PRENFLO加压气流床气化炉的开发及应用

第21卷.第5期煤气与热力439●文章编号:1000- 441( 2001 )05 - 0439 - 04PRENFLO加压气流床气化炉的开发及应用步学朋彭万旺徐振刚.(煤炭科学研究总院北京煤化学研究所北京100013 )摘要介绍了PRENELO加压气流床气化炉开发过程的4个阶段即K_ T气化炉、ShellKoppers气化炉、48 l/d的PRENFIO示范装置及2 600 Vd的用于Iccc的PRENFLO工业示范装置。介绍了PRENFIO ICCC示范电厂的运行情况。关键词煤炭气化加压气流床;PRENFLO气化炉;accc中图分类号:TU996 ;TQ546文献标识码:A1弓言2.1 常压K-T气化炉20世纪40年代开发了常压煤粉气流床气化煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一,它广炉简称K-T炉它是最早得到商业应用的气流床泛应用于机械、陶瓷冶金等行业及化工合成生产,气化炉。自1950 年在芬兰建成第-座商业化工厂用于联合循环发电- ICCC、IGFC及获得氢能等。目生产合成氨以来,该工艺得到了广泛的商业应用。前煤炭气化以提高碳转化率、冷煤气效率降低气化有一段时间在国外的煤基合成氨生产中90 %以过程的氧耗及煤耗为目标并向加压及液态排渣、大上气化工艺采用了K-T技术,世界上计有18个国型化等方向发展，从而达到改善环境及降低产品成家的20家工厂先后使用了77台K-T气化炉1]主本的目的。加压气流床气化技术是国内外优先发展要用于工业合成氨、甲醇、制氢或做燃料气。K-T方向之一。气流床气化技术有如下特点①能够气炉的数据表明2] 其气化效率较高,C0+ H2产率高.化任何变质程度的煤及煤的加氢残渣、石油焦等②达90%但因常压操作其经济性和操作方面尚存由于使用颗粒很细的煤粉及使用纯氧在加压下气在一些不足。化大大加快了气化反应速度,使气化强度高、碳转2.2 Shell - Koppers气化炉化率高③气化过程反应温度高,产品煤气中不含加压型式的K-T工艺于1975 年在荷兰建成加焦油和酚类物质;④其缺点则是氧耗高需设置磨煤量6Vd的实验装置共试验20种煤。1978 年在粉、显热回收及除尘等较庞大的辅助装置。已工业前西德建设了-座能力为150 V/d煤的Shell _ Kop-化或正在示范的加压气流床气化技术包括湿法加料pers 中试装置操作压力为3.0 MP{3-6。Shell-的Texaco.Testee和干法加料的ShellPRENFLO及Koppers炉工艺主要特点是采用密封料斗法加煤装GSP等。PRENFLO 气化炉的发展先后经历了K- T置和煤粉浓相输送 气化炉采用冷壁结构。Shell -气化炉、Shell - Koppers气化炉、48 V/d的Prenflo示范Koppers炉于1981年中期结束运转累计操作6 000.装置和2 600 Vd的用于ICCC的PRENFIO工业示多小时。后来开发了干法加料气化工艺,目前已建范装置4个阶段。下面分别予以简单介绍。立IGCC示范电厂。2.中国煤化工试验装置2发展过程MHCNMHG基金项目国家九五攻关97-A26-02-02-05作者简介步学服1965- )男山东招选人高级工程师硕士从事煤炭转化技术的研究工作。440.步学朋等:PRENFLO加压气流床气化炉的开发及应用*2001年10月水|直华包饩C中废热回收荔汽发生器(门=发电机.中煤粉丫元|t中冷发器碱昌收内瓷过滤器循环气__00烘煤气调整处水一血-.酸性休”(密)奥氧室速t空“(分离单元淡图时-- D≈燃[轮机图1 ICCC流程表148t/d PRENFLO示范装置试验结果17]为减少每次试验所需费用于1985 年开始在德国建煤样德国美国哥伦比亚 西班牙D德国设一套48t/d的示范装置于1986年建成并正式C人wt% mf)48.877.175.661.0 74.4定名为PRENFLO( Pressurized entrained flow gasificationH人wt% mf)3.34.73.65.0的缩写)气化法,当年8月投入运转11。s( wt% mf)1.22.40.92.8.1.0示范装置运行的主要目的是确定长期试验设备N( wt% mf)1.1.6部件在连续操作条件下的运转性能、可用性和耐久0( wt% mf)6.95.59.74.89.2a(wt% mt)0.1性。作为这个计划的一部分将完成从不同地质区A(wt% mf)38.68.37.8 26.6 8. 7域得到的煤样的测试。为了评价提高碳转化率的经Q( MJ/kg mf )19. 8231.8830.09 24.35 30.03济性飞灰的再循环也是试验的一部分。氧气纯度/ %98.4899.58790该试验装置1986~ 1987年累计运行1 920h最粗煤气( % mf)CO24.443.732.63 3.42 1 .90长连续运行247 h。其后试验至1988 年底运行了CO63.9859.59 65.61 60.02 58.33约7000 h。