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  • 名称: 赤峰粉煤气化装置
  • 发布时间: 2016-02-20
  • 浏览次数: 266

一、背景技术:
目前,国内外煤气化技术按气化方式,主要分固定床块煤气化技术、循环流化床粉煤气化技术、气流床气化技术。
固定床(移动床)煤气化技术,其特点是块煤空气水蒸气造气;其优点是技术成熟、设备投资少,尤其是间歇式固定床煤气化不需要纯氧,用水蒸气和空气造气就可得到不含氮气的合成气;其缺点:煤灰中残碳含量高(10%~30%),煤种限制严,气化优质块煤,造成许多企业原料费用高,生产成本居高不下,其炉型主要有干法排灰的单段炉(GEGas、鲁奇、MERC等)、干法排灰的两段炉(ATC/Wellman、FW-stoic、鲁尔-100)、液态排渣固定床气化炉(BGG/Lurgi、GFETC),产生酚水有污染。
流化床粉煤气化技术,是用粉煤为原料,以氧气水蒸气为气化剂连续造气;其优点:直接用价格低廉的各种粉煤作原料、煤气生产能力适中、气化效率高、环境污染少、煤气生产成本低。其缺点:设备投资较高、飞灰量大且残碳含量高(20%~30%)、煤灰中残碳含量较高(5~15%)即有上吐下泻难题。主要炉型有温克尔气化炉、高温温克尔气化炉、CO2接受体气化、U-Gas灰熔聚流化床、西屋流化床气化、中科院山西煤化所灰熔聚流化床等。
气流床煤气化技术,其特点是细粉煤为原料,以氧气水蒸气为气化剂连续造气,液态排渣;其优点是煤气生产能力高、气化效率高、环境污染少、煤灰中残碳含量较高(2~7%)、煤气生产成本低;其缺点是:设备投资高、煤粉细度要求高,粉碎能耗高;反应温度高(1400℃左右)时间短(几秒)但进料煤粉不能预热,氧气耗量大,能量利用不合理,尤其水煤浆进料氧气耗量高,碳有效利用率较低;炉型主要有K-T煤气化、德士古煤气化法、两段气流床气化法,国内尚在研究。
这些煤气化方法根据用户不同的要求,采用不同的气化剂(如空气-水蒸气、氧气-水蒸汽、富氧-水蒸气)可生产不同热值和组分的煤气,作为燃料煤气、合成气和还原气以及氢气或联合循环发电。
北京巨星新能源科技有限公司针对上述现有技术的缺点,提供一种循环流化床和气流床为一体的粉煤分级气化技术,这一技术具有很多优点:一是利用褐煤和低变质烟煤、价格低廉;二是气化强度大;三是生产负荷调节灵活;四是运行稳定可靠、运转率高;五是仅以空气和蒸汽为气化剂,煤气热值高,基本上不含焦油;六是煤气生产成本较低,七是不产生酚水污染少,八是固态排渣结构简单等等。粉煤分级热解气化技术与循环流化床气化和气流床技术相比,既有共性,又有自身特点,主要表现在:
二、结构原理
一个设备同时具有气流床和循环流化床两部分,实现了煤的分级气化;通过设置分级分离器,使夹带半焦按粒度的不同进入不同的床层;其次气流床为切线进料,液体排渣。它避开了二者的缺点,使进料粒度像流化床要求一样宽,减少了破碎能耗;而气化效果像气流床一样生产能力高、气化效率高、可适应不同煤种、煤灰中残碳含量低、碳利用率高。
合成气中含有大量甲烷,热值高,适合于做燃气;气化强度大,设备体积小,单机产能大,操作简单,开停车方便,连续性好,煤种适应性强;实现了反应器内部分脱硫,简化了净化过程;气流床中生成的高温气和液态灰渣同时为循环流化床供热,液态灰渣转化为固体灰渣排出,排灰过程简单。
