新型煤矸石多联供U-Gas气化炉的技术特性

实用节能技术新型煤矸石多联供U-Gas气化炉的技术特性马加德' ,张志霄,章增明'(1.中国联合工程公司,浙江杭州310022; 2.杭州电子科技大学,浙江杭州310018)摘要:国内的煤矸石处理技术已呈现多元化的发展趋势,然而部分热值较高的煤矸石目 前还只是停留在焚烧产能上,但由于其具有的高硫、高灰的特点，焚烧过程中的污染现象不可避免。美国SES公司适时推出了煤矸石多联供气化技术,利用新型的U-Gas 气化炉,通过煤矸石的气化,在提供化工原料的同时,供应电力和蒸汽，特别适合在原煤产地建设煤化工项目,并达到改善环境状况的目的。关键词:煤矸石;气化炉;循环流化床;多联供中图分类号:TD849*.5文献标识码:A文章编号:1004 - 3950(2006)03 - 0053 -04Characteristics of new type U-Gas gasifier for gangueco-production systemMA Jia-de' , ZHANG Zhi-xiao , ZHANG Zeng-ming'(1. China United Engineering Corporation, Hangzhou 310022, China;2. Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)Abstract: The disposal of gangue has presented a multiform development tendency. High calorific value gangues aremostly used for incineration and power production. The pollutions during incineration are inevitable due to the high con-tent of sulfur and ash of gangue. However, a new co-production system based on gangue gasification was developped bySES Co.. Power, steam and chemical products can be produced with gangue gasification in new type U-Gas gasifier.This technique provides an effective way to utilize gangue effectively , environmentally friendly and synthetically.Key words :gangue; gasifier; CFB; co-production和铝质岩类等。而煤矸石具有低热值,其发热量0引言- -般为4.18 ~ 12. 56 MJ/kg(1 000 ~3 000 keal/煤矸石是采煤和洗煤过程中排出的固体废.kg),是--种潜在的具有能源利用价值的固体废.物,是一种在成煤过程中与煤伴生的含碳量较低、物(矿物)。根据各地煤矸石的热值差异,目前我比煤坚硬的黑灰色岩石”。煤矸石是我国排放国综合利用煤矸石的途径主要是应用于发电业、量最大的工业废渣之一,其产生量约为原煤产量建筑业、农业等。依煤矸石热值不同而作出的合的15%。目前我国每年所排煤矸石约有1亿t的理利用途径如表1所示[2]。增量,历年积存的煤矸石约为20亿t,占地近根据煤矸石煅烧后的灰渣含有一些稳定的无7 000 hm2 ,而且仍在增加。