灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夥桨秆芯?/h1>
2013-12-23 05:52:48畢可軍
化工設(shè)計(jì)通訊 2013年1期
畢可軍
（陜西華祥能源科技集團(tuán)有限公司，陜西西安 710075）
工業(yè)燃?xì)馐窍鄬?duì)于民用和商業(yè)用氣而言的，一般是指工業(yè)上作為燃料用的氣體。工業(yè)燃?xì)鈴V泛應(yīng)用到冶金、機(jī)械制造、玻璃陶瓷等行業(yè)，然而對(duì)于沒有副產(chǎn)煤氣或副產(chǎn)煤氣不足的企業(yè)，有目的地自建工業(yè)燃?xì)庵苽溲b置是非常必要的。
我國石油資源短缺，但煤炭資源豐富，煤炭氣化是制備工業(yè)燃?xì)獾囊粋€(gè)主要方向。因此，應(yīng)加快發(fā)展適合我國工業(yè)燃?xì)庵苽漤?xiàng)目的煤氣化技術(shù)。其中，灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)饧夹g(shù)可采用廉價(jià)的粉煤進(jìn)行氣化，在原料成本及適中的規(guī)模等方面具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
1 常用的工業(yè)燃?xì)庵苽浞椒?/h2>
目前，常用的工業(yè)燃?xì)庵苽浞椒ㄓ幸韵隆?/p>
（1）以煤或焦等固體物料采用氣化工藝制備工業(yè)燃?xì)狻?/p>
（2）以煤或焦等固體物料采用熱解工藝制備工業(yè)燃?xì)狻?/p>
（3）重油蓄熱熱裂解和蓄熱催化裂解制備工業(yè)燃?xì)狻?/p>
工業(yè)燃?xì)庵苽浞椒ǖ倪x擇，應(yīng)視企業(yè)可利用的資源而定?；胰诰哿骰卜勖簹饣苽涔I(yè)燃?xì)夥桨?，采用粉煤（粉焦）進(jìn)行氣化，尤其可采用劣質(zhì)的粉煤，使工業(yè)燃?xì)獾纳a(chǎn)成本顯著下降。
2 灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夤に?/h2>2.1 灰融聚流化床粉煤氣化工藝
灰融聚流化床粉煤氣化工藝流程如圖1 所示。主要包括進(jìn)煤、氣化、除塵、煤氣冷卻系統(tǒng)、中／深度除塵等系統(tǒng)。
（1）進(jìn)煤系統(tǒng)
由備煤系統(tǒng)送入的粒徑為0～8mm 的原料粉煤（含水量控制在5%以下）依次進(jìn)入煤斗、煤鎖、給煤斗，由螺旋給料機(jī)控制加煤量，用氮?dú)饣蚨趸即邓头勖哼M(jìn)入氣化爐下部。
圖1 灰融聚流化床粉煤氣化工藝流程圖
（2）氣化系統(tǒng)
粉煤在氣化爐中主要經(jīng)過煤的干燥脫水、脫揮發(fā)分、煤的氣化、灰渣熔聚、從床內(nèi)分離出灰渣等五個(gè)過程。由分布板進(jìn)入蒸汽和氧氣，主要使床料流化起來；由中心管進(jìn)入蒸汽和氧氣，在噴口附近形成一個(gè)射流高溫燃燒區(qū)，使灰渣團(tuán)聚成球；由環(huán)管進(jìn)入蒸汽和氧氣，在一定的氣速下，使灰團(tuán)與半焦分離，在非結(jié)渣情況下，連續(xù)有選擇地排出低碳量的灰渣。粉煤在氣化爐中與氣化劑氧氣－蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，生成CO、H2、CH4、CO2、H2S等氣體，生成的煤氣從上部引出。氣化爐上部直徑較大，含細(xì)灰的氣流氣速降低，大部分細(xì)灰及未反應(yīng)完全的半焦回落至氣化爐下部繼續(xù)反應(yīng)，只有一部分細(xì)灰及半焦隨氣流夾帶出氣化爐。
（3）除塵系統(tǒng)
從氣化爐上部導(dǎo)出的高溫煤氣依次進(jìn)入兩級(jí)旋風(fēng)分離器，從兩級(jí)分離器分出的熱飛灰，由特殊控制裝置，經(jīng)料腿用水蒸氣或二氧化碳吹入氣化爐內(nèi)部進(jìn)一步燃燒、氣化，以提高碳轉(zhuǎn)化率。
（4）煤氣冷卻回收系統(tǒng)
從兩級(jí)旋風(fēng)除塵器出來的高溫煤氣依次進(jìn)入蒸汽發(fā)生器、蒸汽過熱器、鍋爐給水預(yù)熱器冷卻回收熱量，蒸汽過熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽一部分供裝置自用，另一部分送入工廠管網(wǎng)。
（5）中度／深度除塵系統(tǒng)
