煤炭气化技术与煤炭气化锅炉

第25卷第3期能源技术Vol.25 No.3 :2004年6月ENERGY TECHNOLOGYJune 2004, 产品与技术煤炭气化技术与煤炭气化锅炉刘洪勤’范维海’靳成法'赵德友( 1.济南军区锅炉检验所山东济南250014 2.济南鲁西热管锅炉厂山东济南250300 )摘要简单介绍了煤炭气化炉的工作原理,以及与燃气锅炉结合组成煤炭气化锅炉后的特点。特别是经过分析比较和实测,证明了这种锅炉节能环保性能特点适合于现有燃油燃气锅炉的改造。关键词煤炭气化煤炭气化炉煤炭气化锅炉燃烧特性中图分类号:TQ545文献标识码B文章编号:1005-7439( 2004 )03-0124-02The Coal Gasification Technology and the Boiler to Gasify CoalLIU Hong-qin' , FAN Wei-hai' , JIN Chen-fa' , ZHAO De-you'( 1. The Boiler Examine , Jinan Military District ,Jinan 250014 , China ; .2. Jinan Lu Xi Heat Pipe Boiler Factory ,Jinan 250300 , China )煤炭气化炉(也称煤气发生炉)生产煤气是一化剂水蒸汽)发生水煤气反应产生CO和H2 ,反个连续的物理化学反应过程。运行时,炉内的燃料应过程如下:自下而上层分为五层,分别称作灰渣层、氧化层、还C +0，→→CO,原层、干馏层和干燥层,干燥层上面为空层氧化层C+CO,-→2CO与还原层统称为气化层。CO2 + 2H20一→CH4 + 202原料煤由给煤装置均匀落在干馏层上面在干C+H20-→CO+H,馏层底部着火焦碳层和向上流动的高温粗煤气放出据某煤炭气化炉取样测定煤气的发热值- -般的辐射热的作用下逐步升温热解煤的热解过程大在5.25 ~5.67GJ/Nm。生成煤气中各成分所占的致可分为三个阶段。第一阶段(室温~ 300C )为比例一般为:干燥脱气阶段在这一阶段,煤的外形无变化褐煤CO24% ~ 31%在200C以上发生羧基反应近300°C时开始热解反H210% ~ 15%应烟煤和无烟煤在这一阶段一般没什么变化脱水CH43%~5%主要发生在120C前,而脱气( CH4 ,CO2 和N2 )大致CO2≤ 6%在200C前后完成。第二阶段( 300C ~ 6009C )以解< 0.5%聚和分解反应为主煤粘结成半焦并发生一系列变需要说明的是不同的煤种产生的煤气量和成化;煤在300°C左右开始变化,并有煤气和焦油析分比例是不同的,因而煤气的发热值也不尽相同。出在4509C前后焦油含量最大在4509C ~ 600C气1煤炭气化锅炉体析出量最多烟煤在这一范围内变成胶质体;当温度升高到500C左右胶质体分解缩聚,固化为半发生煤气的工业炉窑作为-项比较成熟的工焦。第三阶段(6009C~1100C)是半焦完成焦碳的业技术,已经广泛应用于机械、冶金、建材、轻工等行;阶段，以缩聚反应为主焦油量极少挥发份主要是业的工业生产热加工工序中。近几年作为一项嫁煤气,700C后煤气成分主要是氢气。750C ~接技术经过一定的技术改造,又成功地应用在工业1000C时半焦变成高温焦碳高温焦碳与通入的气锅炉中。 由煤炭气化炉制备的煤气出口温度达到刘洪勤等:煤炭气化技术与煤炭气化锅炉500C左右,作为油气的替代燃料直接在锅炉中燃气还含有少量的水蒸气水蒸气能够提高一氧化碳烧大大降低了锅炉的运行费用,经环保部门测试,的燃烧速度。