U-GAS粉煤气化技术

第41卷第22期广州化工VoL 41 No 222013年1l月Chou chemical IndustryNovember 2013生产技术U-GAS粉煤气化技术董文博(河南义马煤业集团股份有限公司技术中心,河南义马472300摘要:介绍了U-GAS粉煤加压气化技术的工艺反应原理,主要设备的作用和工艺流程走向,关键控制参数的调节方向与其他炉型相比较,该炉型所具备的技术优势和特点,该气化技术的研究发展历程以及目前在国内的运行情况,并指出了这种煤粉煤气化工艺技术的发展前景及制约因素。关键词:U-GAS;粉煤气化;灰团聚;气化技术;流化床;气化剂中图分类号:TQ5462文献标识码:B文章编号:1001-9677(2013)22-0155-03U-GAS Pulverized Coal Gasification TechnologyDONG Wen-BoTechnology Center, Henan Yima Coal Group Co., Ltd, Henan Yima 472300, China)Abstract: U-GAS reaction principle of the technology of pulverized coal pressurized gasification technology, therole of the main equipment and technological process, the adjustment direction of key control parameters were introducedCompared with other type furnace, technology advantage and characteristic of fumace model, the gasification technology ofresearch development and running situation at present in China were presented, and the pulverized coal gasificationtechnology development prospect and restriction factor were pointed out.Key words: U-GAS; pulverized coal gasification; grey reunion; gasification; fluidized bed; gasification agentU-GAS气化炉及工艺流程汽比值较大,故床层中心区域温度较高,该区域的温度高于周围流化床的温度,接近煤的灰熔点;U-GAS气化炉,是一个单段流化床气化炉。气化炉主体(3)在文丘里管处由于气流的扰动使排灰中的碳粒从较重是带有两个旋风分离器的粉煤流化床。气化炉是一个直立的圆的团聚灰中分离出来。在文丘里管处使未燃碳燃烧气化,又使筒体,分为上下两段,上部的直径较大,气流速度较低,气流灰粒相互粘结而团聚起来。通过控制文丘里管的气速,可控制中含有尚未完全气化的焦粉和半焦粉,与下部相比,颗粒浓度排灰量。较低,称之为稀相段,此处是气化产生的焦油和轻油进行裂解原料煤与气化剂反应生成的合成气从气化炉顶部导出,合的主要场所;下部的直径较小,气速较大,颗粒较大的粉煤、成气中夹带有大量的煤粉,含碳量较大。经过两级旋风分离粉焦和灰渣都集中在这里,形成流化床的浓相段。原料煤被输器,将合成气中所附带的大颗粒粉尘捕集回收,再次送入气化炉进行反应。合成气中不含焦油,有利于热量的回收和净化过送到浓相段,这里是气化反应发生的主要场所。程。气化过程中形成的灰渣被熔融团聚成球形颗粒,而后被分经过加工后的原料煤(0~6mm),为了能顺利进入加压运离出来,通过排渣装置排出炉外。行的气化炉,将经过缓冲斗、锁斗、加煤计量斗和定量螺旋加般的流化床气化炉不能从床层中排出低碳灰渣,这是因料器喷入分布板上方区域。