循环流化床煤气化工艺的原理和特点

中国化工贸易2014年9月上旬刊第6卷第25期China Chemical Trade工艺设备循环流化床煤气化工艺的原理和特点甘世杰(昊华骏化集团有限公司,河南驻马店463000 )摘要:本文从工艺流程、关键技术以及工艺特点三个方面就循环流化床煤气化工艺展开了详细介绍,并指出循环流化床煤气化工艺由于具有的强适应性、高碳转化率与气化强度,以及使用原料范围广等优势,因而得到了广泛的应用。关键词:循环流化床煤气化工艺原理 与特点一、引言1.具有非常强的煤种适应性我国在很长时期内将煤作为主要的能源,因此寻找循环流化床气化炉适用于各种类型的固体燃料出适合我国国情的洁净煤技术具有非常重要的意义。作同时也适用于气体或液体燃料。准备原料的过程非常简为高效、洁净利用煤炭途径的煤气化工艺,是现代煤化单 ,只需将煤粉碎至6毫米以下,将生物体及木材等切工、循环发电等洁净能源生产中非常关键的工艺之一。碎至40毫 米以下即可。因此可以不用将碎粉煤加工至成由于循环流化床具有煤种适应性强、传热效率高、易完型快或是细粉状 ,便可直接进行使用,不但将准备煤的成大型化操作等优点,因而受到了十分广泛的重视。工序简单化,而且大大降低了投资成本,非常适合于煤.二、循环流化床煤气化工艺的流程炭机械化的开采水平。循环流化床中的皮带将原料煤运输至破碎机中2.气化强度高在将其粉碎在4毫米以下后, 运至煤仓中,已备使用。在循环流化床气化炉中加入的原料煤占床层内很小在开车前,还需利用输送机将煤粉送至立管;在开车过比例的物料量 ,而且与气化剂、高温的颗粒能迅速发生程中,利用提升机将细煤粉送入计量煤斗中,在升高压完全混合。 此外,由于传质与传热条件良好,因而新加强后,再将细煤粉从旋转阀、螺旋给料器、进料管中稳入的常 温原料能在短时间内达到气化所需的温度,再加定地输送至循环流化床气化炉的下部。在这一过程中，上床内聚 集着大量起着载热体作用的流化固体物料,因用到的所有空气均来自于压缩机,将其预热后与锅炉产而充分 解决了因局部高温导致的结渣问题。循环流化床生的水蒸气进行混合, 并从炉底的分布板进入到气化在接近灰熔聚高 温的条件下依然可以进行正常操作, 且炉内。气化炉中的温度应保持在1055°C，,气压保持整个床层均处于 高温气化的状态,因而相比于-般的鼓在0.2MPa,气体的流速为1- 5m/s，停留时间大约为4至泡流化床 ，其气化强度超出了2- 3倍。同时,单位面积6s具有较高的气体流通量,设备及原料的利用率均较高，煤气生成后,从气化炉的顶部将其引出。由于大量生产 能力大,因而具有低投资、低耗能、低维修费用的的水蒸气和为转化的碳颗粒夹杂在粗煤气中,因而需要优点经分离系统进行分离操作。经分离后,超过90%的颗粒3.原料碳的转化率高下落至立管中,并重新返回到气化炉的底部。此外,原在循环流化床不同的高度均可加入反应的气体,并料、气化剂等循环物质由于迅速进行了混合, 因而在气通过循环回收将 细粉带出,从而增加了颗粒在流化床内化炉的底部附近便立即开始了气化反应。循环物料与加的反应时间。 循环流化床不但具有外循环,而且具有内入的新原料之间的比值最高可达到40,因而具有非常高循环,位于床中心区域颗粒的运动方向向，上,而位于边的碳转化率。气化炉底部的灰经过螺旋出料器,再由旋壁 处物料的运动方向则向下。由于循环的比值最高可达转阀送出"。几十倍，因而原料碳的转换率得到了极大程度的提高,生产出的粗煤气在经过锅炉以及列管等回收热量有效避 免了常规流化床气化炉中,因排出的煤气及灰渣后,温度得到下降,再经洗涤塔除尘与降温后, 送入煤带出原料碳 ,造成损失的问题。