H2O 分子被分解成OH参与反应在锅炉烟尘排放浓度、SO2排放浓度、NO,排放浓度符0H等活化中心参与下CO燃烧链锁反应的总效果:合国家环保的有关指标烟气黑度小于I级均未超OH+2C0+O2+H,-→2C02+0H+2H出GB 13271- -2001锅炉大气污染物排放标准,II 时从这个链锁反应中可以看出,每产生两个CO2段标准限值。分子同时也产生两个新的氢原子H。这两个氢原煤气发生炉应用于锅炉的工艺流程如图1。孔( H )又起活化中心的作用,促使一氧化碳链锁反原料煤.应继续扩大,因而也就强化了一氧化碳燃烧。水蒸气通入空气混合由以上燃烧特性分析可以看出煤气化可使煤道炭中可燃物质燃烧更完全化学和机械未完全燃烧鼓一输及损失减少,锅炉的效率可稳定的保持在80%以上;烟机肉|气化炉中焦炭燃烧很少产生碳黑粒子烟气中飞灰及可燃物浓度较小,锅炉中煤气进行无焰燃烧排烟灰渣排除黑度可保持在林格曼1级以内。总之煤炭气化锅图1煤炭气化锅炉的工艺流程炉的燃料综合利用率高环保效果好经济效益和社目前用于工业锅炉的煤炭气化炉型式主要有会效益明显优于--般燃煤锅炉。承压式和敞开式(常压式)两种。承压式煤炭气化2敞开 式煤炭气化锅炉的优点炉的结构是由工业制备煤气的设备演变而来炉体承受一定的压力煤气在锅炉炉膛内燃烧采用正压将敞开式煤炭气化炉应用于工业锅炉作为燃料燃烧方式，安全操作要求严格,具有-定的危险性,制备设备产生的煤气通过煤气燃烧器在炉膛中直主要用于出力比较大的锅炉。敞开式煤炭气化炉,接燃烧具有以下优点:其炉体本身不承压，处于常压状态煤气在锅炉炉膛( 1 )安全性能好。由于采用全负压运行方式,内燃烧主要采用负压通风方式操作简单,安全可具有很强的安全性绝对不会出现燃烧器回火，也不会出现气化炉积聚燃气导致的正压无爆炸危险。煤炭气化与燃烧具有以下优点":(2 )操作简单。普通工人只要稍加培训即可完( 1 )在煤炭气化炉中,气化层产生的是一 氧化全胜任煤炭气化炉的操作。碳、氢等可燃气体在干馏层上部逸出来的是碳氢化(3 )热效率高。综合热效率高达80%以上,比合物和少量-氧化碳。由于炉排底部供给的空气有同容量的一般燃煤锅炉高出很多,同样出力耗煤量限一方面抑制了热力型NO,"的产生,同时又使只有燃煤锅炉的60%~70%,节能明显;运行成本气化炉内处于欠氧状态炉内的可燃气体基本不参低，为同容量燃气锅炉的1/3燃油锅炉的1/4。与燃烧，气化过程不会产生黑烟。(4)负荷适应性强。负荷调节简单,只要控制(2)煤气发生炉内的燃烧过程处于缺氧状态，气化风机和引风机的开 度即可轻松控制负荷,而且煤中的有机氮处在还原气氛中,不会形成燃料型低负荷下亦能维持较高的锅炉效率。NO.只转变成无毒的氮分子。煤气进入锅炉内燃(5)环保性能好。煤炭中的灰分都留在气化炉烧时几乎不含有机氮这样就制止了煤在利用过程内,只有煤气进入锅炉的炉膛进行燃烧燃烧生成的中所含的氮转化成有毒的氮氧化合物。烟气中不含灰,因此即使不安装除尘设备锅炉也几( 3 )干馏室内的煤焦温度一般在700C ~9009C ,乎不排放粉尘。另外煤炭在气化炉中的停留时间炽热的煤焦的厚度-般在200 ~ 400mm (视煤种而较长灰分中的碱性物质会同煤燃烧生成的SO,反言),目的是保持一段气化层。还原层利用下面氧应起到一定的固硫效果。如果燃用高硫煤在气化化层的热量发生气化反应,氧化层产生的二氧化碳炉内添加石灰石也可以控制SO,的排放浓度。又与还原层里炽热的焦炭发生反应产生一氧化碳,3综合性能对比同时与通入的水蒸气发生水煤气反应煤焦氧化产生的二氧化碳能够转变成-氧化碳和产生水煤气效以2.8MW的热水锅炉为例燃煤、燃油、燃气、应。