循环流化床煤气化高温助燃的设计与应用

第5期武桢,等:循环流化床煤气化高温助燃的设计与应用，17●循环流化床煤气化高温助燃的设计与应用武桢,卢燕云(马鞍山科达洁能股份有限公司,安徽马鞍山243041)摘要:科达洁能清洁煤气化系统采用高温煤气预热混合气化剂,高温助燃气化剂温度可达到750C ,有效降低了煤耗,提高了煤气热值和气化效率。关键词:煤气化;高温;助燃中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1008 -021X(2012)05 -0017 -03Design and Application of High Temperature Combustion - supportingfor Circulating Fluidized Bed Coal Gasification CombustionWU Zhen , LU Yan -yun(Maanshan KEDA Clean Energy Co.，Ltd., Maanshan 243041 , China)Abstract: KEDA newpower gasification systems adopt high temperature gas preheated mixed gasifyingagent , high temperature combustion gasification temperature could reach 750C，the coal consumptionreduced effectively ,gas caloric value and gasification eficiency increased both。Key words :coal gasification ; high temperature ;combustion - supporting近年来,粉煤气化技术逐渐发展,如何最大限度反应(1)和(2)分别是二氧化碳还原反应和水地节能降耗,实现热量的综合利用,- -直是粉煤气化蒸汽分解反应,煤气中的可燃气体H2和CO主要由研究的目标。在理想气化条件下，碳全部转化为这两个反应产生。放热反应主要为吸热反应提供热CO,且C和02生成CO2的反应所放出的热量全部量:用于水蒸汽分解反应,气化系统为绝热,碳的化学热C +O2(气) = CO2 + 408.8kJ/mol(3)将无损失地全部转入煤气中,使冷煤气气化效率达在煤气化工艺中,高温气化剂的引入,提高了炉100%。但是实际生产的热量损失不可避免,气化内气化温度,对气化反应的影响主要表现在以下两过程的热损失主要有两方面:一方面是干煤气物理个方面:①加快了气化反应速率,加强了吸热反应，热、未分解蒸汽的热焓以及带出物、灰渣的化学热和吸热反应(1)(2)是气化反应中极其重要的反应。物理热等,另--方面是发生炉对环境的热损失。其当温度升高时，反应(1)的平衡常数急剧增长,有利中干煤气物理热所占比例较大,从能量转换利用的于正反应的进行,也相应地改变了吸热与放热反应角度出发,科达清洁煤气化系统利用高温煤气余热，进行的程度比例,吸热反应的加剧,导致更多的CO2将富氧空气与蒸汽预热至750C,预热后的混合气被还原，更多的水蒸汽被分解,这样就提高了煤气中化剂经过均匀布风后进入炉内,大大降低了煤耗,提CO和H2的的比例,使煤气热值提高。②高温气化高煤气热值和气化效率,实现了热量的综合利用。剂带人炉内大量的显热,减少了为气化反应提供热1预热混合气化剂的原理量的燃烧反应份额,从而相应减少了燃烧所需的空煤气化过程主要存在吸热和放热两组反应,吸气量,煤气中惰性气体如N2、CO2含量降低,煤气热热反应为:值增加。C +CO2(气) =2CO - 162.4 kJ/mol2高温助帐气化 刘的设法C+H20(气) =CO +H2-118.8kJ /mol (2)由于生中国煤化工，B的热量远大于YHCNMHG收稿日期:2012 -04-11作者简介:武桢( 1962- -) ,江苏南通人,硕士,工程师,现从事煤气化技术及研发工作。山东化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2012年第41卷CO2还原及水蒸汽分解吸收的热量,科达清洁煤气量降低,提高煤气热值和气化效率。化系统在温克炉和恩德炉工艺基础上进行改造,设3科达清洁煤气化系统工艺计使用了高温助燃气化剂。煤气化过程的反应假设科达1000Nm'/h清洁煤气化系统主要由煤气按照下述的过程进行,常温的混合气化剂升温至发生系统、空分系统、锅炉系统、除尘系统和脱硫系750C吸收的热量为△H,常温煤升温至750°C吸收统等组成,其工艺流程图如图2。的热量为△H2,在7509C部分煤经过氧化还原反应25°C气化剂气化生成煤气,在7509C前已发生气化反应生成的25C煤950C煤气煤气和未来得及参加反应的细小粉煤被--同加热，最终出炉煤气的温度为950C。气化剂和煤的升温0H吸收的热量与CO2还原和水蒸汽分解吸收的热量均750C气化剂25°C煤由△H提供。反应过程见图1。如果利用出炉高温煤气将气化剂预热至0H2750C ,则节约了热量OH用于CO2还原和水蒸汽950C气化剂分解反应的进行，使得煤气中CO和H2比例增加，750C煤950C煤同时加快了气化反应的过程。图1煤气化反应过程另外，由于高温煤气的余热利用,节约了耗煤量,并减少了气化剂的用量,随之使得煤气中N2含气化[擀气煤气原料制备糊煤、给煤粉煤发生剂高余热徽、除尘煤气脱硫煤气加压温预回收系统炉煤气热系煤气系统充盐舞|燙|I空分软水气流.