本发明采用如下技术方案:一种粉煤分级气化方法,步骤为:
小于6mm的合格粉煤和少量的石灰石等添加剂由备煤工段送至气化炉煤仓。煤料通过煤仓底部的3个螺旋加煤机送入气化炉的循环流化床的中部。空气或氧气和来自换热器的过热蒸汽混合作为气化剂和流化介质,从流化床底部的分布器进入循环流化床。入炉煤粉中在流化床中与快速流化的高温颗粒以及气化气掺混;较细颗粒煤粉向上流动、高温900—1000℃热解;较粗颗粒向下落入炉底,在沸腾状炉料中,气、固两相发生剧烈传质和传热,并发生燃烧反应和水煤气反应生成CO、H2、CO2等,石灰石作为脱硫剂脱除了煤气中的硫。密相段温度分布均匀,反应温度为900—1100℃,大大减少煤受热后快速热解产生的焦油、酚和轻油等,在床层高温条件下裂解主要生成CH4等小分子。其余入炉细粉和大颗粒因受热而裂解产生的小颗粒由反应气体携带离开密相段,在气化炉的上部形成稀相区,并在此处与二次风嘴喷入的二次旋转风进一步发生反应。引进二次风是为了使细颗粒中的碳继续反应和减少气体夹带量,高碳化合物进一步燃烧和裂解。因此,一般稀相段温度比密相段温度还要高一些。一级旋风分离器分离得到的半焦和灰经返料装置被水蒸气送回到循环流化床底部,二级旋风分离器分离得到的细粉经返料装置被水蒸气和空气切向带入气流床,螺旋式斜向下流动发生气化反应,液体熔渣和气体流入循环流化床。低含碳灰渣经由换热式螺旋出渣机排于密闭灰斗,定期排到炉底渣车,再倒运入渣仓,经短皮带送到临时储渣场。
 三、功能:
粉煤分级气化炉,是将煤转化成优质的工业煤气,实现煤的洁净燃烧,可用于烧锅炉,窑炉,冶金,冶炼,烘干,煤化工等。直接作为工业燃气,可代替燃油、天然气,其环保效果,完全达到国家规定的燃气排放标准,其用能费用远远低于燃油和燃天然气的价格。设备投资少,适用煤种广泛,建设煤气站灵活,易实现,用户容易接受。根据我国的能源资源结构是缺油,少气,富煤。粉煤分级气化技术及设备,是当前治理雾霾,以至于今后我国防止大气污染的最佳选择。
四、关键技术:
与循环流化床气化和气流床气化相比,粉煤循环流化床分级热解气化技术有三项重大改进。
1.气化炉有循环流化床和气流床组成,实现煤碳颗粒分级气化。
2.一级旋风器和返料装置与流化床下部相连,大中颗粒返回在经过1000℃循环气化。
3.气化炉出口的细微碳颗粒二级旋风分离器和返料装置与气化床相连,1300℃-1500℃高温气化形成液态排渣。
4.两床排渣汇到一处统一排出。
  五、项目创新点(应用、技术、结构、工艺和商务模式)
现有几种煤制气的方法,分别是固定床、流化床、气流床。固定床煤气化技术,是用块煤、空气水蒸汽作气化剂造气。其优点是:技术成熟、设备投资少。其缺点:煤灰中残炭含量高(10%-20%),煤种限制严,气化优质块煤,造成许多企业原料费用高,生产成本居高不下,其炉型主要有干法排灰的单段炉(GEGas、鲁奇、MERC等)、干法排灰的两段炉(ATC/Wellman、FW-stoic、鲁尔-100)、液态排渣固定床气化炉(BGG/Lurgi、GFETC),产生酚水有污染。
     流化床粉煤气化技术,是用粉煤为原料,以氧气水蒸气为气化剂连续造气。其优点:直接用价格低廉的各种粉煤做原料、煤气生产能力适中、气化效率高、环境污染少。其缺点:设备投资较高、上部出口飞灰量大且残炭含量高(20%-30%)、下部出口煤灰中夹带黑煤,即有上吐下泻问题。主要炉型有温克尔气化炉、恩德炉.
