煤质对固定床气化炉气化性能影响的工业试验研究

第28卷,总第159期《节能技术》VoL 28，Sum. No. 1592010年1月,第1期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOCYJan. 2010, No.1煤质对固定床气化炉气化性能影响的工业试验研究宿凤明,刘江,米文真(中国电能成套设备有限公司,北京 00011)摘要:在使用 烟煤作为设计气化燃料的Lurgi 固态排渣气化炉上,进行了褐煤气化实验,获得了褐煤固定床气化的工业实验数据。通过优化实验,确定了煤质改变条件下的Lurgi固定床气化炉的最佳工艺参数,并获得了褐煤的最佳气化指标。研究表明,针对煤质的特殊性采取一些针对性措施，可以在使用烟煤的固定床气化炉上完成褐堞气化,为设计褐煤固定床气化提供有力的参考。关键词:气化;固定床;工业试验;褐煤中图分类号:TK229. 8文献标识码:A文章编号:1002 - 6339 (2010) 01 -0021 -04Industrial Test Research on the Influence of CoalTypes to Fixed - bed GasifierSU Feng - ming, LIU Jiang, MI Wen - zhen(Electric Power Complete Set of Equipment Co. , Ldd, Bejing 1001, China)Abstract: The gasification tests were performned on a Lurgi gasifier by using the lignite as the gasified fu-el, whereas the original designed fuel of this gasifier is bituminous coal. According to the data obtainedfrom the optimized tests , the optimum conditions under specialized coal types were determined, and theoptimum gasification courses were researched under these conditions. It was indicated that lignite gasifica-tion is possible on gasifter with bituminous coal as the originally designed fuel, but some special measure-ments to the practical fuel were necessary during the gasification.Key words :Gasification; Fixed - bed; Industrial test; Lignite以来到现在,我国有3000多台固定床气化炉在运0前言行,其中国内应用最为广泛的炉型为由原联邦德国煤炭作为我国最主要的一-次能源,占我国能源鲁奇公司开发的Lurgi加压固定床气化炉。消费比例的70%以上。高效清洁地利用煤炭对于Lurgi气化炉对煤种和煤质有一定要求,适合使保障我国的能源供应安全,实现环境和经济的可持用弱黏结、高灰熔点的煤种，对强黏结性、热稳定性续发展具有重要的意义。煤的气化技术是洁净煤技差、灰熔点低以及粉状煤则难以使用,因此Lurgi气术的一部分,在洁净煤技术中占有重要的位置。从化炉设计煤种-般以烟煤为主。 气化过程对用煤的我国煤气化技术应用的现状来看,固定床煤气化技稳定性要求较为苛刻,如果气化用煤的煤质和设计术目前仍有其自身存在的优势。自20世纪50年代煤质”:安全性和可靠性中国煤化工带来-化的技术经济指收稿日期2009-12 -24修订稿日期2010-01 -19标。YH.CNMHG:件下运行的工作作者简介:宿凤明( 1970~ ) ,男,博士学位。能力,对多煤种的气化操作条件进行优化,扩宽Lur-●21●gi气化炉的煤种应用空间,提高煤气化效率,具有重要的应用价值。煤斗文献[3]对固定床气化过程中的关键影响因素对气化过程的影响规律进行了理论研究,重点考察煤债了汽氧比、气化强度等对气化指标的影响规律;文献徽冷掖[4 ,5]通过实验和理论研究,分析了褐煤固定床气化过程的关键影响因素及其- -般规律。 但上述所做黴冷器水夹套的工作没有涉及一台气化炉改变煤质条件下的气化过程的特性规律。粗煤气在使用烟煤作为设计气化燃料的Lurgi固态排旋转炉篦气化剂渣气化炉上,进行了褐煤气化实验,获得了褐煤固定床气化的T.业实验数据。通过优化实验研究,确定灰债了煤质改变条件下的Lurgi固定床气化炉的最佳操干式出灰作条件,并获得了烟煤和褐煤的最佳气化指标。