HT-L气化炉的煤气化特性研究

研究探讨煤炭工程2010年第1期HT-L气化炉的煤气化特性研究马涛,吕彦力,周丹(郑州轻工业学院机电工程学院,郑州450002摘要:详细介绍了国内首套拥有自主知识产权的HT-L粉煤气化炉的气化特点,具有煤种适用广、碳转化率高、对环境污染小及投资运行费用低等优点。对濮阳龙宇的HT-L粉煤气化炉进行特性研究,通过实验数据分析可知,随着气化炉溫度升高,有效气(H2+CO)含量降低,CO2含量有所增加,CH4和HCN含量逐渐减少。关键词:HT-L气化炉,粉煤气化,蒸汽煤比,氧气煤比,气化温度中图分类号:TQ051文献标识码:B文章编号:1671-0959(2010)01408603Research on coal gasification features of HT-L gasifierMA Tao. LV Lan-li, ZHOU Dan( School of Electromechanical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)Abstract: The paper introduced the gasification features of the domestic first set HT-L pulverized coal gasifier with theproprietary intellectual property rights. The pulverized coal gasifier had the advantages of wide different coal applicationhigh carbon conversion rate, low environment pollution and low investment and operation cost. The paper had a study onthe features of the HT-L pulverized coal gasifier in Longyu, Puyang. The test data showed that with the temperature ofthe gasifier increased, the effective gas content(H,+CO)would be reduced, the CO, content would be increased and theCH and HCN contents would be steadily reduced.Keywords: HT-L gasifier; pulverized coal gasification; steam coal ratio; oxygen - coal ratio; gasificationHT-L粉煤加压气化技术造气炉是由中国航天科技集床煤气化炉。其具有煤种适应范围广,碳转化率高的特点。团公司北京航天动力研究所研制成功的,是中国首套拥有2)采用干煤粉进料,严格控制进料煤粉的水份含量。自主知识产权的新型气化装置,吸收了当今世界两大先进于法粉煤加压气化技术是种较先进的煤气化技术,采用煤气化技术的优点,由于是在国内气化系统中首次采用此纯氧和蒸汽气化,干煤粉进料。湿法料浆加压气化是用各项新技术,因此它被称为“中国航天第一炉”。种含碳的固体物料加入水和添加剂,磨制成不同的料浆濮阳龙宇采用首套具有国内自主知识产权的HT-L粉用泵加压后喷入气化炉与氧气进行部分氧化反应,制取合煤加压纯氧制气技术,停掉煤制甲醇10万va的固定床层常成气,料浆入炉约35%的水份要进行气化,煤耗和氧耗较压气化炉,建设煤制甲醇15万Ua的气化及配套装置。该工高;高温煤气采用激冷流程,热效率低,干煤粉进料和湿程为原料路线改造项目,主要是改变原料路线和气化技术。法料浆进料的工艺参数比较见表1。与湿法比较,1kg原料可以减少蒸发0.35kg水,节约2600的能量,折算煤量为1H-L气化炉粉煤气化装置的技术特性0.113kg(50okea/kg),占进煤量的17%。粉煤气化比水煤1)H-L气化炉是一种以粉煤为原料(20-90μm煤浆气化冷煤气效率提高10%,氧耗量降低15%~25%。有粉颗粒),惰性气体输送(氮气或二氧化碳)、高温(气化炉效气产量提高6%。先进成熟的干煤粉密相输送技术悬浮速膛允许操作温度1400-1900)、高压(20-40MPa)气流度7-l0am/,固气比40kgym,载气量少。表1干煤粉进料和湿法料浆进料的工艺参数比较气化压力MPa气化温度/℃煤的粒度/m碳转化率%H2+CO含量%氧气煤比/kg·Lg1湿法料浆加压气化3.0~6.5<0.5干法粉煤加压气化1500~2000<0.1TH中国煤化工CNMHG收稿日期:2009-04-09作者简介:马涛(1982-),男,河南三门峡人,硕士,现在郑州轻工业学院从事煤气化方面的研究2010年第1期煤炭工程研究探讨3)干煤粉纯氧燃烧,燃烧器火焰的中心温度18006)“自我修复式”耐火材料结构,炉内向外依次有液2150℃,气化炉膛允许操作温度1400~1900℃。煤的灰熔渣、固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰性气体保护层、高点可选范围变宽(1250~1650℃),气化原料可选范围广;不定型耐火材料、外保温层,水冷壁外可以形成稳定的碳转化率高、粗合成气品质好,CH含量低,出口合成气渣层3~5mm,“以渣抗渣”,抵抗气体和熔渣的冲刷和磨有效气体(CO+H2)体积≥90%,CH体积≤13pm。可缩损,耐火材料的选材具有低的气孔率、较高的高温强度、短反应停留时间,提高反应速率较好的热稳定性,耐火材料的施工、养护、维护和吏换方4)采用单烧嘴顶烧组合燃烧器,燃烧负荷调节范围便,价格低。