煤气化过程气化效率分析

2009年第30卷第3期氮肥技术煤气化过程气化效率分析詹俊怀尤彪(福建三钢集团三明化工有限责任公司365000)摘要简要介绍用有效能效率分析各种煤气化方法的气化效率,结论是固定床煤气化炉的有效能效率高,固定床煤气发生炉为煤气化工艺节能的首选技术。关键词煤气化有效能效率‘分析1前言过程的投入和产出,从而使各种煤气化方法的比煤气化是煤洁净利用核心技术。目前,全国较成为可能。用于煤气化的煤炭的数量在2 x 10%/a左右,仅次(1)碳转化率于发电和钢铁工业。煤气化技术是煤炭高效率、碳转化率,是用进入合成气的碳元素量占原低成本利用和碳减排的技术起点，我国缺油少气料煤中碳元素总量的百分数来表示的。碳转化率多煤,同时煤的质量较好，多为烟煤、无烟煤等利反映气化过程煤中的碳反应的完全程度,在煤气用价值高的煤种,加之劳动力丰富,煤开采成本化过程要求得到的是有效气氢和一氧化碳,若转低。因此在煤高效利用上取得突破,对我国稳定、化为二氧化碳则不仅无益而且有害。同时不同煤可靠持续的能源供应具有决定性的意义。气化方法得到的气体组份中的氢和一氧化碳含中国煤气化技术以固定床间歇气化技术为量也有较大的区别,因此碳转化率的高低和有效主,也开发了一些新的煤气化技术,但技术成熟气消耗的碳的数量完全没有对应关系。碳转化率性较差,经济效益不理想。固定床间歇煤气化技用于评价煤气化效率没有意义;术由于自身的缺陷,其发展已受到限制。目前煤(2)热效率气化技术已发展到关键时刻,由福建三钢集团三根据热力学第- -定律原理评价效率。其实质明化工有限责任公司提出的富氧连续气化改进是通过物料与能量的衡算分析能量转化利用及方案,在固定床间歇煤气化技术的基础上,开发损失情况,确定过程进、出的能量数量,求出热量了具有自主知识产权的“固定床单炉双向富氧连利用率,其不足在于:续气化技术和固定床双床层耦合富氧连续气化①热力学第一定律方程说明各种能量可以技术”,具有显著的综合效益和重大的战略意义，互相转化,但从热效率上看，热转化为功是有限该技术可以对目前国内主流煤气化技术在主要的，而且不能指出各种能量转化的方向和限度;消耗指标方面得到较大的改进。现从有效能效率②从能量级别可知，能量不但有大小之分,来分析各种煤气化的气化效率。还有品位的区别，能量衡算法只反映了能量数量2传统煤气化效率评定的缺陷的关系,没有反映能量品位的高低。目前国内煤气化技术评价标准主要有以下此方法只能反映能量的损失,但不能指出得指标:可靠性、系统运行稳定性、大型化即单炉生到的这部分能量的利用价值。其得出的评价结论产能力、煤种适应性、污染物的排放、气化效率具有极大地误导性，例如室内空气电加热器,根等。其中气化效率是核心指标，目前通用的评价据此方法计算出的热效率为100%，而根据有效气化效率的指标有:碳转化率、热量利用率、冷煤能效率来计算出其效率几乎为零。气效率等。由于煤气化的方法多种多样,有常压、(3)冷煤气效率加压、富氧、纯氧等不同方式,运用这些指标来评冷煤气效率为煤气化生成煤气的化学能与价，都不能全面反映煤气化的真实投入和产出，气化用煤的化学能之比。各种气化方法的冷煤气因此需要一个综合性的指标来全面反映煤气化效率见表1。氮肥技术2009年第30卷4表1各种气化方法的冷煤气效率床煤气炉间歇制合成气。煤耗煤的热值冷煤气主要消耗:煤耗(热值6 600kcal/kg, 1keal序气化方法kglkm'(C0+H) J/kg 效率号=4.186 8kJ,下同)570kgkm2(C0+H2)有效气,蒸1块煤固定床间歇制57027 63074汽耗476kgkm' (CO+H2)(外加部分，蒸汽温度合成气2固定床双向富氧连25 11678180C),电耗18kWkm?)