加压灰熔聚流化床粉煤气化技术的研究与开发

1、第22卷第3期山西化工V o l.22N o.3 2002年8月SHAN X I CH E M I CAL I NDU STR Y A ug.2002加压灰熔聚流化床粉煤气化技术的研究与开发王洋(中国科学院山西煤炭化学研究所,太原030001摘要:在50.2m、压力1.5M Pa、日处理量3t4t煤的加压灰熔聚流化床粉煤气化试验装置上进行了府谷煤的气化试验。考察了压力、温度对煤处理量、碳转化率、排灰碳含量、煤气组成等工艺指标的影响,证实气化强度正比于操作压力的0.70.75次方,同时进行了高温颗粒移动床除尘试验。试验运行验证了工艺的可行性。关键词:煤气化技术;灰熔聚;研究引言中国一次能源以煤炭

2、为主,迫切需要发展洁净煤技术。煤气化是洁净、高效利用煤炭的主要途径之一,城市煤气、化工合成用原料气和先进的联合循环发电用燃气是煤气化发展和应用的主要对象。从当前国内外煤气化技术发展趋势上看,大型化、加压、适应多种粉煤、低污染、易净化是煤气化发展方向1。我国的先进煤气化技术以及相应的煤气高温净化技术都还处于开发阶段,从1980年起,在中国科学院、国家科技部(原部委和计委的支持下,山西煤炭化学研究所开始了灰熔聚流化床气化技术开发。经历了近20年的研究开发,已取得可喜成果,2现“灰熔聚流化床粉煤气化技术”的工业化示范项目(常压,100t (d台已完成,正在积极推广。为了适应化工合成以及先进发电技术的

3、发展需要,在“九五”期间作为中科院重点科研项目,进行了加压煤气化技术的开发研究以及高温颗粒过滤器的研究开发,并取得了一定进展。本文介绍了加压灰熔聚流化床粉煤气化小型试验以及高温颗粒移动床过滤除尘的试验结果。1加压灰熔聚流化床试验装置及工艺流程1.1试验装置及工艺流程加压灰熔聚流化床粉煤气化试验装置工艺流程如图1(见第5页所示,流程包括6部分:备煤、供气、气化、除尘、废热回收、粗煤气除尘。加压气化炉设计压力1.5M Pa(表压,气化炉内径为200mm,上部扩大段内径为300mm,炉体总高度约4.7m。原煤经螺旋给料器进入气化炉,粗煤气从气化炉流出后,经旋风分离器粗除尘后进入废热回收系统,在废热锅

4、炉出口开有侧线煤气管路,侧线煤气进入错流式颗粒移动床煤气精除尘试验装置系统,进行热煤气的精除尘试验。这部分主要包括上、下除尘颗粒料罐、移动床除尘器、下料螺旋绞龙及测量系统等。1.2原料表1是试验用煤的分析数据,府谷煤属于弱粘结性长焰煤,具有低硫、低灰、低灰熔点的特点,灰分中CaO、Fe2O3的含量高,试验用煤平均粒径0.558mm。表1府谷煤工业和元素分析样品工业分析M ad A ad V ad元素分析C ad H ad S L.ad O ad N ad府谷煤4.329.2229.3263.524.930.4016.690.92 2试验结果与讨论在5200mm加压流化床气化炉上共进行47次试验

5、,累计约300h,操作压力0.5M Pa1.43M Pa(表压,收稿日期:2002206227作者简介:王洋,男,1940年出生,1962年毕业于北京石油学院,现为中国科学院山西煤炭化学研究所研究员,博士生导师,国家重大基础研究项目(973首席科学家,国家有突出贡献的中青年专家,山西省洁净煤技术专家。主要从事化学反应工程、流化床反应器技术研究,开发了萘氧化制苯二甲酸酐、丁烯氧化脱氢制丁二烯及灰熔聚流化床煤气化反应器,近年主要从事流化床煤气化反应器的放大、煤气化技术在含碳废弃物处理中的应用研究。温度800980,进料量60kg h 168kg h (气化强度1910kg h m 25347kg

