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巨星案例展示
JUXING The case shows
 

  • 名稱: 赤峰粉煤氣化裝置
  • 發布時間: 2016-02-20
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一、背景技術:
目前,國內外煤氣化技術按氣化方式,主要分固定床塊煤氣化技術、循環流化床粉煤氣化技術、氣流床氣化技術。
固定床(移動床)煤氣化技術,其特點是塊煤空氣水蒸氣造氣;其優點是技術成熟、設備投資少,尤其是間歇式固定床煤氣化不需要純氧,用水蒸氣和空氣造氣就可得到不含氮氣的合成氣;其缺點:煤灰中殘碳含量高(10%~30%),煤種限制嚴,氣化優質塊煤,造成許多企業原料費用高,生產成本居高不下,其爐型主要有干法排灰的單段爐(GEGas、魯奇、MERC等)、干法排灰的兩段爐(ATC/Wellman、FW-stoic、魯爾-100)、液態排渣固定床氣化爐(BGG/Lurgi、GFETC),產生酚水有污染。
流化床粉煤氣化技術,是用粉煤為原料,以氧氣水蒸氣為氣化劑連續造氣;其優點:直接用價格低廉的各種粉煤作原料、煤氣生產能力適中、氣化效率高、環境污染少、煤氣生產成本低。其缺點:設備投資較高、飛灰量大且殘碳含量高(20%~30%)、煤灰中殘碳含量較高(5~15%)即有上吐下瀉難題。主要爐型有溫克爾氣化爐、高溫溫克爾氣化爐、CO2接受體氣化、U-Gas灰熔聚流化床、西屋流化床氣化、中科院山西煤化所灰熔聚流化床等。
氣流床煤氣化技術,其特點是細粉煤為原料,以氧氣水蒸氣為氣化劑連續造氣,液態排渣;其優點是煤氣生產能力高、氣化效率高、環境污染少、煤灰中殘碳含量較高(2~7%)、煤氣生產成本低;其缺點是:設備投資高、煤粉細度要求高,粉碎能耗高;反應溫度高(1400℃左右)時間短(幾秒)但進料煤粉不能預熱,氧氣耗量大,能量利用不合理,尤其水煤漿進料氧氣耗量高,碳有效利用率較低;爐型主要有K-T煤氣化、德士古煤氣化法、兩段氣流床氣化法,國內尚在研究。
這些煤氣化方法根據用戶不同的要求,采用不同的氣化劑(如空氣-水蒸氣、氧氣-水蒸汽、富氧-水蒸氣)可生產不同熱值和組分的煤氣,作為燃料煤氣、合成氣和還原氣以及氫氣或聯合循環發電。
北京巨星新能源科技有限公司針對上述現有技術的缺點,提供一種循環流化床和氣流床為一體的粉煤分級氣化技術,這一技術具有很多優點:一是利用褐煤和低變質煙煤、價格低廉;二是氣化強度大;三是生產負荷調節靈活;四是運行穩定可靠、運轉率高;五是僅以空氣和蒸汽為氣化劑,煤氣熱值高,基本上不含焦油;六是煤氣生產成本較低,七是不產生酚水污染少,八是固態排渣結構簡單等等。粉煤分級熱解氣化技術與循環流化床氣化和氣流床技術相比,既有共性,又有自身特點,主要表現在:
二、結構原理
一個設備同時具有氣流床和循環流化床兩部分,實現了煤的分級氣化;通過設置分級分離器,使夾帶半焦按粒度的不同進入不同的床層;其次氣流床為切線進料,液體排渣。它避開了二者的缺點,使進料粒度像流化床要求一樣寬,減少了破碎能耗;而氣化效果像氣流床一樣生產能力高、氣化效率高、可適應不同煤種、煤灰中殘碳含量低、碳利用率高。
合成氣中含有大量甲烷,熱值高,適合于做燃氣;氣化強度大,設備體積小,單機產能大,操作簡單,開停車方便,連續性好,煤種適應性強;實現了反應器內部分脫硫,簡化了凈化過程;氣流床中生成的高溫氣和液態灰渣同時為循環流化床供熱,液態灰渣轉化為固體灰渣排出,排灰過程簡單。
