煤气化有机热载体炉设计与开发

20工业锅炉2012年第3期(总第133期)文章编号:1004-8774(2012)03-20-03煤气化有机热载体炉设计与开发李玉红',陈千(1.中国核电工程有限公司,北京100840;2.河北金茂源热能设备有限公司,河北衡水053000)摘要:混合煤气发生炉 与有机热载体炉配套使用符合混合煤气生产流程(即不洗涤降温,不贮存随产随用),有利于提高可燃物质的燃尽率,提高有机热载体炉的热效率,既节能又环保。关键词:煤气化有机热载体炉;节能环保;设计第一作者:李玉红中图分类号:TK229.92*1文献标识码:A(1976-),工程师，华北电力学院硕士Design of Organic Heat Transfer Material Heater研究生毕业,现任职Combined with Coal Gasification于中国核电工程有限公司。LI Yu-hong' ,CHEN Qian2(1. China's Nuclear Power Engineering Co. Ld, Bejjing 100840,China;2. Hebei Jnmaoyuan Thermal Equipment Co. Ld, Henghui 03000,China)Astrat:The ulizatin of orgnie heat tanter material heater combined gsifcation is adapt to mix gs producingpocesses. h ean impove the orgaie heat tansler material heater's eficiency and make it enirnmental fiendly.Key words: organic heat transter material heater combined gifiatioi; energy saving and enironmentalprotection;development0前言贮装置,煤加工能耗也比较高。另外,煤粉燃烧需要有机热载体炉以燃煤燃油、燃气的方式提供热很大空间，否则燃烧不尽,而很大很高的燃烧炉膛会能,但由于各种燃油和燃气资源缺少,价格昂贵,所增加制造安装难度,并且会大大提高炉膛受热面的以绝大多数有机热载体炉都采用燃煤的方式提供热导热油流通阻力,故不大适合有机热载体炉11。能。燃煤方式又分为手烧固定炉排、机械化层燃炉当前,混合煤气发生炉的设计、制造比较成熟，排鼓泡沸腾床和循环流化床,以及水煤浆和煤粉空其应用在化工行业相当广泛,但在有机热载体行业间室燃等方式。手烧固定炉排有燃烧周期性,在每应用似乎未见报道,兖其原因可能是混合煤气发生次加煤后都会出现冒黑烟情况,只用于小容量有机炉装置需要较大的投资,甚至超过了小容量有机热热载体炉,因为结构简单、投资省,在远离城市的地载体炉本身的投资,使很多小容量有机热载体炉需区目前还有一定市场,但随着环保要求越来越严，国求者难以承受。随着有机热载体炉容量增大,混合家明确规定手烧固定炉排燃煤锅炉为淘汰产品并列煤气发生炉所占投资比例会逐步减少,同时随着环人淘汰类产品目录。机械化炉排虽然没有燃烧周期保要求越来越严,混合煤气发生炉与有机热载体炉性,但由于煤种、煤的粒度的变化、煤层厚度及配风配套使用将成为新的趋势。等各种因素影响，加上操作熟练程度,也经常出现烧混合煤气发生炉与有机热载体炉配套使用最适不透和冒黑烟情况。大型有机热载体炉可选用鼓泡合混合煤气热流程(即:不洗涤降温,不贮存,随产沸腾床和循环流化床以及水煤浆和煤粉燃烧方式。随用中国煤化工i的混合煤气二次但鼓泡沸腾床和循环流化床需配高压鼓风机,电耗燃烧YHCN M H Gf以其可燃物质的高;水煤浆及煤粉加工需要复杂的煤加工设备及供燃尽率特别高，包括随混台煤气带出的煤焦油之类的碳氢化合物以及煤炭颗粒都会燃烧殆尽,从而大收稿日期:201203-28大提高了有机热载体炉热效率和环保性能。如此研究与开发●煤气化有机热载体炉设计与开发21可以省略有机热载体炉尾部除尘装置,也减少了有炉、燃气有机热载体炉、第- -级空气预热器、1'鼓风机热载体炉的部分投资。机、第二级空气预热器、2*鼓风机、引风机、烟囱、辅1锅炉 系统简介助系统及控制系统等,如图1。.煤气化有机热载体炉系统包括混合煤气发生软化水C用并四我51-混合煤气发生炉2- 燃气有机热载体炉3- 第- -级空气预热器4- -1'鼓风机5- 第二级空气预热器6- -2“鼓风机7-引风机图1煤气化有机热载体炉系统图当燃煤由加煤斗投入煤气发生炉后,遇到由下出口进入有机热载体炉燃绕器燃烧产生的高温烟气部鼓人炉膛的气化剂(空气和水蒸气)便发生化学完成辐射和对流换热后,经引风机排人大气。反应,并沿料层高度方向向上形成五层,自下而上3 煤气化有机热载体炉设计为:灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层。.