大量的煤矸石不仅占机组分(如Si02Al2O3、Fe2O3、CaO等)的特点,目用大量的土地,而且严重污染环境。因此,治理和前技术较为成熟、利用量较大的资源化途径是生综合利用煤矸石正越来越得到广泛的重视。产建筑材料,如只要掺加20%左右的粘土,即可制砖,其性能、规格与粘土砖相同;利用成球法或1煤矸石的利用途径非成球法烧制轻骨料,作为一种轻质、保温性能良煤矸石属沉积岩,是由多种矿岩组成的混合好的新产品,成球法轻骨料的松散密度约为物，主要岩石种类有粘土岩类、砂岩类、碳酸盐类中国煤化工骨料的松散密度约为fYHCNMHG收稿日期:2006 -02-10基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y505065);浙江省教育厅科技项目(20050491)作者简介:马加德(1971- ),男,浙江三门人,硕士,工程师。能源工程2006年,第3期- 53 -实用节能技术表1煤矸石依其热值不同而作出的合理利用途径热值/kJ . kg合理用途.说明<2 095回填、筑路、造地、制骨料制骨料以砂岩类未燃矸石为主2 095 ~4 190烧内燃砖CaO含量<5%4 190~6 285烧石灰渣可作骨料和水泥混合材料6285 ~8 380烧混合材、制骨料、代煤、节煤烧水泥用小型沸腾炉供热产汽8 380~ 10 475烧混合材、制骨料、代煤烧水泥用大型沸腾炉供发电10475~12560燃料用流化床供发电、气化炉多联供800 kg/m3 ;煤矸石灰渣掺加生石灰和石膏等辅联供气化工程项目,可产出合成气、电力和蒸汽，料,经成型和蒸汽养护后,可制成空心砌块;利用同时副产氢气和硫磺。该煤矸石多联供气化项目煤矸石代替粘土,能节省部分燃料,并能提高熟料在国内尚属首例,不仅能利用洗煤副产品(以煤.的质量;煤矸石的灰渣具有一定的活性,可掺入水矸石为主),还能消纳当地的生物质、干燥造粒污泥中作为活性混合材料,与水泥熟料和石膏按比泥和电子垃圾回收处理后的废渣等,以充分利用例配合后磨细,能提高水泥标号[13]低品位能源,而此类燃料在其他炉型的气化炉中煤矸石作为一种大量的废弃矿石,其成本低却较难适应。廉,并具有很好的抗风雨侵蚀性能,热值小于本项目的新型多联供气化技术采用流化床气2095kJ/kg的矸石是--种理想的筑路材料[2。化炉。属于此类炉型的气化炉有KRW炉、U-Gas此外,还可根据煤矸石的具体组分,制备农用炉和高温的HTW炉等[3] ,然而在煤矸石处理领肥料或提炼化工产品等[13]。域,由于燃料活性较低,除了目前推出的新型U-Gas气化炉外,其余炉型还未见应用的相关报道。2煤矸石的多联供气化方式本项目的新型多联供气化技术,气化炉采用美国综合能源系统公司(SES)利用新近研发U-Gas灰团聚循环流化床气化炉,辅以国内外成的煤矸石气化技术成果,与浙江弘安纸业合作,建熟的干式除尘、湿式脱硫和硫磺回收技术,其工艺设了处理量为380t/d的煤矸石资源综合利用多.流程如图1所示。煤叶石/生物质/焦炭+气一旋风分离器一旋风分离器一旋风分离器一余热锅炉超细粉尘过滤h细粉回收[细粉网收氧气/空气燃气锅炉}余热锅炉一 [内燃机]一- PSA制冠一 -湿法脱硫一团聚灰回收蒸汽供应电力供应]图气供网 硫磺回收图1煤矸石多联供气化方案的工艺流程图新型的U-Gas气化炉秉承了原有炉型的特贡煤。点,飞灰循环无需机械阀门,可以变压运行,便于新型的U-Gas气化炉的工艺流程如图2所调整热出率。它还具有特有的“灰团聚过程”,使示,经过破碎、筛分和干燥的煤矸石,粒径为1~灰熔聚成球并与半焦分离，并通过排渣管排出。10r“中国煤化王6% ,通常要求粒径小1.0 MPa的设定运行压力、.900 ~1 000 C的设定TYHCNM H G.