本發明采用如下技術方案:一種粉煤分級氣化方法,步驟為:
小于6mm的合格粉煤和少量的石灰石等添加劑由備煤工段送至氣化爐煤倉。煤料通過煤倉底部的3個螺旋加煤機送入氣化爐的循環流化床的中部??諝饣蜓鯕夂蛠碜該Q熱器的過熱蒸汽混合作為氣化劑和流化介質,從流化床底部的分布器進入循環流化床。入爐煤粉中在流化床中與快速流化的高溫顆粒以及氣化氣摻混;較細顆粒煤粉向上流動、高溫900—1000℃熱解;較粗顆粒向下落入爐底,在沸騰狀爐料中,氣、固兩相發生劇烈傳質和傳熱,并發生燃燒反應和水煤氣反應生成CO、H2、CO2等,石灰石作為脫硫劑脫除了煤氣中的硫。密相段溫度分布均勻,反應溫度為900—1100℃,大大減少煤受熱后快速熱解產生的焦油、酚和輕油等,在床層高溫條件下裂解主要生成CH4等小分子。其余入爐細粉和大顆粒因受熱而裂解產生的小顆粒由反應氣體攜帶離開密相段,在氣化爐的上部形成稀相區,并在此處與二次風嘴噴入的二次旋轉風進一步發生反應。引進二次風是為了使細顆粒中的碳繼續反應和減少氣體夾帶量,高碳化合物進一步燃燒和裂解。因此,一般稀相段溫度比密相段溫度還要高一些。一級旋風分離器分離得到的半焦和灰經返料裝置被水蒸氣送回到循環流化床底部,二級旋風分離器分離得到的細粉經返料裝置被水蒸氣和空氣切向帶入氣流床,螺旋式斜向下流動發生氣化反應,液體熔渣和氣體流入循環流化床。低含碳灰渣經由換熱式螺旋出渣機排于密閉灰斗,定期排到爐底渣車,再倒運入渣倉,經短皮帶送到臨時儲渣場。
 三、功能:
粉煤分級氣化爐,是將煤轉化成優質的工業煤氣,實現煤的潔凈燃燒,可用于燒鍋爐,窯爐,冶金,冶煉,烘干,煤化工等。直接作為工業燃氣,可代替燃油、天然氣,其環保效果,完全達到國家規定的燃氣排放標準,其用能費用遠遠低于燃油和燃天然氣的價格。設備投資少,適用煤種廣泛,建設煤氣站靈活,易實現,用戶容易接受。根據我國的能源資源結構是缺油,少氣,富煤。粉煤分級氣化技術及設備,是當前治理霧霾,以至于今后我國防止大氣污染的最佳選擇。
四、關鍵技術:
與循環流化床氣化和氣流床氣化相比,粉煤循環流化床分級熱解氣化技術有三項重大改進。
1.氣化爐有循環流化床和氣流床組成,實現煤碳顆粒分級氣化。
2.一級旋風器和返料裝置與流化床下部相連,大中顆粒返回在經過1000℃循環氣化。
3.氣化爐出口的細微碳顆粒二級旋風分離器和返料裝置與氣化床相連,1300℃-1500℃高溫氣化形成液態排渣。
4.兩床排渣匯到一處統一排出。
  五、項目創新點(應用、技術、結構、工藝和商務模式)
現有幾種煤制氣的方法,分別是固定床、流化床、氣流床。固定床煤氣化技術,是用塊煤、空氣水蒸汽作氣化劑造氣。其優點是:技術成熟、設備投資少。其缺點:煤灰中殘炭含量高(10%-20%),煤種限制嚴,氣化優質塊煤,造成許多企業原料費用高,生產成本居高不下,其爐型主要有干法排灰的單段爐(GEGas、魯奇、MERC等)、干法排灰的兩段爐(ATC/Wellman、FW-stoic、魯爾-100)、液態排渣固定床氣化爐(BGG/Lurgi、GFETC),產生酚水有污染。
     流化床粉煤氣化技術,是用粉煤為原料,以氧氣水蒸氣為氣化劑連續造氣。其優點:直接用價格低廉的各種粉煤做原料、煤氣生產能力適中、氣化效率高、環境污染少。其缺點:設備投資較高、上部出口飛灰量大且殘炭含量高(20%-30%)、下部出口煤灰中夾帶黑煤,即有上吐下瀉問題。主要爐型有溫克爾氣化爐、恩德爐.