在气化炉内,煤与氧气、水蒸汽在为要保持床层中高的碳灰比和维持稳定的不结渣操作,流化床高温高压条件下接触、反应,将迅速完成干燥、破粘(如果是内必须要混合良好。因此,排料的组成与床内物料相同,故排黏结性煤的话)、脱挥发分、热裂解、燃烧、气化、灰团聚、出的灰渣含碳量就会比较高。而U-GAS气化技术是利用灰团灰分离等一系列重要步骤。床层温度取决于原料煤的种类,应聚的原理,来进行反应和排灰过程的。在气化炉内,导入氧化使煤灰熔聚而不结渣。气化炉的运行压力取决于产品气的用性高速射流,使煤中的灰分在软化而未熔融的状态下,在锥形途。原料煤在气化炉内停留时间为45-60min,流化速度为床中相互熔聚而黏结成含碳量较低的球状灰渣,有选择的排出0.65~1m/s,中心管处的固体分离速度约为10m/s。炉外。这种排渣工艺的优点是不需要熔化所有的灰,对灰渣的气化剂由三处进入气化炉:(1)床层底部的分布板上开了数百个小孔,气化剂从分布境的污染小。这种气化炉的灰渣比纯于式排灰的灰渣对环流动性要求不高板下部进人,由小孔散出,以均匀的分布气化剂并将下移的物高了气化效鬥中国煤化子灰清中的碳叔失,据料推向中心射流区域,建立固体颗粒的内部循环失,从而提CNMHG这是煤气化排渣技(2)通过床层底部中心管进入,由于中心管口位置的氧/术的重大发展。灰渣排放的速率可通过两种途径进行控制:作者简介:董文博(1986-)男,助理工程师。广州化工2013年11月种是控制通入文丘里管气化剂的气流速度,另一种是控制冷渣最重要的影响因素。它是由煤和灰的性质所决定的,必须控制机的转速。在灰不熔化而又能够团聚成球形的状态。实验发现,此温度一般比煤的灰熔点低100~200℃,与灰分中铁的含量有关。煤中灰分的团聚,是依靠灰粒外部生成黏度适宜的一定量的液相第二旋风分离器第一旋风分离器将灰粒的表面湿润,在灰粒相互接触时,由于表面张力的作用,灰粒发生重排、熔融、沉积以及灰粒中晶粒长大。而黏度适宜的一定数量的液相只有在合适的温度下才能产生。若温度过低,灰粒外表面难以生成液相,或生成液相的量太少,灰分不能形成团聚;而若温度过高,超过了煤的软化温度,则灰分熔化黏结成渣块,破坏了灰球的正常排出。废热锅炉(3)床层的控制高度。气化炉床层控制高一些,这有利于增加炉内气、固相接触时间和面积,减少带出物的带出,提高汽相氧气气化炉的效率。但是过高的床层,会影响气化炉的流化效果影响旋风的回料,加剧气化炉体的晃动,同时为了维持高床层粗合成气的温度,会增加气化炉的氧耗,甚至会因为物料在床层的高温区域内停留时间过长而导致气化炉结渣。如果气化炉床层控制过低,则会减少炉内气固相的接触时间,影响气化效率,甚至氧气有可能会穿破床层,使合成气中氧含量超标,对下游工段渣锁斗渣锁斗造成影响甚至引起安全事故(4)出炉煤气带出细粉的再循环。U-GAS气化工艺借助两个旋风分离器来实现出炉煤气中所夹带细粉的循环,并进步参与气化反应,生成的细灰与床层中的熔聚灰一起形成球形排出。由于细粉直接返回床层和熔聚区域,在返料过程中细粉图1U-GAS粉煤气化技术工艺流程图的冷却和热量损失、气化反应过程的吸热,使得细粉的循环量Fig 1 U-GAS pulverized coal gasification process flow diagram对灰熔区域的温度有一定程度的影响。所以,要选择好细粉返回床层的适宜位置,调整好旋风分离器料腿的吹送气量以保证返回物料的连续、均匀,从而使其对灰熔区域温度的影响变2U-GAS气化技术的关键小,达到既能提高煤的利用率,又能保证灰熔聚成球的正常进U-GAS气化技术的关键是流化床层中灰渣与半焦的选择行。性分离,即煤中的碳被气化,同时气化过程中所形成的含灰较3U-GAS气化技术的特点多的颗粒表面熔化和团聚成球形颗粒,并从床层中被分离出(1)煤种适应范围广,适合褐煤、烟煤、无烟煤、焦粉等灰粒的表面熔化或熔聚成球,是一个极为复杂的物理化学多种原料煤的气化,且适合低成本的高灰煤、高硫煤、高灰熔过程。