特別是經(jīng)過分析比較和實(shí)測(cè),證明了這種鍋爐節(jié)能環(huán)保性能特點(diǎn)適合于現(xiàn)有燃油燃?xì)忮仩t的改造。關(guān)鍵詞煤炭氣化煤炭氣化爐煤炭氣化鍋爐燃燒特性中圖分類號(hào):TQ545文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào):1005-7439( 2004 )03-0124-02The Coal Gasification Technology and the Boiler to Gasify CoalLIU Hong-qin' , FAN Wei-hai' , JIN Chen-fa' , ZHAO De-you'( 1. The Boiler Examine , Jinan Military District ,Jinan 250014 , China ; .2. Jinan Lu Xi Heat Pipe Boiler Factory ,Jinan 250300 , China )煤炭氣化爐(也稱煤氣發(fā)生爐)生產(chǎn)煤氣是一化劑水蒸汽)發(fā)生水煤氣反應(yīng)產(chǎn)生CO和H2 ,反個(gè)連續(xù)的物理化學(xué)反應(yīng)過程。運(yùn)行時(shí),爐內(nèi)的燃料應(yīng)過程如下:自下而上層分為五層,分別稱作灰渣層、氧化層、還C +0，→→CO,原層、干餾層和干燥層,干燥層上面為空層氧化層C+CO,-→2CO與還原層統(tǒng)稱為氣化層。CO2 + 2H20一→CH4 + 202原料煤由給煤裝置均勻落在干餾層上面在干C+H20-→CO+H,餾層底部著火焦碳層和向上流動(dòng)的高溫粗煤氣放出據(jù)某煤炭氣化爐取樣測(cè)定煤氣的發(fā)熱值- -般的輻射熱的作用下逐步升溫?zé)峤饷旱臒峤膺^程大在5.25 ~5.67GJ/Nm。生成煤氣中各成分所占的致可分為三個(gè)階段。第一階段(室溫~ 300C )為比例一般為:干燥脫氣階段在這一階段,煤的外形無變化褐煤CO24% ~ 31%在200C以上發(fā)生羧基反應(yīng)近300°C時(shí)開始熱解反H210% ~ 15%應(yīng)煙煤和無煙煤在這一階段一般沒什么變化脫水CH43%~5%主要發(fā)生在120C前,而脫氣( CH4 ,CO2 和N2 )大致CO2≤ 6%在200C前后完成。第二階段( 300C ~ 6009C )以解< 0.5%聚和分解反應(yīng)為主煤粘結(jié)成半焦并發(fā)生一系列變需要說明的是不同的煤種產(chǎn)生的煤氣量和成化;煤在300°C左右開始變化,并有煤氣和焦油析分比例是不同的,因而煤氣的發(fā)熱值也不盡相同。出在4509C前后焦油含量最大在4509C ~ 600C氣1煤炭氣化鍋爐體析出量最多煙煤在這一范圍內(nèi)變成膠質(zhì)體;當(dāng)溫度升高到500C左右膠質(zhì)體分解縮聚,固化為半發(fā)生煤氣的工業(yè)爐窯作為-項(xiàng)比較成熟的工焦。第三階段(6009C~1100C)是半焦完成焦碳的業(yè)技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、建材、輕工等行;階段，以縮聚反應(yīng)為主焦油量極少揮發(fā)份主要是業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)熱加工工序中。近幾年作為一項(xiàng)嫁煤氣,700C后煤氣成分主要是氫氣。750C ~接技術(shù)經(jīng)過一定的技術(shù)改造,又成功地應(yīng)用在工業(yè)1000C時(shí)半焦變成高溫焦碳高溫焦碳與通入的氣鍋爐中。 