该技术采用急冷、水浴式合成气冷却及洗涤大,负荷调节范围60%-120%。燃烧器结构设计合理、具方案,可靠性好。有良好的燃烧性能;集高能电点火装置、液化气(柴油)点火烧嘴、火检为一体,独立冷却水外盘管,拆装维护方便。2定操作条件下HT-L气化炉煤气化特性水冷夹套式烧嘴冷却方案,可保证烧嘴长周期运行稳定可濮阳龙宁化T有限责任公司气化用原料煤及锅炉用燃料靠。设计寿命20年,烧嘴头部局部维护时间6月一次。煤均来源于鹤壁煤矿,其工业分析和元素分析见表2。此组5)密闭式盘管水冷壁辐射室结构,设计寿命20年,成为粉煤经氮气干燥后的分析数据,工业分析基于干燥基,四进四出”结构可以保证管程水流量分布均匀。可控制盘元素分析基于干燥无灰基,干基高位发热量28.30MJ/kg。操管内水汽化率,调节炉内热平衡。烧嘴盘管、渣口盘管分作条件见表3,辐射室出口粗煤气的组成及比例见表4。别进水,多组冷却水盘管易于调节,便于维护和更换衰2鹤壁煤的工业分析和元素分析工业分析w/%元素分析w%1.5071.9表3鹤壁煤气化操作条件采用CO2输送粉煤,考虑到压力损失,操作压力设置物流名称粉煤二氧化碳氧气水蒸气为4.IMPa较为合适。氧气和水蒸气在单烧嘴内压力损失较压力/MPa大,操作压力设置为46MPa。氧气煤比为0.84,氧气煤比温度/℃80197.21197.21为0.03,氧气和水蒸气耗量较低。出口温度1550℃,在HTL气化炉允许范围之内,有效气(H2+CO)含量达到质量流率23603.76400.8320063.10788191%,H2S、COS、CH4和HCN含量较低,利于粗煤气后期的净化工作,达到预期日的。表4辐射室出口粗煤气组成项日一BQb边Cos出口温度℃4271.2303.2240.7390.l0l0010.0050.016/ kmol. h-172.28414.241459.73265.43114.9982.0480.020.1060.32115503变操作条件下HT-L气化炉煤气化特性有利于半焦的完全燃烧,同时煤气中的CO也会与O2反应改变操作条件,主要考虑氧煤比和蒸汽煤比,对气化转变成CO2,这时煤气中的CO含量就下降。性能的影响2。煤气温度随着氧气煤比的增加而增加,图2所示的是在蒸汽煤比一定的条件下,粗煤气中H2随着蒸汽煤比的增加而降低。这是由于氧气煤比的提高促和HO含量随气化炉温度变化。随着气化炉温度的升高进了半焦的燃烧和气化反应,随着反应的进行,放出的热粗煤气中H2含量降低,水蒸气含量增加。因为随着气化炉量越多,气化炉内的温度也越高,煤气的温度就越高。当温度的不断增加,半焦与水蒸汽反应的速度减缓,H2与02蒸汽煤比增加时,半焦与蒸汽反应会吸收大量的热,使气反应占优势,使得相对应的H2O含量增加,H2含量降低化炉内的温度下降。因此,可以通过调节蒸汽煤比来控制图3所示的是在蒸汽煤比一定的条件下,比氧耗量和气化炉内煤气的温度。比煤中国煤化工和图2可知,在粉煤图所示的是在蒸汽煤比一定的条件下,粗煤气中CO和蒸CNMH度的增加,粗煤气和CO2含量随气化炉温度变化。从图1中可以看出,随着中Co八黑减少,所以合成相同气化炉温度的增加,粗煤气中CO量减少,而CO2含量增量的有效气,需要的氧气量和粉煤量增加,比氧耗量和比加。这是因为通过不断提高氧气煤比,增加气化炉温度后,煤耗增加研究探讨煤炭工程2010年第1期叫∵0.0250.020受0010-CHecO- HCN501600165017001750150015501600165017001750匕炉温度气化炉温度图1粗煤气中CO0和CO2含量随气化温度变化图4粗煤气CH4和HCN含量随气化温度变化综合能耗降低20.6%,达到了很好的节能效果。具体见表5和表6表5改造前合成甲醇综合能耗表单位折能消耗定额能耗/J原料煤26.6542.64蒸汽(0.SMPa饱和)/2.7210.832.258电/kWh循环水0.004191.223150015501600165017001750总能耗气化炉温度/r图2粗煤气中H2和H2O含量随气化温度变化表6改造后合成甲醇综合能耗计算表0.75名称及规格单位折能/GJ消耗定额能耗/GJ原料煤/32.232蒸汽(5.0MPa,270℃)/t3.7870.66-2.50中压蒸汽(3.82MPa0℃)/3.675低压蒸汽(0.5MPa饱和)/12.7210.6ll.6600.50锅炉给水/t3.36电/kWh0.011838299.893.55一比氧气耗量循环水/t0.35一比煤耗量150015501600165017001750总能耗气化炉温度饣图3比氧耗量和比煤耗量随气化温度变化拥有自主知识产权的国内首套HT-L粉煤加压气化炉示范装置投料开车成功,将打破国外品牌在世界上的垄断图4所示的是在蒸汽煤比一定的条件下,CH4和HCN实现粉煤加压气化装置国产化,对国家调整经济结构、建含量随气化炉温度变化。随着气化炉漏度的升高,粗媒气设新型能源及实施国家能源安全有着重大的战略意义,标中CH和HCN含量减少。由于随着气化炉温度升高,由图志着中国煤化工产业技术进入新的领域,跨入世界先进行2可知生成的H2量减少,参与甲烷化反应的H减少,同列。以CO2为输送气体的粉煤气化,之前还没有成功的经时气化炉温度越高,CH的分解速度越高,致使CH含量验和相关数据,此项目的成功运行,对采用CO2为输送气减少,同理,随着气化炉温度的增加,也使得HCN生成的具有重大的参考价值。量减少。参考文献:[1]中国煤化工加压气化的影响口通过对比改造前后的能耗,发现改造前吨甲醇能耗57.89GJ,改造后吨甲醇能耗45.92CJ,单位产品能耗下降[2]CNMHG煤气化工艺的干煤粉加1197GJ,以年操作7920h年产甲醇15万t计,年节约能耗压气流床气化炉性能研究[J].西安交通大学学报,20031795500GJ,折标煤5360t。万元GDP能耗下降47.88CJ,37(11):112-1136(責任編辑赵巧芝