先后在实验室及PRENFLO气化装置中H224.4326.00 25.42 19.62 26.18做过世界各地的120余种不同变质程度的煤,试验惰性气③6.579.966.0915.8513.32H2S+ CoS0.580.720.251.09 0.27结果表明,该装置几乎可以气化任何煤种。表1给煤耗< kg maf)480495518474出几种煤的曲刑气化结里可见PRENFLO气化法的碳转化率/ %99.3999.199.699.3气化中国煤化工%以上热效率95 %冷煤气效率/% 75.677.578.981.8左右。CN MH G化法相比,干粉加料热效率/ %9:94①氮气做输送气②煤与石油焦混合物③飞灰循环。的冷煤气效率要高3 %~ 10 %而煤气中的有效成分CO+ H2高约10 %另外PRENFLO气化法的氧耗从1981年在原有气化炉及工艺开发的基础上,相对也较低显示了该气化方法的优越性。第21卷第5期煤气与热力441.3300 MW IGCC示范厂及工艺中心圆筒.上升至气化炉顶部然后折转向下，从中心圆筒与炉壁间的环形对流冷却区域由第1级冷却器3.1 PRENFLO 的IGCC示范电厂流程的底部即气化炉腰部)离开进入第2级对流冷却1992年用PRENFLO加压气流床气化技术在西器。第1级冷却器的环形冷却区布置有4层螺旋管班牙建ICCC示范电厂,其单 台气化炉的气化能力换热器热煤气在管外流动,水在管内流动并产生为2600t/d是目前世界上单台能力最大的加压气高压饱和蒸汽。第2级冷却器内部也布置螺旋管,流床气化炉。煤炭气化联合循环电厂比传统燃煤电但层数不同煤气出口温度降至约250 C。厂效率提高并降低污染图1为IGCC的流程图。(4)除尘和~飞灰再循环系统。冷却至约250C3.2 PRENFLO气化工艺的特点的粗煤气进入陶瓷过滤器进一步除尘后再进文丘IGCC电厂工艺流程包括空气分离、煤炭气化、里洗涤器冷却除尘,使煤气降至常温及灰尘含量小煤气净化及硫回收、煤气及蒸汽联合发电等单元。于1 mg/m3然后进入脱硫系统。过滤器收集的飞( 1)空气分离单元。目的是将来自燃气透平的灰经锁斗用氮气送回气化炉,以提高碳的转化率。压缩空气进行分离，得到氧气和氮气氧气去气化炉(5)煤气脱硫及硫回收。降温除尘后的煤气先做气化剂氮气- -部分用于煤粉气流输送另-部分对有机硫COS加氢将其转化成H2S然后用MEDA用于燃气透平前稀释洁净煤气。法进行吸收煤气中的H2S解吸后的含H2S气进入( 2 )制粉和输送系统。PRENFLO 气化炉采用干克劳斯工艺处理并得到硫磺。法进料系统煤在喷入气化炉之前，,首 先需要在干燥(6 )联合发电。净化后的煤气用水蒸气饱和及和粉碎系统中处理。对制粉系统的要求是:对烟煤氮气稀释,以降低煤气热值，从而达到降低燃烧时火的含水量要求小于2%(wt)90%的煤粉粒度小于焰温度的目的减少NO,的生成量。煤气燃烧产生100 pum对于褐煤的含水量要求小于6 %( wt),75%高温烟气并带动燃气轮机发电排出的高温烟气去煤粉粒度小于100 pumo合格的煤粉是用纯氮气进废热锅炉回收烟气中的显热以产生蒸汽降温后的行输送的。首先进入常压的煤粉旋风器,使煤粉与烟气经烟囱排入大气。气化炉及煤气冷却器、废热N2气分离。煤粉进入闸式煤粉料斗,而N2通过过锅炉产生的高、中、低压蒸汽汇集去蒸汽轮机发电。滤器后放空。此后,向闸式煤粉料斗充高压N2气，3.3 PRENFLO的 IGCC电厂主要技术参数将煤粉压入煤粉进料斗中然后按严格的计量关系,气化原料计划使用50 %当地高灰煤和50 %高由N2气将煤粉送到喷嘴中。当 闸式煤粉料斗中的硫石油焦其混合物在48 tl/d 的PRENFLO气化炉试煤粉用尽后,可使之泄压再重新加煤粉。验数据见表1表2为IGCC示范电厂的主要技术指(3 )气化炉和煤气冷却。PRENFLO气化炉有4标8]。个燃烧器喷嘴),从给料系统来的煤粉与氧气和水3.4 PRENFLO 气化工艺IGCC运行情况蒸气-起喷入气化炉进行反应先脱挥发分及挥发西班牙Puetollan IGCC电站于1996 年用天然气分燃烧温度约1 500 C ,火焰中心温度高达2 000对燃气透平点火联合循环装置试车完成。1997 年C。然后进入半焦反应区。由于温度很高,因此产12月开始用煤制气,1998年3月燃气透平开始用生的粗煤气中不含高碳氢化合物、焦油及酚。反应煤气发电。但由于一些较严重的问题如燃气透平对区域的炉衬通过水冷壁来冷却,同时可产生中压饱煤气的适应性及加煤系统和熔渣排除系统的问题,和蒸汽。从气化反应区排出的液态渣,在集渣器的使整个工艺整体操作时间后推。经改进,1998年10水槽中冷却并用碎渣机破碎大渣经过闸门式锁斗月获得了煤气燃烧的稳定操作,截止1998年9月,排出并与水分离渣被送入渣场水经处理后循环最长中国煤化工时的负荷为80%气使用。粗煤气在进入气化炉上部的煤气冷却器之化炉MHCNMH G有在100 %负荷运行前采用除尘后的冷煤气对热煤气进行激冷,目的是记录。初步试验表明,50 %煤和50 %石油焦混烧迫使热煤气中夹带的熔融态灰渣凝固,以防止灰渣时的实际运行数据与设计值非常接近910]。