Oct.2012化肥設(shè)計(jì)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(shù)應(yīng)用情況調(diào)查李永恒(全國(guó)造氣技術(shù)咨詢部,上海200062)摘要:簡(jiǎn)述了富氧連續(xù)氣化技術(shù)的工藝原理和工藝特點(diǎn);調(diào)查了富氧氣化爐的使用情況;探討了富氧氣化爐應(yīng)用中存在的問題。結(jié)果表明,富氧連續(xù)氣化爐的運(yùn)行效釆有待商榷,欲新建富氧氣化爐的企業(yè)應(yīng)謹(jǐn)慎決策關(guān)鍵詞:固定層煤氣爐;富氧空氣;富氧連續(xù)氣化;間歇?dú)饣?氣化強(qiáng)度;煤耗;調(diào)查loi:10.3696/j.issn.1004-8901.2012.05.014中圖分類號(hào):TQ546.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(guó)煤氣化領(lǐng)域中有多種形式的氣化方法,有47%~52%,最終生成氣體達(dá)到半水煤氣反應(yīng)平成功的經(jīng)驗(yàn),也有失敗的教訓(xùn)。富氧氣化技術(shù)從上衡。富氧空氣、蒸汽、煤炭發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下。世紀(jì)60年代在我國(guó)固定層煤氣爐上開始成功應(yīng)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(jīng)濟(jì)損失。近年來有關(guān)富氧連C+O2=2C0-165.7kJ續(xù)氣化技術(shù),某些設(shè)計(jì)單位和該技術(shù)的開發(fā)單位宣C+H20=CO+H2-1188 kJ(4)傳報(bào)導(dǎo)的文章較多,其內(nèi)容的真實(shí)性值得研究和商C+2H2O=CO2+2H2-75.2kJ(5)榷,因?yàn)橛行┪恼略诮榻B時(shí),夸大其中的利,對(duì)應(yīng)用富氧空氣與煤炭在氧化層內(nèi)發(fā)生放熱反應(yīng)如中的弊則避而不談。在近些年的各種技術(shù)交流會(huì)式1和式2,以獲得足夠的熱量供應(yīng)還原層,使反應(yīng)上,許多代表曾向筆者咨詢有關(guān)富氧氣化技術(shù)的問式2、式3和式5得以進(jìn)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(shí)情于反應(yīng)式3和式4的發(fā)生,對(duì)降低半水煤氣中的況,筆者將該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況介紹如下。CO2有好處1氣化原理中國(guó)煤化工在固定層煤氣爐內(nèi),當(dāng)富氧空氣與煤炭燃燒產(chǎn)CNMHG于取消了空氣吹風(fēng)階生放熱反應(yīng)的同時(shí),蒸汽與灼熱的煤炭產(chǎn)生吸熱反段,減少了因吹風(fēng)燃燒炭的損失,氣體帶出物減少和應(yīng),兩反應(yīng)基本達(dá)到平衡時(shí),氣化過程便會(huì)連續(xù)平作者簡(jiǎn)介:李永恒(1936年-),男,江蘇鎮(zhèn)江人,高級(jí)工程師,從事穩(wěn)的進(jìn)行。為了使制取的半水煤氣成分符合生產(chǎn)造氣生產(chǎn)技術(shù)研究工作50余年,造氣技術(shù)專家,全國(guó)造氣技術(shù)咨詢的要求,一般將富氧空氣中的O2體積分?jǐn)?shù)控制在部總顧問。第5期李永恒富氧連續(xù)氣化技術(shù)應(yīng)用情況調(diào)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(yīng)300m31000m315003500m序號(hào)項(xiàng)目用小粒煤和型煤進(jìn)行氣化VPSA深冷VPSA深冷VFSA深冷VFSA深冷由于該技術(shù)是連續(xù)氣化,爐溫相對(duì)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?yàn)楦?電耗/(從W·bm304300.420.70.410.650.406溫煤氣全部進(jìn)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(dòng)時(shí)間/h0004000800075008000800080008000副產(chǎn)蒸汽量增加,氨系統(tǒng)可以實(shí)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(shù)選用兀L型自動(dòng)加煤機(jī),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(yīng)用統(tǒng)計(jì)達(dá)到連續(xù)氣化的要求。另外,減少了許多自動(dòng)閥曾經(jīng)使用過富氧連續(xù)氣化技術(shù)的單位及其相門,簡(jiǎn)化了工藝流程,降低了系統(tǒng)故障率,減少了設(shè)關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。備維修費(fèi)用。富氧連續(xù)氣化工藝流程見圖1。