     氣流床煤氣化技術,是細粉煤為原料,以氧氣水蒸氣為氣化劑連續造氣,液態排渣。其優點是煤氣生產能力高、氣化效率高、環境污染少、煤灰中殘炭含量低。其缺點是:設備投資高、煤粉細度要求高,粉碎能耗高;反應溫度高(1400℃左右)時間短(幾秒)但進料煤粉不能預熱,氧氣耗量大,能量利用不合理,尤其水煤漿進料氧氣耗量高,碳有效利用率較低。爐型主要有K-T煤氣化、德士古煤氣化法,兩段氣流床氣化法,國內尚在研究。
     針對上述現有技術的缺點,提供一種循環流化床的氣流床為一體,氣化強度大,生產符合調節靈活,運行穩定可靠、運轉率高、降低煤氣生產成本,不產生酚水的污染粉煤分級氣化制取煤氣的方法。
六、技術創新點:
1、流化床氣化技術和氣流床氣化技術集于一身,實現了煤的分級氣化。粉煤經過篩分顆粒6mm以下即可,不用過度粉碎,減少能耗。在氣化過程中,自然分級,使夾帶半焦按粒度不同進入不同的床層,流化床和氣流床發揮各自的功能,使本氣化爐在常壓狀態下,煤碳的轉化率提高到96%以上。
2、常規恩德流化床氣化爐,煤氣熱值為1000大卡左右,必須富氧氣化才能滿足工業燃料的要求。而粉煤分級氣化爐,僅以空氣和蒸汽為氣化劑,不用上空分設備,不用富氧,煤氣中甲烷含量就很高,煤氣熱值高1500大卡,完全滿足了工業燃氣的要求(1250大卡)。節約了千萬元以上空分設備投資,且煤氣成本相對較低。
3、在氣化爐內焦油高溫裂解氣化,所以,不產生酚水,無污染。
4、一爐,兩床,兩相排渣,氣流床的液體排渣,排到流化床的固體渣里,液體灰渣顯熱用于氣化熱,同時被冷卻為固體渣,隨同流化床底部一起排出。減少了高溫灰排出,從而降低了熱損。
七.技術難點。
1.常壓流化床空氣作氣化劑煤氣熱值達到1250大卡以上的難點。
通常流化床空氣作氣化劑氣化爐,下部是密相區,上部是稀相區,煤氣熱值最高1100大卡,達不到工業燃氣的要求。為了解決這一難點,在流化床和氣流床間轉折點,設置設計了一個高低溫顆粒碰撞區,改變氣流速度,在絕氧狀態下干流,使煤氣中甲烷成分提高,使得煤氣熱值提高。
2.采用特殊顆粒分級器,分級碳粒,分別送往流化床和氣流床進行氣化。
3.精確的給兩床送風量和各返料器的送風量。
本項目的粉煤分級氣化的工藝是依據煤氣化各個階段的反應而開發的氣化技術產品,本技術將粉煤和少量石灰石送入循環流化床生成煤氣。氣化生產的水煤氣經過兩級氣固分離,第一級分離的高溫粗半焦返回流化床繼續反應;第二級分離的高溫細半焦送到與流化床下部相連通,在氣化劑的攜帶下切線進入氣流床在1300-1500°C 下反應。氣流床生成的熱氣上升進入循環流化床,為流化床氣化提供熱量;殘渣成為液態從氣流床下部排渣口高溫進入底部一同排出,激冷換熱后粉碎作為水泥原料。
  本項目所提供的粉煤分級氣化工藝,依據煤的反應特性實現了粉煤不同條件下分階段氣化,氣化效率高,煤炭中殘碳含量低;氣化強度大,設備體積小,鋼材耗量低,固定資產投資降低;進料粒度要求低,不需要較多的破碎能耗;操作簡單,開停車方便,連續性好,煤種適應性強;實現了內部分脫硫,簡化了凈化過程;殘渣成為水泥,資源利用率高,消除了二次環境污染。
八、項目完成時主要技術指標
 1、實現流化床與氣流床的結合,達到粉煤分級氣化的目的
 2、焦油高溫裂解,無酚水產生,無污染
 3、煤氣熱值達到1250大卡以上,達到工業用煤氣熱值。
 4、氣化強度1噸/平方米
  5、煤氣成本低廉
 6、安全可靠
 7、自動化程度高

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