1、第22卷第3期山西化工V o l.22N o.3 2002年8月SHAN X I CH E M I CAL I NDU STR Y A ug.2002加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術的研究與開發王洋(中國科學院山西煤炭化學研究所,太原030001摘要:在50.2m、壓力1.5M Pa、日處理量3t4t煤的加壓灰熔聚流化床粉煤氣化試驗裝置上進行了府谷煤的氣化試驗?？疾炝藟毫?、溫度對煤處理量、碳轉化率、排灰碳含量、煤氣組成等工藝指標的影響,證實氣化強度正比于操作壓力的0.70.75次方,同時進行了高溫顆粒移動床除塵試驗。試驗運行驗證了工藝的可行性。關鍵詞:煤氣化技術;灰熔聚;研究引言中國一次能源以煤炭

2、為主,迫切需要發展潔凈煤技術。煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一,城市煤氣、化工合成用原料氣和先進的聯合循環發電用燃氣是煤氣化發展和應用的主要對象。從當前國內外煤氣化技術發展趨勢上看,大型化、加壓、適應多種粉煤、低污染、易凈化是煤氣化發展方向1。我國的先進煤氣化技術以及相應的煤氣高溫凈化技術都還處于開發階段,從1980年起,在中國科學院、國家科技部(原部委和計委的支持下,山西煤炭化學研究所開始了灰熔聚流化床氣化技術開發。經歷了近20年的研究開發,已取得可喜成果,2現“灰熔聚流化床粉煤氣化技術”的工業化示范項目(常壓,100t (d臺已完成,正在積極推廣。為了適應化工合成以及先進發電技術的

3、發展需要,在“九五”期間作為中科院重點科研項目,進行了加壓煤氣化技術的開發研究以及高溫顆粒過濾器的研究開發,并取得了一定進展。本文介紹了加壓灰熔聚流化床粉煤氣化小型試驗以及高溫顆粒移動床過濾除塵的試驗結果。1加壓灰熔聚流化床試驗裝置及工藝流程1.1試驗裝置及工藝流程加壓灰熔聚流化床粉煤氣化試驗裝置工藝流程如圖1(見第5頁所示,流程包括6部分:備煤、供氣、氣化、除塵、廢熱回收、粗煤氣除塵。加壓氣化爐設計壓力1.5M Pa(表壓,氣化爐內徑為200mm,上部擴大段內徑為300mm,爐體總高度約4.7m。原煤經螺旋給料器進入氣化爐,粗煤氣從氣化爐流出后,經旋風分離器粗除塵后進入廢熱回收系統,在廢熱鍋

4、爐出口開有側線煤氣管路,側線煤氣進入錯流式顆粒移動床煤氣精除塵試驗裝置系統,進行熱煤氣的精除塵試驗。這部分主要包括上、下除塵顆粒料罐、移動床除塵器、下料螺旋絞龍及測量系統等。1.2原料表1是試驗用煤的分析數據,府谷煤屬于弱粘結性長焰煤,具有低硫、低灰、低灰熔點的特點,灰分中CaO、Fe2O3的含量高,試驗用煤平均粒徑0.558mm。表1府谷煤工業和元素分析樣品工業分析M ad A ad V ad元素分析C ad H ad S L.ad O ad N ad在5200mm加壓流化床氣化爐上共進行47次試驗,累計約300h,操作壓力0.5M Pa1.43M Pa(表壓,收稿日期:2002206227

5、作者簡介:王洋,男,1940年出生,1962年畢業于北京石油學院,現為中國科學院山西煤炭化學研究所研究員,博士生導師,國家重大基礎研究項目(973首席科學家,國家有突出貢獻的中青年專家,山西省潔凈煤技術專家。主要從事化學反應工程、流化床反應器技術研究,開發了萘氧化制苯二甲酸酐、丁烯氧化脫氫制丁二烯及灰熔聚流化床煤氣化反應器,近年主要從事流化床煤氣化反應器的放大、煤氣化技術在含碳廢棄物處理中的應用研究。溫度800980,進料量60kg h 168kg h (氣化強度1910kg h m 25347kg h m 2,最高壓力達到1.43M Pa (表壓,煤氣熱值大于5016kJ Nm 3。由于沒有