为了使气化过程中实现灰的熔聚和分离,气化炉中灰熔融点、低活性煤、石油焦和其他“低价值”碳氢化合物的气聚区域的几何形状、结构尺寸及相应的操作条件等等,都起着化,并且允许原料煤中含有一定范围内的细粉,可接纳10%小至关重要的作用。它们包括:分布板、中心管、文丘里管内的于200目(0.07mm)的煤粉。对煤的灰熔点没有特殊要求气流速度和蒸汽氧气比,熔聚区域的温度控制,流化床层的控可最大限度的因地制宜、原料本地化。有利于劣质资源的利制高度以及出炉煤气所带出细粉的循环利用等因素。用,提高资源利用率和利用范围,具有良好的经济和社会效(1)气化剂的控制。分布板的作用是均匀地分布气化剂,益并把下移的颗粒推向射流区,实现固体颗粒的内循环。若通入(2)气化炉内部结构简单,为单段流化床,炉体内部无转分布板的气量过小,会对制作分布板的材料起不到保护作用,动部件,容易制造和维修,设备可以国产化,装置投资少;易造成热蚀、漏料,而若通人分布板的气量过大,则会造成分3)气化炉内中心高温区使灰渣熔融团聚成灰球,使煤粉布板的损坏。中心管的作用是通过向流化床中喷入气化剂来保和灰球有效分离,从而提高了碳的转化率,降低了灰渣中的含持床层物料的流化状态,因为气化炉需要的大部分氧气是从中碳量;心管喷入的,所以控制氧气的流量也就是控制了气化炉的操作4)水蒸气从分布板进入气化炉,形成一个相对低温区温度,此处水蒸汽的输入是为了控制氧气的浓度,氧气浓度过域,可以有效地避免炉内结渣现象的产生;高会损坏中心管或者烧结当地的物料,造成物料结渣;中心管(5)煤气中夹带的飞灰经第一、第二级旋风分离器回收,的气速也需合理控制,若气速过高,则会使氧气穿破床层,使并通过料腿返回炉内再次进行燃烧、气化,进一步提高了碳的合成气中含氧量超标。会带入后续净化系统烧坏变换触媒,甚转化率;至煤气过氧造成爆炸。若气速过低,则会影响炉内物料的流化(6)煤气中几乎不含焦油和烃类,洗涤废水含酚量低,净效果,甚至造成物料结渣。文丘里管的气速控制着灰球在床层化简单,无废中国煤化工不保型气化炉;中的停留时间,相应的决定了灰球中的含碳量。当灰球中的含(7)床层CNMHO强度高,气化强度是碳量在允许范围以内时,停留的时间越短越好,以免由于停留般固定床气化》my-m,气化矿深作控制方便,运行稳时间过长,床层中灰含量过高,而导致气化炉结渣。定、可靠;(2)熔聚区域的温度。熔聚区域的温度是灰团熔聚成球的(8)气化炉出口温度适中,煤气中的显热经废热系统回第41卷第22期董文博:U-GAS粉煤气化技术157收,产生蒸汽,提高了热效率,降低了煤气温度,减少了后续行已达102天。该项目单炉最大产合成气量达18000Nm3/ho系统的冷却水用量;装置投产以来已经气化了超过25种不同的煤种,其中包括高(9)灰渣含碳量低(<10%),可用作建材等,煤气化效率灰煤、褐煤和煤矸石。可达75%以上(10)煤中所含硫可全部转化为H2S,容易回收,简化了表1试烧煤质范围煤气净化系统,有利于环境保护;Table 1 Try to burn coal range(11)装置操作弹性髙,增减负荷运行幅度可髙达70%灰分/水分/挥发分/固定碳/硫/灰熔点低位热值(12)与熔渣炉(Shel)相比,气化温度低得多,耐火材料w%(ad)wt%(ad)w%(ad)w%(ad)w%T2/℃(kl/kg,ar)使用寿命可达10年以上。10~554-4312~4024-660.6-4.014504U-GAS气化技术的发展U-GAS气化技术是美国燃气工艺研究院(IcT)在研究了煤上述生产经历充分证明了U-GAS气化技术具备燃料的灵灰团聚过程的基础上开发的流化床灰团聚煤气化工艺。于1974活性,以及可以不停炉进行煤种切换的能力年建立了包括干燥、分筛、煤仓、煤料锁斗系统、炉径0.9m高河南义马煤业(义马)综能新气体有限公司,采用2开1备9m的耐火材料衬里流化床反应器、炉底部熔聚物排出装置、煤共3台气化炉,设计操作压力1.0MPa,单台炉进煤量60th,气冷却、旋风除尘、煤气洗涤、煤气焚烧和排灰锁斗等,接近常采用原料媒为义马本地的高灰、低硫、低发热量、高挥发分、压操作的中试装置。