燥后使用,使粉煤的运行温度确保设备材料、耐火材料、检测控制仪表.比例控制任1U70以内。电子垃圾废炭渣可与污等均易于国内解决,生产过程的安全性高4。非.泥一起造粒干燥,掺混人储煤仓。储存在常压储常高的灰含量适用范围使其非常适合于气化劣煤仓中的煤粒靠重力卸满上煤斗后,切断上煤斗-54-实用节能技术排渣管也可起到中心射流的作用。补充水-22.09th当燃烧着的煤粒和半焦的自身重力抵消了上-余热锅炉蒸汽煤研115.91 th5.99th升氧化剂的动能后，上升运动转而成为向四周炉22.23 h↓200kPa壁的下降过程,形成选择性灰分离系统。原料循环过程中返回气化炉内的循环物料量是新加人原乐绵空气3.68 vh料量的5倍，气流速度为6~15 m/s, 具有很高的1.17h超绸粉尘过德料粗煤气去净化传热、传质速度,使床层的温度迅速趋于一致,整18.29/h个床层的温差小于38 C。高温的燃烧区使灰颗160C粒软化、碰撞粘结成为团粒,逐渐变大、变重的团0.24th粒经排渣管落人上渣斗,经由上下渣斗组成的锁.4.70 th12气出渣系统卸入冷渣设备外运。55 h风气气化反应生成的粗煤气夹带大量的细炭粒和超絀矢灰尘由炉顶排出,经前置的三级旋风分离器分离0.13vh出炭粒和灰尘,其中前两级分离出的灰经沉降管返回气化炉燃烧区,重新参与气化,提高碳的转化84率。经过三级旋风分离器分离出大量粉尘的粗煤团聚秋气,再经过余热锅炉回收热量,并经超细粉尘过滤图2新型U-Gas气化炉的工艺流程装置图器再次捕尘,除尘总效率大于99. 9% ,出口的含1一|储煤仓;2-上煤斗;3-下煤斗;4- 给煤机;5- 气化炉;6,7,尘量小于1.6g/m',微量的粉尘可在后续的湿法8-旋风分离器;9-. 上渣斗;10- 下渣斗;11- 上灰斗;12-下灰斗脱硫水洗段予以再次捕集。有关湿法脱硫的内的上下隔断阀,充人压缩空气与下煤斗压力平衡容,将会在专门的文章中予以详述。时,隔断上下煤斗,使上煤斗卸压，释放的空气经3煤矸石的多联供气化工艺参数除尘后排空。下煤斗的煤经给煤机连续输送人炉中。送人炉膛的煤粒在1000~1100C的高温下本项目气化用煤矸石主要来自浙江长广、临与布风板底和排渣管送人的氧化剂(氧气、水蒸安矿区以及山东枣庄等煤矿。煤矸石的元素分析气)及随煤流人炉的压缩空气立即混合和气化。组成如表2所示。表2次煤(煤矸石)元素分析组成%CHQ./kJ . kg~井亭煤”32. 682.315.25 .0.492. 5054.332. 4212 550长广煤2)26.711.594.391.362. 9054.958.110 112注:1)-井亭煤取样来自矿井;2)-长广煤取样来自露天堆场。表3合成气成分表Gas气化炉的高温气化反应,产出粗合成气约为粗合成气组分净化气体组分18997 m'/h,经除尘脱硫后,得到14 146 m'/h 的组分名称体积分数(湿)/%体积分数(干)/%干煤气,热值9960 kJ/m',产物中有效组分(CO +CO215.38 .15.62H2)为72. 8% , 其成分如表3所示。气化剂采用纯028.2337. 81CH。3.54.4. 74度为92%的氧气,锁气风采用压缩空气。冷煤气H226.0634. 97确的杜化率ηe =92.36% ,每千5.126.86中国煤化工，2 kg,蒸汽消耗量为流量/m’●h一18 99714146TYHCNMHG0%~ 110%。本项目年运行小时数按8520 h设计,向弘安在1MPa的操作压力下,煤矸石经3台U-纸业连续供应2 500 kW电力.25 t/h 低压饱和蒸能源工程2006年,第3期-55 -实用节能技术汽,副产的800 m'/h 高纯度氢气和回收的401收硫磺后,废气排放接近于“零污染排放”,污染.kg/h高品质硫磺外售。