6、h m 2,最高压力达到1.43M Pa (表压,煤气热值大于5016kJ Nm 3。由于没有飞灰返回装置,碳转化率在70%85% 。1皮带输送机;2破碎机;3埋刮板;4筛分机;5回转干燥炉;6埋刮板;7煤仓;8给料器;9斗提机;10煤储罐;11平衡斗;12进料斗;13螺旋进料器;14加压气化炉;15上灰斗;16下灰斗;17一级旋风分离器;18二级旋风分离器;19一级飞灰斗;20二级飞灰斗;21废热锅炉;22空气预热器;23水洗塔;24砂子储罐;25错流移动床除尘器;26除尘绞龙;27砂子下储罐;28空气分气缸;29蒸汽分气缸图15200mm 加压灰熔聚流化床粉煤气化工艺流程简图2.1压力对气

7、化的影响提高压力,则提高反应物的浓度,反应速度增加,气化强度增加。小型加压流化床气化炉试验结果与理论预测值基本一致,在相同碳转化率情况下,气化强度上升,且与压力的0.70.75次方成正比,见图2。从煤气组成上看,甲烷的含量随压力增加有所增加(从常压的<1%提高到2.5%3.0%,因而煤气的热值也提高,但煤气组成、煤气热值变化不明显。气化压力增加,气化反应速度增加,在相同进料量和反应温度条件下,碳转化率、冷煤气效率应随气化压力的增加而增加,见图3(见第6页。另外,随着压力增高,反应速度增加,排灰中碳含量明显下降,碳利用率增加。2.2温度对气化的影响温度对加压气化反应影响与常压时相同,唯在小

8、直径装置上,因床层高径比较大,粒子混合较差,床内容易结渣,因而只考察了900970范围 。图2气化强度与压力的关系由图4、图5(见第6页可见,随着温度升高,碳转化率升高,排灰碳含量下降。2.3加压气化装置的控制及运行稳定性加压流化床气化炉的平稳运行取决于操作气速(影响床内固体混合程度及空气 蒸汽的配比。图6(见第6页是气化炉连续运行的典型曲线,试验进行10.5h ,进煤1.5h 后气化炉达到稳定运行状态。在连续运行过程中,气化炉压力、温度、床内存料量、5第22卷第3期王洋,加压灰熔聚流化床粉煤气化技术的研究与开发 图3碳转化率、 冷煤气效率与气化压力的关系图4 碳转化率与气化炉床层温度的关系图

9、5 排灰碳含量与气化炉床层温度的关系图6加压流化床气化炉试验装置典型运行曲线空气 煤比、蒸汽 煤比、进气量、煤气产率以及煤气组成都很稳定。由图中曲线可以看出,整个过程中床温的波动范围在30以内,煤气各组分组成变化<2%。2.4高温颗粒移动床除尘装置试验结果颗粒移动床除尘装置设计压力1.5M Pa ,设计温度200,滤料厚200mm ,气体流量120Nm 3 h ,试验滤料为平均粒径1.63mm 石英砂。当气化炉达到预定压力稳定运行,且废热锅炉出口温度大于260时,开启热煤气侧线阀门,热煤气进入除尘器,滤层温度开始升高,当进口温度稳定后(170230,调整煤气流量,进行进出口粉尘含量测定。

10、粉尘取样装置为自制等速取样器,煤气减压后用转子流量计计量,进口粉尘收集用烧结金属丝网管(网孔直径5m ,出口粉尘收集用玻璃纤维无胶滤筒(天津市乐星环保监测仪器厂。在煤气处理量达60Nm 3 h 80Nm 3h 、进口温度160220、进口压力1.0M Pa (表压下,进口煤气粉尘含量平均在3.9g Nm 3,出口净煤气粉尘含量<100m g Nm 3,除尘效率>97%,见表2,除尘效率与冷试结果一致3。出口含尘量较高的原因可归纳为两点:a 过滤介质厚度不足,滤料厚度(200mm 根据常压冷试结果设计,而未考虑加压工况下进口煤气粉尘浓度的增高;b 进口粉尘粒径小,粉尘粒径为2.9m