由煤炭氣化爐制備的煤氣出口溫度達(dá)到劉洪勤等:煤炭氣化技術(shù)與煤炭氣化鍋爐500C左右,作為油氣的替代燃料直接在鍋爐中燃?xì)膺€含有少量的水蒸氣水蒸氣能夠提高一氧化碳燒大大降低了鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用,經(jīng)環(huán)保部門測(cè)試,的燃燒速度。H2O 分子被分解成OH參與反應(yīng)在鍋爐煙塵排放濃度、SO2排放濃度、NO,排放濃度符0H等活化中心參與下CO燃燒鏈鎖反應(yīng)的總效果:合國家環(huán)保的有關(guān)指標(biāo)煙氣黑度小于I級(jí)均未超OH+2C0+O2+H,-→2C02+0H+2H出GB 13271- -2001鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),II 時(shí)從這個(gè)鏈鎖反應(yīng)中可以看出,每產(chǎn)生兩個(gè)CO2段標(biāo)準(zhǔn)限值。分子同時(shí)也產(chǎn)生兩個(gè)新的氫原子H。這兩個(gè)氫原煤氣發(fā)生爐應(yīng)用于鍋爐的工藝流程如圖1?？? H )又起活化中心的作用,促使一氧化碳鏈鎖反原料煤.應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大,因而也就強(qiáng)化了一氧化碳燃燒。水蒸氣通入空氣混合由以上燃燒特性分析可以看出煤氣化可使煤道炭中可燃物質(zhì)燃燒更完全化學(xué)和機(jī)械未完全燃燒鼓一輸及損失減少,鍋爐的效率可穩(wěn)定的保持在80%以上;煙機(jī)肉|氣化爐中焦炭燃燒很少產(chǎn)生碳黑粒子煙氣中飛灰及可燃物濃度較小,鍋爐中煤氣進(jìn)行無焰燃燒排煙灰渣排除黑度可保持在林格曼1級(jí)以內(nèi)?？傊禾繗饣亪D1煤炭氣化鍋爐的工藝流程爐的燃料綜合利用率高環(huán)保效果好經(jīng)濟(jì)效益和社目前用于工業(yè)鍋爐的煤炭氣化爐型式主要有會(huì)效益明顯優(yōu)于--般燃煤鍋爐。承壓式和敞開式(常壓式)兩種。承壓式煤炭氣化2敞開 式煤炭氣化鍋爐的優(yōu)點(diǎn)爐的結(jié)構(gòu)是由工業(yè)制備煤氣的設(shè)備演變而來爐體承受一定的壓力煤氣在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒采用正壓將敞開式煤炭氣化爐應(yīng)用于工業(yè)鍋爐作為燃料燃燒方式，安全操作要求嚴(yán)格,具有-定的危險(xiǎn)性,制備設(shè)備產(chǎn)生的煤氣通過煤氣燃燒器在爐膛中直主要用于出力比較大的鍋爐。敞開式煤炭氣化爐,接燃燒具有以下優(yōu)點(diǎn):其爐體本身不承壓，處于常壓狀態(tài)煤氣在鍋爐爐膛( 1 )安全性能好。由于采用全負(fù)壓運(yùn)行方式,內(nèi)燃燒主要采用負(fù)壓通風(fēng)方式操作簡(jiǎn)單,安全可具有很強(qiáng)的安全性絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)燃燒器回火，也不會(huì)出現(xiàn)氣化爐積聚燃?xì)鈱?dǎo)致的正壓無爆炸危險(xiǎn)。煤炭氣化與燃燒具有以下優(yōu)點(diǎn)":(2 )操作簡(jiǎn)單。普通工人只要稍加培訓(xùn)即可完( 1 )在煤炭氣化爐中,氣化層產(chǎn)生的是一 氧化全勝任煤炭氣化爐的操作。碳、氫等可燃?xì)怏w在干餾層上部逸出來的是碳?xì)浠?3 )熱效率高。綜合熱效率高達(dá)80%以上,比合物和少量-氧化碳。由于爐排底部供給的空氣有同容量的一般燃煤鍋爐高出很多,同樣出力耗煤量限一方面抑制了熱力型NO,"的產(chǎn)生,同時(shí)又使只有燃煤鍋爐的60%~70%,節(jié)能明顯;運(yùn)行成本氣化爐內(nèi)處于欠氧狀態(tài)爐內(nèi)的可燃?xì)怏w基本不參低，為同容量燃?xì)忮仩t的1/3燃油鍋爐的1/4。