6、飛灰返回裝置,碳轉化率在70%85% 。1皮帶輸送機;2破碎機;3埋刮板;4篩分機;5回轉干燥爐;6埋刮板;7煤倉;8給料器;9斗提機;10煤儲罐;11平衡斗;12進料斗;13螺旋進料器;14加壓氣化爐;15上灰斗;16下灰斗;17一級旋風分離器;18二級旋風分離器;19一級飛灰斗;20二級飛灰斗;21廢熱鍋爐;22空氣預熱器;23水洗塔;24砂子儲罐;25錯流移動床除塵器;26除塵絞龍;27砂子下儲罐;28空氣分氣缸;29蒸汽分氣缸圖15200mm 加壓灰熔聚流化床粉煤氣化工藝流程簡圖2.1壓力對氣化的影響提高壓力,則提高反應物的濃度,反應速度增加,氣化強度增加。小型加壓流化床氣化爐試驗結果

7、與理論預測值基本一致,在相同碳轉化率情況下,氣化強度上升,且與壓力的0.70.75次方成正比,見圖2。從煤氣組成上看,甲烷的含量隨壓力增加有所增加(從常壓的<1%提高到2.5%3.0%,因而煤氣的熱值也提高,但煤氣組成、煤氣熱值變化不明顯。氣化壓力增加,氣化反應速度增加,在相同進料量和反應溫度條件下,碳轉化率、冷煤氣效率應隨氣化壓力的增加而增加,見圖3(見第6頁。另外,隨著壓力增高,反應速度增加,排灰中碳含量明顯下降,碳利用率增加。2.2溫度對氣化的影響溫度對加壓氣化反應影響與常壓時相同,唯在小直徑裝置上,因床層高徑比較大,粒子混合較差,床內容易結渣,因而只考察了900970范圍 。圖2

8、氣化強度與壓力的關系由圖4、圖5(見第6頁可見,隨著溫度升高,碳轉化率升高,排灰碳含量下降。2.3加壓氣化裝置的控制及運行穩定性加壓流化床氣化爐的平穩運行取決于操作氣速(影響床內固體混合程度及空氣 蒸汽的配比。圖6(見第6頁是氣化爐連續運行的典型曲線,試驗進行10.5h ,進煤1.5h 后氣化爐達到穩定運行狀態。在連續運行過程中,氣化爐壓力、溫度、床內存料量、5第22卷第3期王洋,加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術的研究與開發 圖3碳轉化率、 冷煤氣效率與氣化壓力的關系圖4 碳轉化率與氣化爐床層溫度的關系圖5 排灰碳含量與氣化爐床層溫度的關系圖6加壓流化床氣化爐試驗裝置典型運行曲線空氣 煤比、蒸汽

9、煤比、進氣量、煤氣產率以及煤氣組成都很穩定。由圖中曲線可以看出,整個過程中床溫的波動范圍在30以內,煤氣各組分組成變化<2%。2.4高溫顆粒移動床除塵裝置試驗結果顆粒移動床除塵裝置設計壓力1.5M Pa ,設計溫度200,濾料厚200mm ,氣體流量120Nm 3 h ,試驗濾料為平均粒徑1.63mm 石英砂。當氣化爐達到預定壓力穩定運行,且廢熱鍋爐出口溫度大于260時,開啟熱煤氣側線閥門,熱煤氣進入除塵器,濾層溫度開始升高,當進口溫度穩定后(170230,調整煤氣流量,進行進出口粉塵含量測定。粉塵取樣裝置為自制等速取樣器,煤氣減壓后用轉子流量計計量,進口粉塵收集用燒結金屬絲網管(網孔直