煤气化有机热载体炉设计基本与燃油燃气的鼓入的气化剂,首先经过灰渣层,并在此层中得有机热载体炉设计相同。有机热载体炉的辐射受热到预热,当上升进人高温的氧化层时,碳和氧发生了面和对流受热面均适合采用立式多层圆形或方形盘下列反应: .管筒结构,制造简单。管筒结构双面受气流冲击传2C +0=2C0+Q热,同时兼气体流程导引及支撑,金属耗量比较小。2C0 +O2 =2CO2 +Q特别是中间高温,四周低温,热量散失少,绝热保温C+0=CO2 +Q简单,保温材料使用少([]。表2~表5为YQW一几个反应都是放热反应,温度很高,该层称为氧4700- -MQ(400 万千卡)煤气化有机热载体炉燃用化层。表1所示成分的混合煤气时的设计计算结果。氧化层中产生的热气继续.上升,与上层燃料接麦1 混合煤气成分%触,产生了还原反应。主还原层中的反应主要是:0CH,NzCO2 +C =2C0 -Q14. 724.80.30.55C+H20=CO2 +2H2 -Q表2混合煤气需用量计算结果C+H20=CO+H2-Q单位计算结果次还原层主要生成的一氧化碳与过剩的水蒸气混合煤气发热值keal/m'(标态) 1 226反应:混合煤气燃烧理论空气量m'/kg (标态)1.07CO+H20=CO2 +H2 +Q混合煤气燃烧后烟气量2. 209此外,还有生成甲烷的副反应:C +2H2 =CO, +Q200 C烟道气的比热keal /m'0.339 3还原层中产生的热气体再往.上升,加热了上面排烟损失12的煤层,燃料中的有机挥发物和水分被干馏、蒸发出散热损失3中国煤化工15来,形成了千馏层和干燥层。生成的煤气(CO、H、3 953_CH.、O2、N2、CO2混合物)聚集在料层以上,经煤气YHCNMHG22工业锅炉2012年第3期(总第133期)衰3混合煤气最高燃烧温度计算结果名称单位计算结果混合煤气进燃烧室温度450空气量m5 499烟气量8732空气经预热后温度C200混合煤气平均比热keal/ (m'.C )0. 340助燃空气平均比热keal/ {m'.C )0.313混合煤气和助燃空气混合后平均比热0. 325燃烧室进口气休平均温度燃烧产物在计算温度下平均比热keal/( m'●9)0.44燃烧室平均温度1223混合煤气最高燃烧温度1 531表4燃气有机热载体炉受热面吸热计算结果烟道气由1531 C-+970 C平均比热keal/ (m’.C)0.43炉膛受热面吸热量kcal2106420烟道气由970 C- +330 C平均比热kcal/ (m'●C)0.38对流受热面吸热量kceal2123 622燃气有机热载体炉总吸热量4 230 042表5空气预热器计算结果而不利用热水或蒸汽,所以该系统未配置尾部烟气热水或蒸汽换热器,所以有机热载体炉的排烟温度较高。第一级空气预热器吸热量keal391 6304结语第一级空气预热器敬热损失(5% )372 049第一级空气预热器热风温度216随着国家对工业锅炉节能减排重视程度的不断第一级空气预热器面积.m2155提高,研发高效节能环保工业锅炉将是大势所趋。第二级空气预热器吸热量cal147 571第二级空气预热器散热损失(5%) keal140 192煤气化有机热载体炉的研发成功,将有利于促进有混合煤气发生炉用空气量m'/h2752机热载体炉行业的发展。盟第二级空气预热器热风温度63参考文献第二级空气预热器面积n2126[1]林宗虎，徐通樸.实用锅炉手册[ M].北京:北京化学工以上计算说明混合煤气燃烧热效率应大于业出版社,2009.85% ,因为第二级空气预热器回收的热量没有进入[2]赵欣刚,齐鹿扬.有机热载体炉[ M].北京:中国计量出混合煤气燃烧系统,其热平衡计算只能算到姻道气版社,2008.出口200 C。[3]工业锅炉设计计算方法编委会.工业锅炉设计计算方法由于多数用热系统只利用高温有机热载体供热，[M].北京:中国标准出版社,2005., 简讯●“煤粉工业锅炉行业标准制订技术研讨会”会议召开为总结煤粉工业锅炉的技术成果,推动煤粉工业锅炉产品的技术进步.为煤粉工业锅炉的安全、节能、环保运行提供技术保障,上海工业锅炉研究所于2012年5月9日至10日在山西省太原市组织召开了“煤粉工业锅炉行业标准制订技术研讨会" ,20名来自高等院校、科研单位和锅炉制造企业、锅炉监察部门的专家、教授和代表参加了会议。专家与代表们- -致认为:煤粉工业锅炉在我国尚属于新兴产品、处于摸索和发展阶段,工业煤粉锅炉及其推广应用均有别于传统煤粉锅妒。我国现有的锅炉标准体中国煤化工品标准和技术要求,生产和使用单位只能参考相近的产品标准,基本是凭经验;MHCNMH G市场经济需要标准,行业的交流合作与竞争也需要行业标准的正确引导,因此制疋(保初上业网厂)你任利该类锅炉的设计、制造、使用和管理予以规范显得尤为重要。(上海工业锅炉研究所行业工作部供稿)