與燃燒，氣化過程不會(huì)產(chǎn)生黑煙。(4)負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)。負(fù)荷調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單,只要控制(2)煤氣發(fā)生爐內(nèi)的燃燒過程處于缺氧狀態(tài)，氣化風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的開 度即可輕松控制負(fù)荷,而且煤中的有機(jī)氮處在還原氣氛中,不會(huì)形成燃料型低負(fù)荷下亦能維持較高的鍋爐效率。NO.只轉(zhuǎn)變成無毒的氮分子。煤氣進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃(5)環(huán)保性能好。煤炭中的灰分都留在氣化爐燒時(shí)幾乎不含有機(jī)氮這樣就制止了煤在利用過程內(nèi),只有煤氣進(jìn)入鍋爐的爐膛進(jìn)行燃燒燃燒生成的中所含的氮轉(zhuǎn)化成有毒的氮氧化合物。煙氣中不含灰,因此即使不安裝除塵設(shè)備鍋爐也幾( 3 )干餾室內(nèi)的煤焦溫度一般在700C ~9009C ,乎不排放粉塵。另外煤炭在氣化爐中的停留時(shí)間熾熱的煤焦的厚度-般在200 ~ 400mm (視煤種而較長灰分中的堿性物質(zhì)會(huì)同煤燃燒生成的SO,反言),目的是保持一段氣化層。還原層利用下面氧應(yīng)起到一定的固硫效果。如果燃用高硫煤在氣化化層的熱量發(fā)生氣化反應(yīng),氧化層產(chǎn)生的二氧化碳爐內(nèi)添加石灰石也可以控制SO,的排放濃度。又與還原層里熾熱的焦炭發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一氧化碳,3綜合性能對(duì)比同時(shí)與通入的水蒸氣發(fā)生水煤氣反應(yīng)煤焦氧化產(chǎn)生的二氧化碳能夠轉(zhuǎn)變成-氧化碳和產(chǎn)生水煤氣效以2.8MW的熱水鍋爐為例燃煤、燃油、燃?xì)?、?yīng)。在煤氣發(fā)生爐中的主要產(chǎn)物是一氧化碳和氫(下轉(zhuǎn)第128頁)張華俊等:水冷式制冷機(jī)組的性能比較及選型選用活塞式。文獻(xiàn)[2 ]提出,在冷凍水進(jìn)、出溫度表10各種冷 水機(jī)組的COP值'3]7C和12°C冷卻水進(jìn)口溫度32C，以及滿載的條件活塞式螺桿式離心式下各類冷水機(jī)組的COP值如表9。但與上文給出3.94.34.8的實(shí)際機(jī)組相比表9中COP的數(shù)值太小。而文獻(xiàn)[3 ]認(rèn)為,在同樣的條件下，各種冷水機(jī)組的COP表11冷水機(jī)組COP選用值值見表10 ,同時(shí)指出當(dāng)冷凍水出水溫度為79C、冷卻機(jī)型單機(jī)制冷量kW水進(jìn)水溫度為32C在選用冷水機(jī)組時(shí)活塞式、螺<116 116~349 350~581 582~1163 >1163桿式和離心式冷水機(jī)組額定工況下的C0P值不得活塞式≥3. 6≥3.8≥3.9--低于表11中的規(guī)定?；钊嚼渌畽C(jī)組宜用于單機(jī)≥4.0≥4.1一容量小于580kW的空調(diào)制冷系統(tǒng);螺桿式冷水機(jī)組≥4.4宜用于350kW以上的大、中型空調(diào)制冷系統(tǒng);對(duì)于離心式冷水機(jī)組,宜用于單機(jī)容量大于580kW的參考文獻(xiàn):大、中型空調(diào)制冷系統(tǒng)。