10、徑5m ,出口粉塵收集用玻璃纖維無膠濾筒(天津市樂星環保監測儀器廠。在煤氣處理量達60Nm 3 h 80Nm 3h 、進口溫度160220、進口壓力1.0M Pa (表壓下,進口煤氣粉塵含量平均在3.9g Nm 3,出口凈煤氣粉塵含量<100m g Nm 3,除塵效率>97%,見表2,除塵效率與冷試結果一致3。出口含塵量較高的原因可歸納為兩點:a 過濾介質厚度不足,濾料厚度(200mm 根據常壓冷試結果設計,而未考慮加壓工況下進口煤氣粉塵濃度的增高;b 進口粉塵粒徑小,粉塵粒徑為2.9m 4.0m 。表2高溫煤氣除塵數據試驗編號煤氣流量 Nm 3h-1砂子流量 kg h-1入口氣溫

11、度 出口氣溫度 入口氣壓力(表 M Pa入口氣粉塵量 g Nm-3出口氣粉塵量 m g Nm-3除塵效率 %壓降kPa82.6850.62161271.041.854.0097.0015.96山西化工2002年8月3結論加壓流化床粉煤氣化試驗表明:(a 在加壓流化床粉煤氣化正常工作條件下,氣化強度與壓力的0.70.75次方成正比(表壓01.4M Pa 。(b 與低壓氣化結果相比,提高壓力,碳轉化率、冷煤氣效率均有提高,排灰碳含量降低。(c 加壓流化床的平穩運行要求與常壓時幾乎一樣的床層膨脹比,以保證良好的混合、傳熱,在此條件下,調整相應的進煤量和氣化劑量,保持穩定的氣化反應,即可保持氣化爐的穩

12、定運行。(d 氣化府谷煤時,煤氣熱值達到4598kJ Nm 35434kJ Nm 3,甲烷含量2.5%3.0%。(e 所設計的高溫顆粒移動床除塵器煤氣處理能力達到60Nm 3 h 80Nm 3h ,除塵氣速0.1m s 0.2m s ,除塵效率>97%,出口煤氣粉塵含量<100m g Nm 3,還有待進一步改進。(f 根據試驗結果,可預測52.4m 流化床氣化爐單臺氣化能力達15000kg h (1.0M Pa 24000kg h (2.0M Pa ,即360t(d 臺570t(d 臺,能滿足大型合成氨廠的需要,并為IGCC 發展做好基礎。參考文獻版社,1995.Research

13、and D evelopm en t of the Pressur ized A sh Agglom era ti ng Flu id izedBed Coa l Ga sif ica tion TechnologyW ang Yang(I n stitute of Coa l Che m istry ,Ch i nese Acade m y of Sc iences ,Ta iyuan 030001Abstract :T he gasificati on test of Fugu coal w as carried ou t on a p ressu rized ash agglom era

14、ting flu idized bed coal gasifier (0.2m in side diam eter ,1.5M Pa operating p ressu re ,3t 4t coal d .T he effects of p ressu re and temperatu re fo r coal th roughpu t ,carbon conversi on ,carbon con ten t in the ash ,compo siti on of raw gas etc .w ere investigated .A cco rding to the experi m en

15、 tal resu lts ,the gasificati on in ten sity p ropo rti on s to the 0.70.75pow er of operating p ressu re .T he h igh temperatu re moving bed de 2du sting experi m en t has also been done and the techno logy po ssib ility w as testified .Key words :coal gasificati on techno logy ;ash agglom erating

16、;research(上接第3頁I nvestiga tion of A sh Agglom era ti ng Flu id ized BedCoa l Ga sif ica tion TechnologyW ang L ey i(Cen ter of Shanx i Che m ica l I ndustry I nfor ma tion ,Ta iyuan 030001Abstract :W ith the investigati on of “A sh A gglom erating F lu idized Bed Coal Gasificati on ”techno logy ,the

17、 key featu res and advan tages of th is p rocess have been in troduced in th is paper .Som e comparison s w ith si m ilar techno logies have been done and the oppo rtun ity and con test th is techno logy faced w ith has also been described .It w as po in ted ou t that the indu strializati on of th is techno logy w ill be a great innovati