來自鍋爐給水預(yù)熱器的煤氣依次經(jīng)過環(huán)流式旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器進(jìn)行中、深度除塵后，煤氣中的粉塵含量達(dá)到10.0mg／m3以下，然后進(jìn)入粗煤氣洗滌、凈化系統(tǒng)。經(jīng)環(huán)流式旋風(fēng)分離器和深度除塵器收集的細(xì)灰，由氣流輸送至貯灰倉，然后由發(fā)送罐輸送至流化床粉煤氣化爐內(nèi)進(jìn)一步燃燒、氣化，以提高碳的轉(zhuǎn)化率。
（6）開停車系統(tǒng)
為了滿足灰融聚粉煤氣化爐烘爐及開車升溫的要求，氣化裝置中每個(gè)系列都設(shè)置一套開工預(yù)熱燒嘴。
開工預(yù)熱燒嘴產(chǎn)生的熱煙氣進(jìn)入氣化爐進(jìn)行氣化爐耐熱襯里烘爐及正常開車升溫，氣化爐升溫速率依照升溫曲線進(jìn)行，預(yù)熱氣化爐的溫度達(dá)900～950℃并穩(wěn)定3～5h后，氣化爐可進(jìn)行投料操作。工況穩(wěn)定后停止開工預(yù)熱燒嘴的燃料氣及空氣的供應(yīng)。
氣化爐烘爐和升溫所產(chǎn)生的煙氣通過高點(diǎn)排放系統(tǒng)送至高點(diǎn)排放。
在氣化爐投料初期和事故停車時(shí)會(huì)產(chǎn)生不合格煤氣，為保證裝置安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境，裝置設(shè)置了不合格煤氣送至高點(diǎn)放空系統(tǒng)的管線。
2.2 后續(xù)配套工藝
灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夂罄m(xù)配套工藝如圖2所示。氣化爐產(chǎn)高溫煤氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器初級(jí)除塵后，由煤氣冷卻系統(tǒng)冷卻回收熱量，然后經(jīng)過環(huán)流式旋風(fēng)分離器中度除塵，再經(jīng)過袋式除塵器深度除塵，使煤氣含塵量小于10mg／m3，進(jìn)入洗滌塔冷卻、除塵，使煤氣溫度降到32℃，含塵量小于5mg／m3，接著進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)脫硫，使硫含量達(dá)到50mg／m3以下，最后輸出工業(yè)燃?xì)狻?/p>
3 工業(yè)燃?xì)夤に噮?shù)及制備能力
3.1 工業(yè)燃?xì)夤に噮?shù)
灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)饪梢赃_(dá)到如下要求：
（1）煤氣熱值 4.6～9.6MJ／m3
圖2 灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夤に嚳驁D
（2）煤氣溫度 ≤35℃
（3）煤氣壓力 0.03～1.0MPa
（4）煤氣含塵量 ＜5mg／m3
（5）含氧量 ＜0.4%
（6）煤氣含硫量 ＜50mg／m3
3.2 工業(yè)燃?xì)庵苽淠芰?/h3>
不同富氧濃度下，單臺(tái)φ2400mm 常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)獾哪芰θ绫?所示。
由表1可知，灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)獾臒嶂悼赏ㄟ^調(diào)節(jié)富氧空氣的氧濃度來改變工業(yè)燃?xì)庵杏行С煞郑℉2＋CO＋CH4），從而實(shí)現(xiàn)煤氣熱值的調(diào)節(jié)。
可以通過增大氣化爐直徑和提高氣化爐操作壓力來增加單臺(tái)灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)獾纳a(chǎn)能力，如氣化爐直徑增加到φ3 000mm，生產(chǎn)能力達(dá)1.6倍。
表1 單臺(tái)φ2 400mm 常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)饽芰?/p>
4 結(jié) 語
灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夥桨?，可為冶金、機(jī)械制造、玻璃陶瓷等行業(yè)工業(yè)燃?xì)庥脩粜陆ɑ蚋脑飕F(xiàn)有固定床發(fā)生爐煤氣站提供良好的技術(shù)選擇。
（1）灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)?，其熱值和產(chǎn)氣量比較適合冶金、機(jī)械制造、玻璃陶瓷等行業(yè)工業(yè)燃?xì)庥脩粜枰?/p>