图!鲁奇固定床气化炉示意图1试验 系统及其试验方案所使用的煤质包括烟煤和褐煤两种,其中烟煤工业试验在Lurgi固定床气化炉上进行。实验是气化炉的设计煤质,褐煤是考虑拓宽煤种后拟采系统由一个气化炉及其附属设备组成,包括煤仓、煤用的实验煤质。煤质情况见表1。试验用褐煤属于锁气化炉、灰锁、洗涤冷却器、灰锁膨胀冷凝器、废年轻褐煤,煤中水分高、灰分适中、堆比重较小硫含热锅炉、粗煤气分离器以及液压、润滑系统等。气化量较低,活性好,适用于作为鲁奇加压气化的原料。过程采用的是自热式逆流移动床连续气化工艺,以为考察气化的性能,参考通用的煤气化性能指碎煤为原料,以蒸汽和氧气为气化剂,在2.85 ~标的定义,规定如下经济性指标的定义。3.0 MPa压力下,进行气化反应生成粗煤气。粗煤汽氧比:送入气化炉的水蒸气质量和氧气质量气经气化炉上部出气口后进人喷淋洗涤冷却器,用比。循环煤气水将粗煤气中的大部分粉尘和焦油洗涤下粗煤气产率:送入气化炉的单位质量的煤所产来,并且将粗煤气激冷到201C。生的粗煤气的质量。气化炉底部的灰通过旋转炉篦上的三把刮刀刮气化强度:单位时间单位气化炉截面上产生的入灰锁。正常情况下根据人炉煤的状况、排出灰的粗煤气的标准体积。颜色、块度、炉篦电流粗煤气分析等来判断和调整气化效率:气化生成煤气的化学能与气化用煤汽氧比。汽氧比的控制是自动比值调节。通过调整的化学能之比。汽氧比始终保持气化炉在+排淹T.况下运行。表1试验 用的煤质情况ladadFCadSt,aed Qnel,arDSF煤质%MJ/kg__ Cc烟媒6-11 16~30 25-32 38-42 0.5-0.8 4300 1 1901 2201 250褐煤19. 5115. 0631.0234.400.4315.711 1131 226(1)经济性指标2试验结果及 其分析气化经济性指标是选择气化条件的最重要的因工业试验分为四个阶段进行,即:(1)最佳汽氧素之一。在本次固定床气化工业试验中,重点考察比实验阶段;(2)在最佳汽氧比条件下满负荷稳定了汽氧比、粗煤气产率、气化强度和气化效率在气化运行实验阶段;(3)高负荷试验阶段;(4)CO2返炉炉变煤质操作时的变化情况,同时通过对粗煤气的试验阶段。的成分分析,获得了试验用烟煤和褐煤的煤气成分。通过上述各个阶段的试验,对两种煤质的经济表中国煤化工比,表3为气化煤指标和操作特征进行了综合的总结,获得了变煤质MHCNMH G煤的发热量低于烟条件下气化的操作条件及其气化参数。煤的发热量,以及由于烟煤和褐煤在气化反应条件●22●上的巨大差异,造成了烟煤和褐煤在气化经济性和煤有关。由于褐煤的发热量偏低,所以在褐煤的汽气化煤气成分上的差异。在从试验数据对比看,在化强度远高于烟煤的条件下,褐煤的粗煤气产率却气化煤气成分上,烟煤和褐煤的主要煤气成分，即低于烟煤。CO和H2的含量差异不大，差异在2%左右;CH4的从气化的主要经济性指标和煤气成分的分析含量略有不同,褐煤偏多。从气化的经济性指标看,看,以烟煤设计的气化炉进行褐煤的气化过程不存在获得相同的气化效率的前提下,褐煤的汽氧比要在问题,但是在进行气化过程运行操作时,需要进行高于烟煤的汽氧比,这主要和褐煤中C/H比低于烟特殊的考虑。表2气化经济 性的对比汽氧比，煤耗，氧耗，然汽消耗，粗煤气产率，气化强度，气化效率，煤质%V/km'粗煤气m'/km'粗煤气y/km3粗煤气m2/1煤 m' 粗煤气/m2. h_ %__‘烟煤5.60.751450.861 2582 84070.5褐煤6.91.061260.879463 49870.6表3试验 获得的煤气主要成分粗煤气热值，Cth2CH4CO2N)2H2S C.H,W/m'烟煤2559.4. 186 819.86 39.37 10.79 29.22 0.28 0.4 0.12 0.612646*4.186817.22 38.56 13.21 29.63 0.3 0.39 0.323 0.7(2)加煤频次渐抬高，煤锁下部缺煤较多。试验证明负荷在试验所用的褐煤的堆密度平均为780 kg/m' ,设6 000 Nm'/h时为试验最大极限负荷,再要提高负荷计用烟煤的堆积密度平均为920 kg/m' ,由于褐煤中仍受加煤频次制约。的无用组分,即全水分加灰分占48%,远高于烟煤(4)气化炉排灰中,造成褐煤气化时,气化炉加煤频次增加。正常生利用设计的烟煤进行气化试验时，在产中要长期维持高的加煤频率是不现实的,这将影5000Nm'/h氧负荷时的气化炉排灰量与褐煤相比响气化炉的稳定操作。偏低。Lurgi气化炉主要考虑炉篦匀速转动达到排灰和均匀布气调整工况的目的，根据试验的灰分,建议炉篦安装二把刮刀是适宜的。(5)温度控制通过试验发现，气化炉粗煤气出口温度应控制在210~240C之间,不宜超过270C。炉顶温度低造成夹套耗水减少，导致气化炉的夹套自产蒸汽量少。