据介粘结在废热锅炉的管壁上。被激冷的煤气继续上升绍到1999年12月初,PRENFLO的IGCC示范电「进入第1级煤气冷却器(锅炉)煤气先从冷却器的已运行了近2000h在气化炉负荷约为93 %时发442●步学朋等:PRENFLO加压气流床气化炉的开发及应用*2001年10月电量大于310 MW联合循环率为52 %。1根回流氮气管 ,由于管径设计太小使氮气排气不.畅导致煤粉下落不连续。解决的办法是在回流管上表2 ICCC 示范电厂的主要技术指标与参数增加了1个文丘里抽气器,以提高氮气回流的速度,数值从而使排气畅通煤粉下落连续而均匀。气化煤量( v/d)2 600(3 )气化出现过因细渣太多而导致黑水含渣量产气量( m2/h)180 000大造成黑水系统磨损堵塞的问题。解决的办法是气化炉操作压力/MPa2.0采取过滤将黑水中的细渣除去。主t煤气热值( MJ/m? )10.6供氧量( m2/h)70 000技f供制氧压缩空气量( m2/h)300 000参考文献:术F供制氧压缩空气压力/MPa1.6气化炉直径/m气化炉总高度/m15[1] KRUPP KOPPERS公司.煤的气化科学报告会-技术介绍[ C]示.其中:气化炉高度/m5北京:1987 .锅炉高度/m30[2]沙兴中,杨南星.煤的气化及应用[ M]上海:华东理工大学气化炉喷嘴/个出版社,1995. 253- 254.高纯度硫磺产量( t/d)77[3]沈余生.煤炭气化联合循环发电介绍[J]煤气与热力,990 ,总功率/MW335主10(1):-10.要.|.燃气轮机功率/MW190[4] 步学朋,戢绪国,彭万旺等. Shell加压煤粉气流床气化技术支F蒸汽轮机功率/MW45的开发和应用J]洁净煤技术,1997 ,3(1)42 -46.术t净输出功率/MW300[5]徐振刚.加压气流床煤气化技术及其在中国的发展A].第二①设计50% Putollano煤,参|燃料届洁净煤技术国际研讨会论文集, 中文附集[C].北京:1999 ,50%石油焦②其它烟煤不净供电效率/%电厂排放[6] 王旭宾.联合循环发电制气工艺的介绍[J]煤气与热力,350 - 355.污染物竟|s0(6 %02 )( mg/m' )<251998 ,18( 1):- 10.参NO(6 %O2 )( mg/m2 )< 150[7] 焦树建.烧煤的燃气-蒸汽联合循环装置[ M]北京:清华大悬浮灰尘/( mg/m3 )学出版社, 1994. 141- 150.[8]曹征彦中国洁净煤技术[ M]北京:中国物资出版社,1998.. 3.5 IGCC电站的问题408 -412.在Pouertollano IGCC电站中曾出现过下述几个[9]许世森, 危师让.国外4座大型ICCC电站的煤气化工艺[ J]中国电力1999 328)60- 65.问题910]:[10] Jacquet L , Zhou Wei. EDF" s Expenience in the field of dean coal( 1 )用煤气或天然气切换煤气后燃气透平的燃power plant[ A ] Proceedings of Second Intemational Symposium on烧喷嘴有杂音,目前已解决。Clean Coal Technolog[ C ]. Beiing : China Coal Industry Publishing(2 )压力供料锁斗下粉不畅。在2级锁斗间有House , 1999. 704-713.Development and Application of PRENFLO PressurizedEntrained - bed GasifierBU Xue- peng , PENG Wan- wang ,XU Zhen - gang( Bejing Research Institute of Coal Chemitry , China Coal Reseurch Jnstitte . Reiinm 100013 , China )中国煤化工Abstract : The four developing stages of Prenflo pressurized entraineJYHc N M H Gtroduced in this pape.These are K - T gasifier , Shell - Koppers gasifier ,48 t/d Prenflo demonstration gasifier and 2600 t/ d Prenflo industrialdemonstration gasifier in Spain IGCC power plant. The present situation of Prenflo ICCC demonstration power plant is alsointroduced .Key words : coal gasification ; presurzed entrained - bed gasifier ; Prenflo ; IGCC