（2）氣化爐操作負(fù)荷在60%～120%，對(duì)用氣量的波動(dòng)調(diào)節(jié)靈活。
（3）需要氧氣規(guī)模一般在4 000m3／h以下，可選用投資較低的變壓吸附PSA 制氧。
（4）可采用廉價(jià)的劣質(zhì)粉煤作為氣化原料，使工業(yè)燃?xì)獾纳a(chǎn)成本顯著下降。
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我國石油資源短缺，但煤炭資源豐富，煤炭氣化是制備工業(yè)燃?xì)獾囊粋€(gè)主要方向。因此，應(yīng)加快發(fā)展適合我國工業(yè)燃?xì)庵苽漤?xiàng)目的煤氣化技術(shù)。其中，灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)饧夹g(shù)可采用廉價(jià)的粉煤進(jìn)行氣化，在原料成本及適中的規(guī)模等方面具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
1 常用的工業(yè)燃?xì)庵苽浞椒?/h2>
目前，常用的工業(yè)燃?xì)庵苽浞椒ㄓ幸韵隆?/p>
（1）以煤或焦等固體物料采用氣化工藝制備工業(yè)燃?xì)狻?/p>
（2）以煤或焦等固體物料采用熱解工藝制備工業(yè)燃?xì)狻?/p>
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2 灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夤に?/h2>2.1 灰融聚流化床粉煤氣化工藝
灰融聚流化床粉煤氣化工藝流程如圖1 所示。主要包括進(jìn)煤、氣化、除塵、煤氣冷卻系統(tǒng)、中／深度除塵等系統(tǒng)。
（1）進(jìn)煤系統(tǒng)
由備煤系統(tǒng)送入的粒徑為0～8mm 的原料粉煤（含水量控制在5%以下）依次進(jìn)入煤斗、煤鎖、給煤斗，由螺旋給料機(jī)控制加煤量，用氮?dú)饣蚨趸即邓头勖哼M(jìn)入氣化爐下部。
圖1 灰融聚流化床粉煤氣化工藝流程圖
（2）氣化系統(tǒng)
粉煤在氣化爐中主要經(jīng)過煤的干燥脫水、脫揮發(fā)分、煤的氣化、灰渣熔聚、從床內(nèi)分離出灰渣等五個(gè)過程。由分布板進(jìn)入蒸汽和氧氣，主要使床料流化起來；由中心管進(jìn)入蒸汽和氧氣，在噴口附近形成一個(gè)射流高溫燃燒區(qū)，使灰渣團(tuán)聚成球；由環(huán)管進(jìn)入蒸汽和氧氣，在一定的氣速下，使灰團(tuán)與半焦分離，在非結(jié)渣情況下，連續(xù)有選擇地排出低碳量的灰渣。粉煤在氣化爐中與氣化劑氧氣－蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，生成CO、H2、CH4、CO2、H2S等氣體，生成的煤氣從上部引出。氣化爐上部直徑較大，含細(xì)灰的氣流氣速降低，大部分細(xì)灰及未反應(yīng)完全的半焦回落至氣化爐下部繼續(xù)反應(yīng)，只有一部分細(xì)灰及半焦隨氣流夾帶出氣化爐。
（3）除塵系統(tǒng)
從氣化爐上部導(dǎo)出的高溫煤氣依次進(jìn)入兩級(jí)旋風(fēng)分離器，從兩級(jí)分離器分出的熱飛灰，由特殊控制裝置，經(jīng)料腿用水蒸氣或二氧化碳吹入氣化爐內(nèi)部進(jìn)一步燃燒、氣化，以提高碳轉(zhuǎn)化率。
（4）煤氣冷卻回收系統(tǒng)
從兩級(jí)旋風(fēng)除塵器出來的高溫煤氣依次進(jìn)入蒸汽發(fā)生器、蒸汽過熱器、鍋爐給水預(yù)熱器冷卻回收熱量，蒸汽過熱器產(chǎn)生的過熱蒸汽一部分供裝置自用，另一部分送入工廠管網(wǎng)。
（5）中度／深度除塵系統(tǒng)
來自鍋爐給水預(yù)熱器的煤氣依次經(jīng)過環(huán)流式旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器進(jìn)行中、深度除塵后，煤氣中的粉塵含量達(dá)到10.0mg／m3以下，然后進(jìn)入粗煤氣洗滌、凈化系統(tǒng)。經(jīng)環(huán)流式旋風(fēng)分離器和深度除塵器收集的細(xì)灰，由氣流輸送至貯灰倉，然后由發(fā)送罐輸送至流化床粉煤氣化爐內(nèi)進(jìn)一步燃燒、氣化，以提高碳的轉(zhuǎn)化率。