在保证相同量气化剂供应的前提下,外供高温蒸汽所占比例就会较大,这会导致气化剂温度升高,4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 620因此通过试验发现气化剂温度易控制在354C左氧负荷.Nm3/h右。囝1 加煤频次随氧负荷的变化(6)气化炉T.况褐煤的加煤频次高于烟煤。试验中加煤频次虽然试验褐煤的热稳定性较低,但在整个试验最大值出现在氧负荷为6000 Nm2/h的时候,加煤的过程中,气化炉工况稳定,没有由于煤质原因造成气间隔时间达到了3.5min。正常生产中要长期维持如化炉大幅减负荷的情况发生。此高的加煤频率是不现实的,这将影响气化炉的稳3结论定操作。因此需要牺牲气化过程的经济性来保证系统的可靠性和安全性。(1)利用褐煤在Lurgi 型气化炉上进行完全工(3)气化炉氧负荷业化试验,结果表明试验褐煤用作固定床干排渣加试验褐煤正常氧负荷试验值为单炉压气4中国煤化工5000Nm'/h单炉负荷提高到5500Nm2/h时,气化TH.CN M H G件下,褐煤的正常炉仍能正常运行，这应该是气化试验的最大负荷。负荷为500Nm/h,遇过咼负何试验,褐煤的最大当负荷提高到6000Nm'/h时,煤锁阀下温度高点逐负荷为5500Nm'/h。在煤质稳定和加煤系统正常的●23●情况下,试验褐煤的极限负荷为6000Nm'/h,在此参考文献负荷下短时间运行也是可行的。[1]尤彪，詹俊怀，固定床煤气化技术的发展及前景(3)褐煤气化试验获得的净煤气中氢碳比为[J]. 中氮肥, 2009(5): 1-7.1.86,而甲烷含量较高,H2含量偏低，这是由褐煤的[2]黄戒介，房倚天，王洋.现代煤气化技术的开发与进展[J].燃料化学学报,2002, 30(5): 385 -391.特性决定的。(4)由于气化炉煤质的改变,气化炉的排灰量[3]项友谦,朱素英.固定床煤炭加压气化过程的模拟会发生变化,褐煤气化时排灰量要少于设计用烟煤与优化[J].煤气与热力, 2003, 23(10): 587 -590.. [4]戢绪国,步学朋，王鹏，褐煤固定床加压气化的特的排灰量,这会造成气化炉下面炉篦转速的变化。性[J].煤气与热力, 2004, 24(3): 119 - 121. .为了有效协调气化炉排灰和均匀布气的矛盾,需要[5]戢绪国.煤加压固定床纯氧气化的试验研究[J].改变炉篦的数量,保证在减少排灰能力的条件下,保煤气与热力, 2005, 25(2): 1-4.持合适的布气。.(上接第17页)由于只有5~7月份的部分数据,可能未覆盖所坐标代表这个时间点所对应的冷负荷。图中显示实.有频谱,造成神经网络模型预测部分误差,其次,流际值与仿真值相当吻合,说明建立的模型精度较高。量计装在冷水机组侧,即旁通阀内侧,特别在过渡季6000节,为了保证冷水机进水流量稳定,部分水直接从旁通阀进入回水管道,这时流量计所测的流量是负荷4500水和旁通水之和,将直接影响我们所计算的空调冷负荷的准确度和负荷预测的精度。350030004总结25002000(1)本文采用BP神经网络模型对空调负荷进15005010150200250300330400450300行预测,取得了较好的预测结果,为下一步利用已建时间.min圄3 5-7 月份数据建模结果立的模型进行负荷预测控制打下基础。(2)神经网络良好的非线性映射能力,对具有预测结果见表1大滞后非线性的中央空调系统负荷建模带来了方表1 9月份预测结果便。MRECFFP预测结果0. 09450.10560. 0813(3)由于城建国际大厦位于浦东区,而采用的图4横坐标与纵坐标意义同图3。图中显示模室外气象参数来自徐汇区,两地存在一定的地理距型的9月份输出值(即预测值)能较好的跟踪实测离。若能获得浦东的室外气象参数,相信能进一步值。表1显示相对误差低于10% ,通过Excel统计提高预测精度。分析得到预测值和实际值的相关系数为0. 833,达到工程上0.75的要求,说明神经网络预测空调冷负[1]赵哲身公共建筑空调能耗分析和节能[C].第三届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会.北京,2007.荷是比较可靠的。[2]陈柳,吴冬梅.空调负荷预测探讨[J].制冷,2007,26(3):32 -34.4000 ...俊.[3]李元旦.建筑物空调负荷预测方法及冰蓄冷空调系统运行优化控制研究[ D].上海:同济大学202.6.[4]岳前进,季顺迎.辽东湾冰季太阳辐射分析[J].海洋与湖沼2000,31(5) :562 - 567.[5]周开利,康耀红.神经网络模型及其MATLAB仿真程序设计[ M].北京:清华大学出版社,2005. 7.1000204060 80100 720中国煤化工load pedicion for thenext 2and a neural network图49月份数据预测结果[J].MYHCNMH G86- 200●24●