粉煤加压气化小型试验研究

第19卷第6期热能动力工程 Vol.19,No.62004年11月 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWERNov.,2004文章编号:1001-206020046-0579-03粉煤加压气化小型试验研究任永强许世森2夏军仓2朱鸿昌2(1.西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安7100492.西安热工研究院有限公司,陕西西安710032摘要煤气化技术是燃煤联合循环发电、煤化工、综合利用干粉加压气化试验装置的工艺流程如图1所系统近零排放系统中的核心技术。干煤粉加压氧气气化技示。术是煤气化技术发展的一个主流方向。介绍了国电热工研究院的干煤粉加压气化试验系统以及干煤粉加压气化试验研究的过程和结果。试验结果达到了预期的目的得到干煤粉加压气化过程的规律并验证了试验系统在高压下的稳定性。化学软水关键词煤气化汽流床IGCC法进料取样口中图分类号TQ546.2文献标识码A丢火炬1引言自来水10污水渣水煤气化技术是燃煤联合循环发电、煤化工、煤制油及其它煤基、近零排放系统的核心技术。煤气化6-计量泵;7-蒸汽发生器8-氮气冲罐9气缓冲中罐1-煤粉仓2-变压;3-加压:4螺旋输送机5气10-电动往复泵11-喷嘴;12-气化炉13-汽液分离器方式可分固定床、流化床和气流床3种1。气流床14-焦炭过滤器气化是用极细的粉煤为原料干煤粉或制成的水煤浆)被氧气和水蒸气组成的气化剂高速气流携带,喷入气化炉2]气化的过程。其中干煤粉加压氧气气图1干煤粉加压气化试验装置的工艺流程化工艺具有煤种的适应性广、冷煤气效率和热煤气效率以及碳的转化率都很高、适于开发单炉容量大含水量低于1%、粒度85%小于200目的粉煤的气化炉等特点3】是煤气化工艺技术的发展方向。储于常压煤粉仓靠重力落入变压煤仓变压仓用到了20世纪90年代后期随着CC洁净煤发N2充压充到与加压仓压力相等或略大时粉煤落电技术的推广应用国电热工研究院建立了国内第入加压仓由此用螺旋输送机定量送出被N2吹送一套干煤粉加压气化特性试验装置并进行了试验研入气化炉。试验用O2经缓冲罐稳压后送往燃烧器究。该装置的气化能力为每小时10~20kg煤粉压外套管。化学软水经计量泵升压在电加热器内蒸力为3.0Ma研究的目的是积累中国主要动力煤发成过热蒸汽,与氧气混合后进入燃烧器外套管。在干粉气化状态下的气化数据库形成一套干煤粉粉煤、氧气、水蒸气在燃烧器出口处着火并进行气流加压气化评价方法。式火焰反应,生成以CO和H2为主的粗合成气,气化炉燃烧室排出的高温气体和熔渣在气化炉内从2干粉加压气化试验流程简介上向下进入激冷室被激冷环喷出的激冷水激冷后,下降到激冷室的水浴直接与水接触冷却熔渣迅速固化工艺气被水饱和并由位于激冷室上部的煤气收稿日期2004-02-25;修订日期2004-03-31580热能动力工程2004年口引出送往煤气净化系统因为煤气中含有飞灰,经气液分离器用水进一步润湿洗涤除尘、分离除3气化试验研究去残余的飞灰后将湿煤气分离出来再经焦炭过滤3.1气化试验原始参数器干燥、过滤根据需要送到取样口或排入大气在3.1.1气化压力的选定激冷室生成的灰渣留在水池中绝大部分迅速沉淀气化压力选定为0.5~2.0MPa从中选择几个并定期排出炉外混在黑水中的细灰在气液分离器最有代表性的点。压力测点设在气液分离器顶部,经沉降下部通过液位控制器自动排出界外。自来该处离反应区最近最具有代表性气化反应区不能水用高压水泵升压后送入气化炉急冷室。在干煤粉加压气化试验装置中,气化炉是关键直接测压3.1.2试验煤种设备其结构如图2所示。本研究选用3种煤甘肃华亭煤、山东兖矿北宿煤和杨庄煤。其中山东兖矿北宿煤和杨庄煤分别是中国IGCC示范电站的设计煤种和校核煤种。这3种煤的煤质分析如表1所示。表13种煤煤质分析煤种华亭煤北宿煤杨庄煤收到基全水分Mar/%7.306.9工干燥基水分Mad/%5.743.742.54业干燥基灰分Aad/%10.6910.7713.99析干燥无灰基挥发分af/%39.6844.3845.25低位发热量Qnet/kkg241802668025840收到基碳Car/%63.6867.0064.08急冷水人口煤气和污水出口元收到基氢Har/%4.284.394.15素收到基氧Oar/%14.396.455.74析收到基氮Nar/%0.701.121.10收到基硫Sar/%0.523.384.36灰变形温度DT/℃119010801080熔软化温度ST/℃127011201110点流动温度FT/℃131011501170图2气化炉结构示意图3.2气化工艺条件选择3.2.1炉温气化炉是内衬耐火材料的压力容器,又是气化为保证气化炉顺利排渣和求取较好的气化指装置的核心设备。