     气流床煤气化技术,是细粉煤为原料,以氧气水蒸气为气化剂连续造气,液态排渣。其优点是煤气生产能力高、气化效率高、环境污染少、煤灰中残炭含量低。其缺点是:设备投资高、煤粉细度要求高,粉碎能耗高;反应温度高(1400℃左右)时间短(几秒)但进料煤粉不能预热,氧气耗量大,能量利用不合理,尤其水煤浆进料氧气耗量高,碳有效利用率较低。炉型主要有K-T煤气化、德士古煤气化法,两段气流床气化法,国内尚在研究。
     针对上述现有技术的缺点,提供一种循环流化床的气流床为一体,气化强度大,生产符合调节灵活,运行稳定可靠、运转率高、降低煤气生产成本,不产生酚水的污染粉煤分级气化制取煤气的方法。
六、技术创新点:
1、流化床气化技术和气流床气化技术集于一身,实现了煤的分级气化。粉煤经过筛分颗粒6mm以下即可,不用过度粉碎,减少能耗。在气化过程中,自然分级,使夹带半焦按粒度不同进入不同的床层,流化床和气流床发挥各自的功能,使本气化炉在常压状态下,煤碳的转化率提高到96%以上。
2、常规恩德流化床气化炉,煤气热值为1000大卡左右,必须富氧气化才能满足工业燃料的要求。而粉煤分级气化炉,仅以空气和蒸汽为气化剂,不用上空分设备,不用富氧,煤气中甲烷含量就很高,煤气热值高1500大卡,完全满足了工业燃气的要求(1250大卡)。节约了千万元以上空分设备投资,且煤气成本相对较低。
3、在气化炉内焦油高温裂解气化,所以,不产生酚水,无污染。
4、一炉,两床,两相排渣,气流床的液体排渣,排到流化床的固体渣里,液体灰渣显热用于气化热,同时被冷却为固体渣,随同流化床底部一起排出。减少了高温灰排出,从而降低了热损。
七.技术难点。
1.常压流化床空气作气化剂煤气热值达到1250大卡以上的难点。
通常流化床空气作气化剂气化炉,下部是密相区,上部是稀相区,煤气热值最高1100大卡,达不到工业燃气的要求。为了解决这一难点,在流化床和气流床间转折点,设置设计了一个高低温颗粒碰撞区,改变气流速度,在绝氧状态下干流,使煤气中甲烷成分提高,使得煤气热值提高。
2.采用特殊颗粒分级器,分级碳粒,分别送往流化床和气流床进行气化。
3.精确的给两床送风量和各返料器的送风量。
本项目的粉煤分级气化的工艺是依据煤气化各个阶段的反应而开发的气化技术产品,本技术将粉煤和少量石灰石送入循环流化床生成煤气。气化生产的水煤气经过两级气固分离,第一级分离的高温粗半焦返回流化床继续反应;第二级分离的高温细半焦送到与流化床下部相连通,在气化剂的携带下切线进入气流床在1300-1500°C 下反应。气流床生成的热气上升进入循环流化床,为流化床气化提供热量;残渣成为液态从气流床下部排渣口高温进入底部一同排出,激冷换热后粉碎作为水泥原料。
  本项目所提供的粉煤分级气化工艺,依据煤的反应特性实现了粉煤不同条件下分阶段气化,气化效率高,煤炭中残碳含量低;气化强度大,设备体积小,钢材耗量低,固定资产投资降低;进料粒度要求低,不需要较多的破碎能耗;操作简单,开停车方便,连续性好,煤种适应性强;实现了内部分脱硫,简化了净化过程;残渣成为水泥,资源利用率高,消除了二次环境污染。
八、项目完成时主要技术指标
 1、实现流化床与气流床的结合,达到粉煤分级气化的目的
 2、焦油高温裂解,无酚水产生,无污染
 3、煤气热值达到1250大卡以上,达到工业用煤气热值。
 4、气化强度1吨/平方米
  5、煤气成本低廉
 6、安全可靠
 7、自动化程度高

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