单台气化炉的在线系数问题得以彻底解决,气化原料含硫量越高,减排的能达到73.5%，为了能确保在线系数达到98%的优点越明显。由于采用了干法除尘,各工序的煤.设计值,SES公司对气化炉的配置模式为3用1气凝结水在汽提处理后,可以作为封闭循环的脱备,易为国内应用厂家所接受。硫工序补充用水,废水量接近于零。本项目的新型煤矸石多联供气化技术,为煤4结语矸石处理提供了新方法,可部分解决国内的煤矸本项目的新型煤矸石多联供气化技术,克服石处理问题,既能提高煤矸石电厂的供电效率,又了已在国内运行过的U-Gas 气化炉的不足之处，能解决燃烧煤矸石所带来的环境污染问题,还能本项目所作的改进将确保气化炉的在线系数能达为化工行业提供高品质的氢气和硫磺,有望以此到73.5% ,如以3用1备的配置,能确保在线系作为煤矸石合理利用的发展方向之一，并在煤基数达到98%的设计值,这对化工行业至关重要。化工和发电等方面起到一定作用。U-Gas气化炉原料适应性非常好,不仅能气化洗参考文献:煤副产品，还能气化生物质、干燥造粒污泥和电子垃圾回收处理后的废渣等,充分利用价格低廉的[1]江群慧.固体废物处理及资源化[M].北京:化学低品位能源，节能效果非常显著。气化炉结构简工业出版社,2004.单,型号便于系列化,且无运动部件,便于规模化[2]聂永丰.三废处理工程技术手册[M].北京:化学工业出版社,2000.生产,投资、运行和维护成本均很低。本项目的新型煤矸石多联供气化技术不仅能[3]焦树建.整体煤气化燃气一蒸汽联合循环( IGCC)[M].北京:中国电力出版社,1996..提供可靠的电力和蒸汽，同时副产氢气和硫磺,合[4]步学朋，徐振刚，戢绪国,等.煤加压气化技术的成气可作为甲醇、汽油、尿素等燃料和化学品的生研究开发[J].煤化工, 2004(5):44-48.产原料,应用领域非常广泛。经过湿法脱硫并回6@小知识9家庭装修时勿忘节约能源今夏,节水、节电、推广节能型住宅等倡导节约能源的话题成了社会热点。然而,很多消费者居住的房子或新买的住房并不是节能型住宅,如果装修以后再进行节能改造或者采取节能措施又十分麻烦。专家建议，节约能源,应该从家庭装修时就注意打好基础。利用装修的时候进行节能改造,在提高居住的舒适性和安全性的同时,装修出一个节能的家，可以收到事半功倍的效果。防寒保暖隔热的八个技巧为了达到良好的防寒保暖隔热效果,住户在装修时注意以下这些技巧:第一,如果原来的外窗使用的是单玻璃普通窗,不妨调换成中空玻璃断桥金属窗;第二,如果家中有向西或向东的窗户,可以在窗外安装外遮阳活动装置,减轻太阳直晒造成的高温;第三,尽量选择布质厚密、隔热保暖效果好的窗帘;第四,装修时,不要包暖气罩,也不要在暖气上面打家具;第五,别让施工工人破坏原有墙面的内保温层;第六,阳台与内室连通的改造,要在阳台墙面及顶面加装保温层;第七,安装密闭保温效果好的防盗门;第八,在外门窗口加装密封条,也能够保温。厨卫装修重在节水厨房和卫浴间的装修要考虑节水的问题。卫生间的装修可以选择双控节水马桶,并安装男用小便器。浴室的装修，可将浴缸与淋浴搭配使用。一方面,尽量缩短热水器与出水口的距离;另一方面,热水管道要进行保温处理。而在厨房的装修中,橱柜台面最好安装双台盆和安装节水龙头。此外,在招中国煤化工流量控制阀门。灯具的功率关系到省电YHCNMHG.节电方面也有一些方法,比如，安装节能灯,卫生间安装感应照明开关。装修户尽量不要选择太繁杂的吊灯;在居室设计中不要布置过多的射灯;灯具尽量能够单开单关。还要合理设计墙面插座,尽量减少连线插板,不宜频繁插拔的插座选择有控制开关的插座。在电器的选择方面,安装节能家用电器,有条件的可利用太阳能热水器。-56-