（6）開停車系統(tǒng)
為了滿足灰融聚粉煤氣化爐烘爐及開車升溫的要求，氣化裝置中每個(gè)系列都設(shè)置一套開工預(yù)熱燒嘴。
開工預(yù)熱燒嘴產(chǎn)生的熱煙氣進(jìn)入氣化爐進(jìn)行氣化爐耐熱襯里烘爐及正常開車升溫，氣化爐升溫速率依照升溫曲線進(jìn)行，預(yù)熱氣化爐的溫度達(dá)900～950℃并穩(wěn)定3～5h后，氣化爐可進(jìn)行投料操作。工況穩(wěn)定后停止開工預(yù)熱燒嘴的燃料氣及空氣的供應(yīng)。
氣化爐烘爐和升溫所產(chǎn)生的煙氣通過高點(diǎn)排放系統(tǒng)送至高點(diǎn)排放。
在氣化爐投料初期和事故停車時(shí)會(huì)產(chǎn)生不合格煤氣，為保證裝置安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境，裝置設(shè)置了不合格煤氣送至高點(diǎn)放空系統(tǒng)的管線。
2.2 后續(xù)配套工藝
灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夂罄m(xù)配套工藝如圖2所示。氣化爐產(chǎn)高溫煤氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器初級(jí)除塵后，由煤氣冷卻系統(tǒng)冷卻回收熱量，然后經(jīng)過環(huán)流式旋風(fēng)分離器中度除塵，再經(jīng)過袋式除塵器深度除塵，使煤氣含塵量小于10mg／m3，進(jìn)入洗滌塔冷卻、除塵，使煤氣溫度降到32℃，含塵量小于5mg／m3，接著進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)脫硫，使硫含量達(dá)到50mg／m3以下，最后輸出工業(yè)燃?xì)狻?/p>
3 工業(yè)燃?xì)夤に噮?shù)及制備能力
3.1 工業(yè)燃?xì)夤に噮?shù)
灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)饪梢赃_(dá)到如下要求：
（1）煤氣熱值 4.6～9.6MJ／m3
圖2 灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夤に嚳驁D
（2）煤氣溫度 ≤35℃
（3）煤氣壓力 0.03～1.0MPa
（4）煤氣含塵量 ＜5mg／m3
（5）含氧量 ＜0.4%
（6）煤氣含硫量 ＜50mg／m3
3.2 工業(yè)燃?xì)庵苽淠芰?/h3>
不同富氧濃度下，單臺(tái)φ2400mm 常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)獾哪芰θ绫?所示。
由表1可知，灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)獾臒嶂悼赏ㄟ^調(diào)節(jié)富氧空氣的氧濃度來改變工業(yè)燃?xì)庵杏行С煞郑℉2＋CO＋CH4），從而實(shí)現(xiàn)煤氣熱值的調(diào)節(jié)。
可以通過增大氣化爐直徑和提高氣化爐操作壓力來增加單臺(tái)灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)獾纳a(chǎn)能力，如氣化爐直徑增加到φ3 000mm，生產(chǎn)能力達(dá)1.6倍。
表1 單臺(tái)φ2 400mm 常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業(yè)燃?xì)饽芰?/p>
4 結(jié) 語
灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)夥桨?，可為冶金、機(jī)械制造、玻璃陶瓷等行業(yè)工業(yè)燃?xì)庥脩粜陆ɑ蚋脑飕F(xiàn)有固定床發(fā)生爐煤氣站提供良好的技術(shù)選擇。
（1）灰融聚流化床粉煤氣化制備工業(yè)燃?xì)?，其熱值和產(chǎn)氣量比較適合冶金、機(jī)械制造、玻璃陶瓷等行業(yè)工業(yè)燃?xì)庥脩粜枰?/p>
（2）氣化爐操作負(fù)荷在60%～120%，對(duì)用氣量的波動(dòng)調(diào)節(jié)靈活。
（3）需要氧氣規(guī)模一般在4 000m3／h以下，可選用投資較低的變壓吸附PSA 制氧。
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