11、4.0m 。表2高温煤气除尘数据试验编号煤气流量 Nm 3h-1砂子流量 kg h-1入口气温度 出口气温度 入口气压力(表 M Pa入口气粉尘量 g Nm-3出口气粉尘量 m g Nm-3除尘效率 %压降kPa332143076.6250.62031191.043.377.5597.5933.0332154075.8625.31811221.048.095.6598.80342114581.7450.62001251.03.249.8098.427.3342124882.4150.62231261.032.723.7399.1212.5342133082.6850.62161271.041.

12、854.0097.0015.96山西化工2002年8月3结论加压流化床粉煤气化试验表明:(a 在加压流化床粉煤气化正常工作条件下,气化强度与压力的0.70.75次方成正比(表压01.4M Pa 。(b 与低压气化结果相比,提高压力,碳转化率、冷煤气效率均有提高,排灰碳含量降低。(c 加压流化床的平稳运行要求与常压时几乎一样的床层膨胀比,以保证良好的混合、传热,在此条件下,调整相应的进煤量和气化剂量,保持稳定的气化反应,即可保持气化炉的稳定运行。(d 气化府谷煤时,煤气热值达到4598kJ Nm 35434kJ Nm 3,甲烷含量2.5%3.0%。(e 所设计的高温颗粒移动床除尘器煤气处理能力达

13、到60Nm 3 h 80Nm 3h ,除尘气速0.1m s 0.2m s ,除尘效率>97%,出口煤气粉尘含量<100m g Nm 3,还有待进一步改进。(f 根据试验结果,可预测52.4m 流化床气化炉单台气化能力达15000kg h (1.0M Pa 24000kg h (2.0M Pa ,即360t(d 台570t(d 台,能满足大型合成氨厂的需要,并为IGCC 发展做好基础。参考文献1沙兴中,杨南星.煤的气化与应用.上海:华东理工大学出版社,1995.Research and D evelopm en t of the Pressur ized A sh Agglom er

14、a ti ng Flu id izedBed Coa l Ga sif ica tion TechnologyW ang Yang(I n stitute of Coa l Che m istry ,Ch i nese Acade m y of Sc iences ,Ta iyuan 030001Abstract :T he gasificati on test of Fugu coal w as carried ou t on a p ressu rized ash agglom erating flu idized bed coal gasifier (0.2m in side diam

15、eter ,1.5M Pa operating p ressu re ,3t 4t coal d .T he effects of p ressu re and temperatu re fo r coal th roughpu t ,carbon conversi on ,carbon con ten t in the ash ,compo siti on of raw gas etc .w ere investigated .A cco rding to the experi m en tal resu lts ,the gasificati on in ten sity p ropo r

16、ti on s to the 0.70.75pow er of operating p ressu re .T he h igh temperatu re moving bed de 2du sting experi m en t has also been done and the techno logy po ssib ility w as testified .Key words :coal gasificati on techno logy ;ash agglom erating ;research(上接第3页I nvestiga tion of A sh Agglom era ti

17、ng Flu id ized BedCoa l Ga sif ica tion TechnologyW ang L ey i(Cen ter of Shanx i Che m ica l I ndustry I nfor ma tion ,Ta iyuan 030001Abstract :W ith the investigati on of “A sh A gglom erating F lu idized Bed Coal Gasificati on ”techno logy ,the key featu res and advan tages of th is p rocess have been in troduced in th is paper .Som e comparison s w ith si m ilar techno logies have been done and the oppo rtun ity and con test th is techno logy faced w ith has also been described .It w as po in ted ou t that the indu strializati on of th is techno logy w ill be a gre