气灌中进行储存。4.强化了工艺传热与传质的性能;三、循环流化床煤气化工艺的关键技术循环流化床内不存在气泡,具有良好的气固接触煤气化的主要场所为反应器,用料的特性、气化能性 能,气相速度明显高于固相速度，且两相之间具有非力及反应性能决定了反应器的大小与操作条件。而循环常 大的相对滑动速度实现了煤气化工艺传热、传质性能流化床煤气化的正常开展则由反应器中的温度、气固浓的强化。 由于具有相近的组成,容易建立科学合理的浓度分布以及气速等操作因素决定。度梯度与温度梯度,有效克服了一般鼓泡流化床中,因由于循环流化床处于高气速操作环境时,气体携带存在大量 的气泡导致气固相出现不良接触,传热、传质固体的能力增强,使得大量的固体被带出了反应器,因等受到阻碍 ,以及床中出现严重气固相返混的不足之处此必须安装相关的气固装置与返料装置对固体进行收集(31与返回。循环流化床的气固分离装置-般伴 有高温惯性5.具有良好的环保效益分离器与高温旋风分离器,采用多级分离的方式。固体循环流化床的煤气中,含有非常少的氨、氰、焦颗粒的循环则依靠返料装置实现,立管与返料阀为返料油等有害物质 ，且产生的废水容易处理。操作人员可将装置的组成部分,立管主要防止气流出现反窜的现象，固硫 剂加入炉料中,从而发挥出非常好的脱硫效果。此而返料阀则对固体颗粒的流动起着开闭及调节的作用。外 ,发生气化反应的温度比较低,通常在850°C- 1100°C立管的封闭状态、返料的性能，以及反应器床内压的波之前,可有效中国煤化工在低温状态下进动情况等与返料阀运行的稳定性、立管的设计与操作情行燃烧具有 良:石能有效增加灰况等有着紧密联系12。渣中石膏的含量YHCNMHG可用作轻质混凝四、循环流化床煤气化工艺具有的特点(下转第117页)C hina C hemical Trade |中国化工贸易| 115中国化工贸易2014年9月上旬刊第6卷第25期China Chemical Trade工艺设备随着社会的不断发展,城市化的建设也越来越深参考文献:入,城市化的建设离不开聚乙烯管道工程的建设,并且[]聚乙烯燃 气管道工程技术规程( CJJ63-2008) [S].北聚乙烯管道的工程质量决定着城市建设质量的高低。本京 :中国建筑工业出版社, 2008文基于此,对聚乙烯燃气管道施工技术进行研究与分[2]城镇燃气输配工程施工及验收规范(CJJ33-2005)析，从施工前期准备、图纸的自审以及仪表的检查工[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2005作。其次,分析了管道安装流程以及质量监控,最后对[B3]城镇燃气设计规范 ( GB50028 2006) [S].北京:中国加强聚乙烯燃气管道安装质量进行阐述,旨在为相关工建筑工 业出版社, 2006 .作提供可行性依据。(上接第114页)引起事故。故消防水。3.二甲醚储罐进出管道,应设紧急切断阀。在发生四、汽车装卸设施泄漏时能及时关闭阀门,防止管线系统发生局部破裂而.1.甲醇卸车使二甲醚大量外漏,引发事故。甲醇卸车-般设置在甲醇卸车泵附近,利用液化4.甲醇二甲醚输送泵应设回流管线,且二甲醚回流.气专用金属软管(一端卡套,另一端球阀加卡套)来实线 上应按规定加限流孔板,储罐设计应两个或两个以上现。布置,以便其中一个出现危险时用回流线将其中液体倒2.甲醇装车入另一个安全的储罐中。由于甲醇易挥发, 其蒸汽对操作人员有-定的危5.