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，随着气化炉温度升高，有效气(H2 +C0)含量降低，CO2含量有所增加，CH,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)01 0086-03Research on coal gaification features of HT - L gasifierMA Tao, LV lan-li, ZHOU Dan(School of Eetromechanical Engineeing, Zhengzhou Univenity of Lighn Induty, Zhenghou 450002, China)Abstract: The paper introduced the gaifcation features of the dometic first set hT - L pulverized coal gasifer with theproprielary nelletual property rghte. The pulerized col gaifer had the advanages of wide difrent coal apliaion,high carthon conversion rate, low enionment pllution and low investment and operation cost. The paeper had a study onthe fatures of the HT - L puverized coal gaifier in Longyu, Puyang. The test data showed that with the temperature ofthe giffer inereased the efelcive gas content (H, + CO) would be reduced, the CO2 content would be increased and theCH, and HCN contents would be steadily reduced.Keywords: Ht - L gasifer; pulverized coal gificaion; steam - coal ratio; oxyen- coal ratio; gaifcationtemperatureHT-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干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Va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2600J的能量，折算煤量为1 HT-L 气化炉粉煤气化装置的技术特性0. 13g500kcal/kg),占进煤量的17%。粉煤气化比水煤1) HT-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%，氟耗量降低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(2.0-4.0MPa)气流度7- 10m/s,固气比480kg/m*,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/C煤的粒度/mm碳转化率/%H+C0含量/%氧气煤比/kg.kg_湿法料浆加压气化3.0-6.51300~ 1400<0.5>9678~81-0.9干法粉煤加压气化4.1500 -2000<0.1>9989~91-0.83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。862010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1800 -6)“自我修复式"耐火材料结构，炉内向外依次有液2150C，气化炉膛允许操作温度1400~ 1900C。煤的灰熔渣、 固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰性气体保护层、高铝点可选范围变寬(1250 ~ 1650C)，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固碳转化率高、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 + H)体积≥90%，CH,体积≤130ppm。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、维护和更换方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2定操作条件下HT-L气化炉煤气化特性火烧嘴、火检为一-体， 独立冷却水外盘管，拆装维护方便。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。表2鹤壁煤的工业分析和元素分析工业分析mg/%元素分析wg/%MAVfeH0, 5015.0011.5489. 404.30I.600.40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4.1MPa较为合适。氧气和水蒸气在单烧嘴内压力损失较压力/MPa.14.14.6大，操作压力设置为4. 6MPa。氧气煤比为0.84，氧气煤比为0.03,氧气和水蒸气耗量较低。出口温度1550C，在HT温度/C80197.21-L气化炉允许范围之内，有效气(H2 +CO)含量达到质量流率23603.76 4009.83 20063. 10 788. 8191%，H2S、CoS、 CH,和HCN含量较低，利于粗煤气后期/kg.h-1的净化工作，达到预期日的。表4辐射室出口粗煤气组成项目H20H2COCO2N2H2SHCNCH4COS出口温度/mol/%3. 56220.4271. 2303.2240.7390.1010.0010.0050.0161550/kmol.h-!72.28414. 241459.732 65. 43114. 9982.0480. 0220.1060.3213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112)。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~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H2O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H,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，媒气的温度就越高。当温度的不断增加，半焦与水蒸汽反应的速度减缓，H2 与O2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H20含量增加，H2 含最降低。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。比煤耗量随气化炉温度变化。由图1和图2可知，在粉煤图1所示的是在蒸汽煤比一-定的条件下，粗煤气中Co和蒸汽量-定的条件下，随着气化炉温度的增加，粗煤气和CO2含最随气化炉温度变化。从图1中可以看出，随着中CO和H,含量减少，即有效气含量减少，所以合成相同气化炉温度的增加，粗煤气中Co量减少，而CO,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70t0.030[0.025冒6050好40f0.0150.010$ 20+CO20.005“+CH;◆HCN4-+●1500 1550 1600 1650 1700 175015001550160016501700 1750气化炉温度/C图1粗煤气中co和CO2含量随气化温度变化图4粗煤气CH, 和HCN含量随气化温度变化综合能耗降低20.67%，达到了很好的节能效果。具体见表5和表6。g 20表5改造前合成甲醇综合能耗表专15t规格单位折能/CJ消耗定额能耗/CJ原料煤/126.651.642. 6410蒸气(0. 5MPa饱和)/1 2.7210.832. 258锅炉给水/0.02852.10. 060电/kWh0.0118399011.712日。十HzO循环水/!0. 004192921.223总能耗S7. 89气化炉温度心图2粗煤气中H2和H20含随气化温度变化表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/CJ消耗定额能耗/GJ0.70原料煤/23. 701.3632.2320.65蒸汽(5.0MPa, 270C)/t 3.787-0.66-2.500.60中压蒸汽(3.82MPa420C)/1 3.6753.01生0.低压蒸汽(0.5MPa饱和)/t 2. 721-0.61-1.6600.503.360. 9580.450.011838 299. 893.550.40 |+比氧气耗量循环水/1542. 002.27十比煤耗量0.3545.92气化炉温度心C圈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粉媒加压气化炉图4所示的是在蒸汽煤比- -定的条件下，CH,和HCN示范装置投料开车成功，将打破国外品牌在世界上的垄断，含量随气化炉温度变化。随着气化妒温度的升高，粗煤气实现粉煤加乐气化装置国产化，对国家调整经济结构、建中CH,和HCN含量减少。由于随着气化妒温度升高，由图设新型能源及实施国家能源安全有着重大的战略意义，标2可知生成的H2量减少，参与甲烷化反应的H,减少，同志着中国煤化工产业技术进人新的领城，跨人世界先进行时气化炉温度越高，CH的分解速度越高，致使CH含量列。以CO2为输送气体的粉煤气化，之前还没有成功的经验和相关数据，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: .4结[1]张大晶 浅析相关参数对气流床粉煤加压气化的影响[J].通过对比改造前后的能耗，发现改造前吨甲醇能耗煤化工，2008, (5): 44-46.57. 89GJ,改造后吨甲醇能耗45.92GJ,单位产品能耗下降[2] 徐越，吴宁，危师让.基于Shell煤气化工艺的干煤粉加11. 97GJ,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， 2003,1795500GJ, 折标煤5360t。万元CDP能耗下降47. 88GJ,37(11): 132-1136(责任编辑赵巧芝)8