(CO+H2),蒸汽分解率为续制合成气54025116 9050% ,吹风气和煤气温度为250C。通过计算,得3固定床双炉耦合式出有效能效率79%。纯氧连续制合成气4水煤浆制气70825116 67(2)固定床双向富氧连续制气5干法气流床制气700~70主要消耗:煤耗(热值6 0keal/k )595kgkm’'说明:干法气流床煤气化技术设计冷煤气效(CO+H2),蒸汽耗476kg/km?(CO+H)(外加部分，率为80% ~85%，对应25 116kJ/kg的煤耗为蒸汽温度180C), 氧气耗190m"'km?(CO+H2),蒸640kg/km*(CO+H2)。其中:气化炉热效率为95%，汽分解率为55% ,煤气温度为250C。通过计算，碳利用率为98% ~ 9% , 15%的热量由余热锅炉得出有效能效率82%。转化为蒸汽,另每km2(CO+H2)的有效气可产生(3)固定床双炉耦合式纯氧连续制合成气2 200m'的冷激气温度350C，带走部分热量,同在常压固定床双炉耦合式纯氧连续制合成气。时煤粉的烘干用煤也需计入煤耗中，综合分析冷主要消耗:煤耗(热值6 00kcal/kg)540kg/km'煤气效率为~ 70%。(CO+H2),蒸汽耗285kg/km?(CO+H2)(外加部分，(4)国外的煤气化技术主要使用碳转化率/热蒸汽温度180C),氧气耗152m/km'(CO+H2),蒸效率作为评价指标，不能准确反映煤的气化效率，汽分解率为75% ,煤气温度为250C。通过计算, .意义不大。以前国内常用冷煤气效率为煤气化的技得出有效能效率93%。术指标也不能全面反映气化过程的投入和产出。(4)湿法气流床(水煤浆)制气3有效能效率评定合理性分析引用华东理工大学的文章一<化学工程》如何判定煤制合成气的气化效率，是煤气化2007年第35卷第二期《气流床气化系统的热力技术改造选择的首要问题。目前业内评价煤气效学分析),该文章计算的有效能效率为61%。由于率时,多采用碳转化率、冷煤气效率等指标来评价出煤气炉的二氧化碳含量高和煤气温度高,有效煤气化过程的效率,这些常用的评价办法,在理论能损失大,导致有效能效率低。同时制氧装置的上存在着重大的缺陷,在实际运用也存在问题,甚有效能效率仅为22% ,若以整个煤气化的气岛的至出现根本性的误导,也不能满足国家标准。从热有效能效率计,其有效能比该文的数据更低。力学基本原理出发,评价煤气化过程、- -切能量使5结论.用及转化过程的效率其标准只能是有效能效率。各种气化方法的冷煤气效率和有效能效率(1)根据“中华人民共和国国家标准GB2588见表2。_ 200”《(设备热效率计算通则》,标准适用范围为表2各种气化方法的有效能效率冷煤气效率有效能效军使用燃料和利用热量的热设备,计算热效率时规序号%_%定必须用有效能计算效率。1固定床块煤间歇炉775~80(2)有效能分析法? 固定床双向富氧连续制气80-85该法在能量衡算法和热力学第-定律基础;固定床双炉耦合式纯氧连90>90续制气上,以第二定律为主。在对装备或过程进行物料661-64衡算和能量衡算的基础上,确定出、人各系统的5. 干法气流床制气-65物流和能流的有效能值，由有效能平衡方程确定结论是传统的固定床煤气发生炉制合成气有过程的有效能损失和有效能效率。效能效率比水煤浆制气和干法气流床制合成气的4几种气化方 法的有效能效率分析有效能效率都高，因此改进后固定床煤气发生炉(1)块煤固定床制合成气最为节能,应作为煤气化工艺改造的首选技术。主要以焦炭和优质块煤为原料,在常压固定(收稿日期:2009-04- -30)