甲醇,二甲醚储罐进、出口管道选用金属软管连i ,为了减少甲醇装车时的蒸发损耗,保护环境,甲醇接,以防储罐在使用过程中,基础可能继续下沉。装车宜采用顶装密闭鹤管装车系统,设气体回流水封放6.设置 氮气置换线以便检修储罐,并设置从装车区空设施。从汽车槽车返回的甲醇蒸汽通过气体回流管送到储罐的扫线流程 ,当装车区发生事故时,及时将装车到水封罐后与水完全互溶吸收,减少甲醇蒸汽对操作人区 管道内的介质扫回到储罐中。员的损害。7.应在二甲醚介质区域设置可燃气体气体检测装建议甲醇装车采用质量流量进行计量,在厂方有地置。磅的情况下为经济适用, - -般采用体积流量计或装车鹤8.甲醇,二甲醚储罐区设置火灾自动探测报警系管上配就地液位报警来实现装车末期控制。统3.二甲醚装车9.在甲醇操作区域内,设有-定数量的淋浴洗眼二甲醚装车一般采用底部装车鹤管方式。采用定量器。以防万一由于泄漏或其它事故将甲醇溅入皮肤或眼装车控制方式,每个栈台上设流量计。.睛时,可以得到及时冲洗。五、输送泵选型甲醇二甲醚属于易燃易爆、有毒有害的危险品甲醇属职业性接触毒物级,甲醇输送泵从经济方设计时 应严格遵守国家、行业有关标准和规范。结合实面考虑可选用离心泵,选屏蔽泵或磁力泵更优。际使用过程中出现的问题加以改进, 优化工艺设计,力二甲醚蒸汽压较高,要求泵的密封性能高,吸入性保装 置安全可靠易操作。能好,一般选用屏蔽泵或磁力泵。泵-般布置在防火堤外, 这样造价低,设备简单，[]石油化工企 业设计防火规范( GB20160- 2008 ) 2008年通风好。六、储运安全设施[2]爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范(GB50058-甲醇二甲醚储运工艺设计除按规范进行选型布置92 )外,还应采取以下安全措施保证安全生产。[B3]石油化工储运系统罐区设计规范( SH3007- 1999 )1.储罐设安全附件。对采用氮封的甲醇固定顶罐还[4]石油化工企业储运系统泵房设计规范(SH/T3014-应设置事故泄压设备。二甲醚储罐应按规定设置安全2002 )阀,建议设双安全阀。[5]石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范2.二 甲醚随环境温度压力变化较大,应在二甲醚两( SH3063- 1999 )端有可能关闭或因外界形响可能导致升压的管道上,设[6]职业性接 触毒物危害程度分级( GB5044- 1985 )管道泄压阀,防止管线内压升高,超过管道设计压力而[7]储罐 区防火堤设计规范( GB50351- 2005 )(.上接第115页)土，以及硅酸盐水泥的熟料等建筑材料。[1]屈利娟流化床煤气化技术的研究进展U]煤炭转化,五、结语2012, 10(02) : 265- 266.综上可知,常压循环流化床煤气化工艺由于具有[2]房倚天 ,李海滨,张建民,等循环流化床技术在煤气的强适应性、高碳转化率与气化强度,以及使用原料范化过程 中的应用前景[]煤化工，2013, 12(04) : 235-围广等优势,因而在全世界范围内得到了高度的重视。237.从理论与实际应用角度出发，循环流化床技术在煤气化[3]王洋 ,房倚天尸小元等恒气化技术的发展一煤方面具有独特的优势,相信通过深入的开发和研究，此气化过程的中国煤化工完学报, 2011, 8项工艺技术一定会在工业生产中发挥着越来越重要的作(04) : 623-6YHCNM HGChina C hemical Trade |中国化工贸易| 117