在该装置上做了系统的开发工作,中试装高活性的长焰煤,该套装置于201年6月建成投产。至2013置操作时间已经超过100h,进行了130次试验,使用了世界年6月,已达到设计的满负荷运行,目前单台炉连续运行已达各地多种煤样约3600t。先后试用过9种煤和3种半焦52天。该套装置是U-GAS气化工艺目前在世界范围内工业化1993年上海焦化厂引进了U-GAS煤气化技术及设备,共规模最大、运行情况最好的有8台气化炉,江南造船厂承担了8台气化炉的“心脏”制造5结语任务。全套装置于1995年4月建成投产,这是U-GAS气化技术在世界上的第一套工业化装置。该装置由煤的破碎、干燥、2013年6月,义马煤业(义马)综能新气体有限公司的U加煤、气化炉、余热回收、排渣、灰粉仓、DCS、空压站、污GAS气化炉的满负荷运行,证实了该工艺在大规模工业化装置水处理以及公用工程(水、电、气)等部分组成。以空气和蒸的可行性,因其作为流化床气化工艺所具有的独特优势,这对汽为气化剂,每台气化炉的设计生产能力为2000m3/h煤气,我国高灰劣质煤的清洁高效综合利用,提供了一条宽广的道装置6开2备,总生产能力为28×104m3/d低热值煤气,路。而U-GAS气化技术带压灰渣的冷却、降压和及时排放,HHⅤ=5400-5800kJ/m3,供炼焦炉作为加热燃气,把焦炉煤是该装置稳定运行的重点和难点。因此U-GAS技术如果要有气替换出来供城市煤气。整个装置共投资约4x108元人民币。更大、更完善的发展,就必须在这方面有很好的解决办法。1995年4月试生产,至1996年10月共运行15000台·h,气化原料煤5×10t,生产煤气205×10m3,平均产气率为404m3参考文献kg。原料煤为中国神府烟煤。气化炉的操作压力为02~1]许世森张东亮任永强大规模煤气化技术[M]北京:化学工业0.22MPa(G),操作温度为933℃,水蒸气过热温度为285℃出版社,2010:133.而IGT所设计的指标是:气化压力320kPa(G),操作温度2]郭树才煤化工工艺学M].北京:化学工业出版社,206:191010℃,气化效率788%,碳转化率968%。该装置实际运[3]许祥静,张克峰煤气化生产技术[M].北京:化学工业出版社,行考核未能完全达到设计指标。而后由于上海市以天然气代替2010:97煤制气,该套U-GAS气化装置于2002年初停止运行[4]贺永德.现代煤化工技术手册[M]北京:化学工业出版社,2010:459-460埃新斯(枣庄)新气体有限公司,于2008年建成投产,该[5]中国尿素网全球最大的商业化SESU-GAS气化装置即将投产公司共有气化炉2台,一开一备。设计压力0.22MPa,设计产[olj.http://www.ureanet.cn/xinwen_xgyw_xx.aspid=126462煤气15000m3/h,原料煤种为枣庄本地煤,目前单台炉连续运(上接第134页)在明显对应关系。即使在同一保存条件下,不同品种的水产品[2]中华人民共和国农业部.SC/T3032-2007水产品中挥发性盐基氮其VBN数值的变化有快慢之分,腐败程度也各不相同。由实验的测定[S]北京:中国农业出版社,2008结果可知腐败的进度(从快到慢排名):①虾类;②头足类(鱿3]张素青,王秀芹,叶红梅等鲜活水产品中挥发性盐基氮(VBN)值鱼);③鱼类。的变化实验[J].天津水产,2003(3):27[4]中华人民共和国卫生部GB2733-2005鲜、冻动物性水产品卫生参考文献标准[S]中国煤化工[1]中华人民共和国卫生部.GB/T009.1-2003食品卫生检验方法[5]李桂芬动物检疫H性盐基氮指标[J].中国CNMHG理化部分·总则[S].北京:中国标准出版社,2004