在煤气发生炉中的主要产物是一氧化碳和氢(下转第128页)张华俊等:水冷式制冷机组的性能比较及选型选用活塞式。文献[2 ]提出,在冷冻水进、出温度表10各种冷 水机组的COP值'3]7C和12°C冷却水进口温度32C，以及满载的条件活塞式螺杆式离心式下各类冷水机组的COP值如表9。但与上文给出3.94.34.8的实际机组相比表9中COP的数值太小。而文献[3 ]认为,在同样的条件下，各种冷水机组的COP表11冷水机组COP选用值值见表10 ,同时指出当冷冻水出水温度为79C、冷却机型单机制冷量kW水进水温度为32C在选用冷水机组时活塞式、螺<116 116~349 350~581 582~1163 >1163杆式和离心式冷水机组额定工况下的C0P值不得活塞式≥3. 6≥3.8≥3.9--低于表11中的规定。活塞式冷水机组宜用于单机≥4.0≥4.1一容量小于580kW的空调制冷系统;螺杆式冷水机组≥4.4宜用于350kW以上的大、中型空调制冷系统;对于离心式冷水机组,宜用于单机容量大于580kW的参考文献:大、中型空调制冷系统。与上文给出的实际机组相1]李佐周等.中央空调工程设计与施工[ M]北京高比表10、表11中螺杆式和离心式的COP数值偏小。等教育出版社,1997.表9各种冷水机组的 COP值比较2][2]何耀东,等.中央空调[M]北京冶金工业出版社,名称.容量kWCOP名称200069.8-139.53.2| 离心式 697.7 -1744.23.6[3]陆耀庆.暖通空调设计指南[M]北京:建筑工业出版社,1996.螺杆式348.9-1744.2 3.3AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA(上接第125页)化蒸汽锅炉在额定出力工况下检测经测试,出力达到设计要求在额定出力工况下平均综合效率分别表12. 8MW锅炉综合性能对比为82.5%和81.77% ,这 一效率值接近目前运行的项目燃煤燃油燃气煤炭气化35t/h锅炉的热效率,远远高于同等小型燃煤锅炉燃料耗量750kg/h 270kg/h330Nm3 550kg/h的热效率。有关环境检测单位依据GB 5468- -1991燃料费用元/h210945660220每月燃料费用63 000283500198 00066 000锅炉烟尘测试方法对-台配套4t/h的煤炭气化炉节能情况良不节能节能优进行了监测,在额定工况下,烟尘排放浓度为污染情况污染严重达标达标39. 2mg/m3二氧化硫排放浓度为332mg/m' ,烟气设备管理复杂简单黑度小于林格曼I级。锅炉专用煤气发生炉已通过综合分析差一般尤山东省环境保护产业协会的认可,取得山东省环境e按每月30天每天运行10h计单位元。保护产品使用认可证书。.煤炭气化锅炉综合性能对比见表1。5结束语由此可见在每天运行10h的情况下,同样一台2.8MW煤炭气化锅炉,比燃油锅炉每月节约燃料费我国是煤炭蕴藏+分丰富的国家采用煤炭气用21.75万元;比燃气锅炉节约13.2万每月节约化技术生产煤气节约工业油气燃料消耗量有着广燃料费用2/3 ~3/4经济效果较为显著。泛的前景。目前根据国家和地方的环保政策不少单位安装了燃油或燃气锅炉尽管满足了环保要求,4有 关测试情况但运行费用居高不下。煤炭气化炉技术是这些燃油有关监测单位依据GB/T 10180- -1998 工业锅锅炉和燃气锅炉设备改造的最佳技术,利用现有的炉热工试验规范和JB/T10094--1999工业锅炉通.燃油气锅炉改造为煤炭气化锅炉，他取得了实用性用技术条件分别对一台4t/h和一台2V/h煤炭气技术成果效益亦相当可观。