制氧输送气樊制锅炉灰渣制砖图2科达粉煤气化 系统工艺流程空分设备为-套带增压透平膨胀机的常温分子生气化反应生成煤气。煤气带着飞灰从气化炉顶部筛吸附纯化的空分装置。气化剂由富氧空气和蒸汽进入高温分离器,大颗粒飞灰被分离下来经过返料组成,富氧空气由空分产生的氧气与空气混合而成，管回到炉底料层继续反应,小颗粒飞灰随着煤气一蒸汽则由余热回收系统产生。除尘系统采用袋式除起进入高温气化剂预热系统,释放出部分显热,接着尘器补集飞灰,锅炉系统燃烧飞灰中的残炭,同时产进人余热回收系统,继续释放出显热,降温后的煤气生蒸汽输往用户。煤气发生系统工艺流程如下:储进入除尘系统,小颗粒飞灰被分离并送至锅炉系统，存在煤仓的原煤通过备煤系统处理成粒度在10mm除尘后的中国煤化工2S后成为洁净以下的粉煤,通过带式输送机、卸料机等输送至煤煤气。炉涩1HCNMH t冷却水套与水斗,然后由螺旋给煤机送人炉膛。气化剂经过高温冷出渣机的伶却后田市式牺达矶牺送至渣仓等待外预热系统加热后由风室进人气化炉底部,与粉煤发运。.第5期武桢,等:循环流化床煤气化高 温助燃的设计与应用●19●4高温 助燃气化剂的应用科达煤气炉采用循环流化床,对煤质的要求较科达清洁煤气化工艺中出炉煤气的高温余热利低,可采用低劣质的褐煤,也可采用烟煤,其均能在用采用两级换热器,即高温气化剂预热系统和余热炉内进行较好的气化反应。即使使用低发热量的褐回收系统。出炉煤气与混合气化剂在高温气化剂预煤,气化效率也可达到72%以上。由于采用的是等热系统中进行换热,使得煤气温度由950C降至压风室均匀布风，煤粉粒度<10mm,因此对煤的粒500C ,混合气化剂被预热至750C。余热回收系统度分布要求也较低,且能在炉内进行较好的流化。中,煤气显热进-步被释放,产生的饱和蒸汽在进入4.2 运行指标高温气化剂预热系统前与富氧空气混合,形成混合科达煤气炉控制富氧空气中氧气浓度为26%气化剂。科达清洁煤气化系统在四川的两套装置自~30%,气化炉底部温度控制在950C,高温助燃风2010年6月至今连续稳定运行,主要供给峨眉山某进入后可与原料煤迅速发生气化反应。灰渣中残炭陶瓷企业的窑炉使用，其使用的煤种及运行指标见含量低于6%,经余热回收系统产生的蒸汽量满足表1。气化剂中的蒸汽的消耗量。表1科达清洁煤气化系统气化用煤及运行指标由于高温助燃风的使用,提高了煤气热值,在使褐煤耔煤烟煤用发热量为13. 82 MJ/kg的褐煤时,煤气热值可达原料指标(质量比)到5335MJ/ Nm3 ，使用烟煤时煤气热值可稳定在M,/%32.2517.9316.356275 MJ/ Nm'以上,可靠地保证了工业用气。A.w/%25.4817.0819.99煤气中的除尘装置采用袋式除尘,经余热回收34. 8929. ss29.01系统后煤气的温度已低于200C,保证了袋式除尘FC2/%32.9250.1847.88器的安全,除尘后煤气中含尘量小于10mg/Nm3。Qm/(MJ/kg)13.8222. 4021.58经除尘器补集的飞灰可送往粉煤锅炉燃烧产生蒸汽运行指标以供他用。富氧浓度/%28. 9929. 3929. 305存在的问题风量/(Nm'/h)5342556高温气化剂预热系统预热富氧空气和蒸汽的混蒸汽量/(t/h)0.621.61.39合气体,气化剂中的富氧浓度不能过高,否则易发生气化底部温度/C965960950换热器氧腐蚀。当富氧空气中氧气浓度高于40%煤气产量/( Nm'/h)944311625比煤耗1289900920时,易造成高温换热器列管的部分堵塞或漏气。比氧耗3732652706结论冷煤气效率72.9481.675.72科达煤气化系统采用7509C高温助燃风,可有煤气组分(体积比)效降低煤耗,提高煤气热值和气化效率,在低富氧状H2/%23.0525. 1925.35态下气化效果较好,自工业化生产以来，连续运行稳N2/% .39. 3534.4134.51定,适合在陶瓷焦化造纸、玻璃及有色金属深加工CO/%15.6023.8023.61等行业中推广使用。CH/% .2. 403.003.05CO2/%19.4013. 2013. 28(本文文献格式:武桢, 卢燕云.循环流化床煤气热值/ (M]/ Nm3)533568246836化高温助燃的设计与应用[J].山东化工,2012,414.1 气化用煤(5):17-19.)(上接第16页)by a novel Au/TiO2 heterojunction composite nanotube[8] Kyung H,Lee J, Choi W. Simultaneous and syergisticarrays[J]. Sep Purif Technol, 2011, 79: 85 -91.conversion of dyes and geavy metal ions in aqueous Ti02suspensions under visible - light ilumination[ J]. Environ(本文文献格中国煤化工v2O。多层膜Sci Technol, 2005 , 39: 2376 -2382.对废水中甲基YHCNMH司去除[J].山.[9] Luo s L, Xiao Y, Yang L X, et al. Simulaneous东化工,2012 ,41(5):14-16,19. )detoxification of hexavalent chromium and acid orange 7