表2富氧氣化技術(shù)的應(yīng)用單位及數(shù)據(jù)號(hào)應(yīng)用單位應(yīng)用時(shí)期氣化爐規(guī)格,氣化爐dmm數(shù)量/臺(tái)氧氣一富氧空氣混合器[鼓風(fēng)機(jī)一[蒸汽混合器[氣化1太原化肥廠上世紀(jì)60年代初36002長(zhǎng)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(nèi)部其8江蘇武進(jìn)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(yīng)用,此方案最好,既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用;二是新10吉林長(zhǎng)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(jīng)反復(fù)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(shí)現(xiàn)氧氣提純。變和CO2體積分?jǐn)?shù)偏高給后續(xù)生產(chǎn)工序帶來麻煩。各壓吸附制氧與深冷空分法制氧對(duì)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(hào)氣化方法CO2,4/%O2,q/%CO,q/%H2,中/%N2,甲/%CH4,/%H2S,/%1固定層空氣間歇?dú)饣?1-341823-3碳化煤球12-1327-2838-39粘結(jié)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(guó)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)年產(chǎn)合成氨18萬t,全年僅煤氣中CO2高達(dá)13%~16%,最高可達(dá)到19.7‰%。因CO體積分?jǐn)?shù)過高,變換爐多支出蒸汽費(fèi)用達(dá)40由于CO2體積分?jǐn)?shù)過高,不但給脫碳工序增加了負(fù)萬元以上荷,而且影響到合成工序中壓縮機(jī)運(yùn)行效率(一般52氣化強(qiáng)度可降低10%左右),必然造成電耗和壓縮機(jī)維修費(fèi)根據(jù)眾多資料介紹和理論計(jì)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(qiáng)度成倍增加,(2)空氣間歇?dú)饣胨簹庵蠧O體積分?jǐn)?shù)為根據(jù)所用原料不同可增加1~1.5倍。但是,從應(yīng)28%~31%,而富氧氣化半水煤氣中CO體積分?jǐn)?shù)用富氧氣化爐的眾多廠家來看,實(shí)際僅增加5%為38%~44%。由于CO體積分?jǐn)?shù)的增加,必然會(huì)30%,有的應(yīng)用廠家的氣化強(qiáng)度還不如空氣間歇式導(dǎo)致變換工序中變換爐的負(fù)荷增加,不但會(huì)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(jìn)化肥廠增加19%;大竹化肥廠下有關(guān)資料介紹,噸氨半水煤氣中CO體積分?jǐn)?shù)每增降10%。富氧空氣連續(xù)氣化與固定層空氣間歇?dú)饧?%,變換爐多消耗蒸汽約1kg左右。以黑龍江化的氣化強(qiáng)度對(duì)比見表4。表4富氧空氣連續(xù)氣化與固定層空氣間歇?dú)饣臍饣瘡?qiáng)度對(duì)比氣化強(qiáng)度單爐日產(chǎn)氨氣量序號(hào)氣化爐型/mm原料應(yīng)用單位氣化方法d2650塊煤山西晉豐空氣間歇?dú)饣?79612345d3000煤棒湖北三寧空氣間歇?dú)饣痩4733000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(fèi)用5.6下灰裝置年產(chǎn)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(duì)比見表5。選擇不停爐下灰裝置。表5年產(chǎn)2萬t氨的各種氣化方法的投資與噸氨入爐媒耗對(duì)比6運(yùn)行狀況序號(hào)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(guān)報(bào)道和信息,富氧連續(xù)氣化爐目前的運(yùn)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(jìn)行富氧連續(xù)氣化,運(yùn)行情況還算正常。開3755245富氧空氣連續(xù)氣化法5504臺(tái)d3000~d3200m爐,氧氣來源由三明鋼廠供給,所產(chǎn)半水煤氣與老系統(tǒng)并網(wǎng)。單爐小時(shí)發(fā)氣量6固定層空氣間歇?dú)饣諝鉃?000m,噸氨煤耗為1.5t5.4爐箅(2)淮南化肥廠開3臺(tái)d300m爐,也是用為了使燃料層布風(fēng)均勻,要求設(shè)計(jì)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(tái)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(guó)煤化工因效益問題,富氧氣化5.5自動(dòng)加煤機(jī)CNMHG通用型自動(dòng)加煤機(jī)是每個(gè)循環(huán)間歇向爐內(nèi)加煤(5)河南平頂山化肥廠開3臺(tái)d3000m富氧的,加煤量和炭層高度難以控制。冮L(zhǎng)型自動(dòng)加煤機(jī)氣化爐,運(yùn)行情況不太理想可連續(xù)向爐內(nèi)加煤,爐內(nèi)消耗多少煤,隨時(shí)補(bǔ)充多少(6)黑龍江化肥廠和長(zhǎng)山化肥廠共有13臺(tái)煤,所以炭層高度可以按預(yù)先設(shè)定的炭層高度恒定。d3000mm富氧爐,于2003年全部停運(yùn)。第5期李永恒富氧連續(xù)氣化技術(shù)應(yīng)用情況調(diào)查7)開封化肥廠于2008年12月新上4臺(tái)已停用d2743.2mm氣化爐,采用小塊煤富氧氣化,所產(chǎn)7.3雙床層雙向耦合式氣化法半水煤氣與原空氣間歇?dú)饣癄t的半水煤氣并網(wǎng)送以2臺(tái)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(yùn)行情的耦合式氣化爐。