它有一个整体的钢制承压外壳,标气化炉应在高于灰熔点的温度下操作。根据国上部为燃烧室炉内衬四层耐火材料。这些耐火材内外气流床气化操作经验炉内温度应比灰渣流动料用以保护气化炉壳体不受燃烧高温反应的影响,温度(FT高故将这3种煤的热态试验的操作温度向火面耐火材料选用高铬材料以适应工艺过程对控制在1350~1400℃。几次热态试验表明在该炉耐火材料的苛刻要求。燃烧室直接与激冷室相连,温下操作可达到顺利排渣和追求较为理想的气化指激冷环置于燃烧室下部激冷水从激冷环喷出既激标。在投煤量、汽煤比基本不变的情况下调节入炉冷了高温介质也保护了金属部件激冷室下部充氧量来控制炉温。满激冷水从燃烧室出来的煤气夹带熔渣经过激冷另外由于本试验采用的气化炉用耐火砖砌成,环被喷出的激冷水淬冷熔渣凝结成固态渣沉积为保证其使用寿命操作温度不能设置太高即超过在水池中。煤气通过激冷水室由导气管通往煤气1400℃)故在本实验中将气化炉炉温设置为一个出口定值来进行试验。节比第6期任永强等粉煤加压气化小型试验研究581比为0.3重量比)左右。在气化别的煤种时如为低挥发分烟煤或褐煤时将适应调节这个比例。4结果与讨论3.2.3入炉煤量综合供氧能力和气化炉容积等因素气化炉设(1)通过试验得到了干煤粉加压气化过程的计投煤量为10~20kg/h规律在高温、高压下气化反应比较剧烈气化反应夹带粉煤的氮气不宜过高固气比为8~10kg/强度大液态排渣干煤气中有效气体成分比较高,m3这与国外大型装置的15kg/m还有较大差距这冷煤气效率和碳转化率均比水煤浆进料高。是由于试验规模太小所决定的。(2)从试验结果可以看出这3种煤均可以作3.3数据采集及处理为干煤粉加压气化的原料,煤气有效成分(CO+3.3.1数据采集H2)碳转化率和冷煤气效率均为华亭煤较高这说(1)气相明华亭煤是比较容易气化的煤种北宿煤和杨庄煤粉煤气化的特点是气流床瞬间反应,一般当点略差。火1h数据就趋稳定,试验中用气相色谱定期分析(3)煤气产率三者相差不多,北宿煤的最高。气体成分(CO2、O2、CO、H2、CH4、N2),H2S和COS未这是因为北宿煤中碳元素含量较多作分析根据硫平衡质量守衡)来进行计算(4)华亭煤的比氧耗略低北宿煤的比氧耗略(2)渣样高。这是因为华亭煤中氧元素含量较多。停车后称重测定含水量、渣中含碳量,从而求经过三年研究工作,干煤粉加压气化试验已基得炉底渣中含碳量或称碳损失。本达到了预期目标。在试验工作中应注意:(3)污水样(1)干煤粉加压小试气化试验中输煤系统是在运行中测量污水流量取污水样,停车后测定关键要注意煤粉的湿度如果湿度较大则容易产污水含尘飞灰量,飞灰含碳量计算出污水中碳损生架桥从而发生断煤现象同时要注意煤粉的粒度失。问题由于输送管较细如果粒度过粗则容易发生3.3.2数据处理堵塞现象。如果是中试则估计不会发生输送管堵塞(1)煤气流量根据煤气流量计来确定。问题。(2)碳转化率根据碳损失计算:(2)由于该气化系统气化能力较小因气化炉碳转化率(%)入炉碳-渣中碳-污水中碳较小而热损失较大所以气化指标不是很理想。如入炉碳果在中试试验中这些问题都可以解决。100%(3)试验过程中气化炉运转较平稳排渣比较3.4主要试验数据流畅。本试验采用渣平衡反推碳转化率和煤气产在压力为2.0MPa下各种煤气化后的干煤气率虽有误差但变化趋势比较稳定成分如表2所示。参考文献:表2不同煤种的气化结果煤种[1]吴宗鑫陈文颖.以煤为主多元化的清洁能源战略[M]北京:华亭煤北宿煤杨庄煤清华大学出版社2001.煤气成分/%C55.152.251.82】王同章煤炭气化原理与设备[M]北京机械工业出版社,H32.532.631.82001 CO26.26.97.2[3]焦树建整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电( IGCC]北 N26.17.37.9京中国电力出版社1996 CH0.10.10.1碳转化率/%h2+cos96.94]张东亮许世森煤气化工艺的发展概况及在IGCC中的应用J]煤化工20012(1):10-12.煤气产率/m3kg干)1.982.182.06冷煤气效率(LHV%80.177.174.6比氧耗/m3kmC+H2)312338351比煤耗/kkm(o+h2)567541581