與上文給出的實(shí)際機(jī)組相1]李佐周等.中央空調(diào)工程設(shè)計(jì)與施工[ M]北京高比表10、表11中螺桿式和離心式的COP數(shù)值偏小。等教育出版社,1997.表9各種冷水機(jī)組的 COP值比較2][2]何耀東,等.中央空調(diào)[M]北京冶金工業(yè)出版社,名稱.容量kWCOP名稱200069.8-139.53.2| 離心式 697.7 -1744.23.6[3]陸耀慶.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指南[M]北京:建筑工業(yè)出版社,1996.螺桿式348.9-1744.2 3.3AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA(上接第125頁)化蒸汽鍋爐在額定出力工況下檢測(cè)經(jīng)測(cè)試,出力達(dá)到設(shè)計(jì)要求在額定出力工況下平均綜合效率分別表12. 8MW鍋爐綜合性能對(duì)比為82.5%和81.77% ,這 一效率值接近目前運(yùn)行的項(xiàng)目燃煤燃油燃?xì)饷禾繗饣?5t/h鍋爐的熱效率,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同等小型燃煤鍋爐燃料耗量750kg/h 270kg/h330Nm3 550kg/h的熱效率。有關(guān)環(huán)境檢測(cè)單位依據(jù)GB 5468- -1991燃料費(fèi)用元/h210945660220每月燃料費(fèi)用63 000283500198 00066 000鍋爐煙塵測(cè)試方法對(duì)-臺(tái)配套4t/h的煤炭氣化爐節(jié)能情況良不節(jié)能節(jié)能優(yōu)進(jìn)行了監(jiān)測(cè),在額定工況下,煙塵排放濃度為污染情況污染嚴(yán)重達(dá)標(biāo)達(dá)標(biāo)39. 2mg/m3二氧化硫排放濃度為332mg/m' ,煙氣設(shè)備管理復(fù)雜簡(jiǎn)單黑度小于林格曼I級(jí)。鍋爐專用煤氣發(fā)生爐已通過綜合分析差一般尤山東省環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的認(rèn)可,取得山東省環(huán)境e按每月30天每天運(yùn)行10h計(jì)單位元。保護(hù)產(chǎn)品使用認(rèn)可證書。.煤炭氣化鍋爐綜合性能對(duì)比見表1。5結(jié)束語由此可見在每天運(yùn)行10h的情況下,同樣一臺(tái)2.8MW煤炭氣化鍋爐,比燃油鍋爐每月節(jié)約燃料費(fèi)我國是煤炭蘊(yùn)藏+分豐富的國家采用煤炭氣用21.75萬元;比燃?xì)忮仩t節(jié)約13.2萬每月節(jié)約化技術(shù)生產(chǎn)煤氣節(jié)約工業(yè)油氣燃料消耗量有著廣燃料費(fèi)用2/3 ~3/4經(jīng)濟(jì)效果較為顯著。泛的前景。目前根據(jù)國家和地方的環(huán)保政策不少單位安裝了燃油或燃?xì)忮仩t盡管滿足了環(huán)保要求,4有 關(guān)測(cè)試情況但運(yùn)行費(fèi)用居高不下。煤炭氣化爐技術(shù)是這些燃油有關(guān)監(jiān)測(cè)單位依據(jù)GB/T 10180- -1998 工業(yè)鍋鍋爐和燃?xì)忮仩t設(shè)備改造的最佳技術(shù),利用現(xiàn)有的爐熱工試驗(yàn)規(guī)范和JB/T10094--1999工業(yè)鍋爐通.燃油氣鍋爐改造為煤炭氣化鍋爐，他取得了實(shí)用性用技術(shù)條件分別對(duì)一臺(tái)4t/h和一臺(tái)2V/h煤炭氣技術(shù)成果效益亦相當(dāng)可觀。