該技術(shù)早在上世紀(jì)70年代時(shí)在況并不理想。浙江巨化廠應(yīng)用過,當(dāng)時(shí)采用2臺(tái)爐用空氣間歇?dú)?8)柳州化肥廠2009年12月年改造了幾臺(tái)富化方法進(jìn)行對(duì)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(wǎng)送入后工序,運(yùn)行效煤氣有效成分。筆者曾專程前往該廠考察,據(jù)當(dāng)時(shí)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(jìn)方法2臺(tái)爐分別氣化的產(chǎn)氣量高,而且易發(fā)生事故。因此運(yùn)行了一段時(shí)間,又改回2臺(tái)爐分開氣化。筆者7.1富氧空氣間歇?dú)饣夹g(shù)試想,采用富氧氣化方法,進(jìn)行雙床層雙向耦合式富氧空氣間歇?dú)饣夹g(shù),該技術(shù)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(shù)特點(diǎn)是在原有的空氣間拭目以待歇?dú)饣臈l件下,加入適量的富氧空氣(僅下吹階8結(jié)語段不加富氧空氣)。此技術(shù)已在浙江省清華化工有限公司應(yīng)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(shù)還有許多問題有CO2在9.0%以下,CO+H2為75.8%。實(shí)際效益還待解決,故幾十年來一直難以推廣。目前各應(yīng)用廠需要經(jīng)過長(zhǎng)周期運(yùn)行的檢驗(yàn),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(wǎng)后送入后序系統(tǒng)的,所以很難區(qū)分和確認(rèn)7.2上下吹富氧交換氣化技術(shù)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(zhǔn)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(zhǎng)術(shù),并改稱其為單爐富氧雙向氣化。從原理上分山化肥廠為獨(dú)立系統(tǒng)應(yīng)用富氧連續(xù)氣化技術(shù),但獨(dú)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(yùn)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(shù)。因此,筆者建議準(zhǔn)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(huì)發(fā)生爆業(yè)一定要慎重決策。炸。該技術(shù)近年來經(jīng)有關(guān)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(cè)算有效地利用了生產(chǎn)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(yùn)營(yíng)成利用螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組發(fā)電,每小時(shí)可發(fā)電本,經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益十分顯著。2500kW·h,全年以8000h,電價(jià)0.5元/kW,h計(jì),技改的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益如下(2)目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的大型化工裝置大都存在(1)螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組年發(fā)電量余熱浪費(fèi)的現(xiàn)象,生產(chǎn)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(fèi)能源又污染環(huán)境。使用螺(2)螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組年發(fā)電效益桿發(fā)電機(jī)進(jìn)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(chǎn)成本,保護(hù)環(huán)境最直接、經(jīng)濟(jì)的手段(3)該工程產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益折算標(biāo)煤約為參考文獻(xiàn)700U/a(按350g/kW·h),年減少CO2排放量約1胡亮光,胡達(dá),陳景坤.螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)[P].中國(guó)專利16630t/a(按0.8316g/kW·h)。中國(guó)煤化工(4)全套設(shè)備投資約1680萬元,不到2年的時(shí)2CNMHG械工業(yè)出版社200間即可收回設(shè)備投資,若加上安裝及土建等費(fèi)用,[3]爪咧〃饑孜術(shù)的探討[J].煤氣與動(dòng)力投資回收期不超過3年2005,25(8):69-717結(jié)語[4]阮建國(guó).螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)在冶煉廠的應(yīng)用技術(shù)[J].能源與化工,2005(6)(1)實(shí)施蒸汽余熱發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)改造,不僅收稿日期:20120202