第五节气流床气化法-CM

1、第五节 气流床气化法1. 基本原理和特点基本原理和特点2. K-T气化法气化法3. Shell煤气化工艺煤气化工艺4. GSP粉煤气化法粉煤气化法5. 德士古德士古(TEXACO)气化法气化法本节主要内容本节主要内容1 1、气流床气化基本原理和特点、气流床气化基本原理和特点1.1 1.1 基本原理基本原理气体气体气流床气流床煤粒与气体煤粒与气体同时穿过同时穿过煤粒：煤粒：70%过过200目目气体气体流化床流化床煤粒运动煤粒运动气体穿过气体穿过煤粒：煤粒：3-5 mm气体气体固定床固定床煤粒不动煤粒不动气体穿过气体穿过煤粒：煤粒：6-50 mm 气流床气化是将气化剂气流床气化是将气化剂( (氧气

2、和水蒸汽氧气和水蒸汽) )夹带着煤粉或煤夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合物浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心调度可高达瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心调度可高达20002000左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及生成含一氧化碳和氢气的煤气及。 气流床气化炉内的反应基本上与流化床内的反应类似。气流床气化炉内的反应基本上与流化床内的反应类似。 因此因此, ,原料煤的黏原料煤的黏结性、机械强度、热稳结性、机械强度

3、、热稳定性对气化过程基本不定性对气化过程基本不起作用。起作用。 故，气流床气化除故，气流床气化除对熔渣的对熔渣的特特性有一定要求外，原则性有一定要求外，原则上可适用于所有煤种。上可适用于所有煤种。n 在反应区内，煤粒悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒快在反应区内，煤粒悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒快速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行着燃烧和气化反应。速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行着燃烧和气化反应。n 煤粒之间被气流隔开，单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔煤粒之间被气流隔开，单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，煤粒相互之间的影响较小。渣等过程，煤粒相互之间的影响较小。(1)(1)气化

4、温度高、气化强度大气化温度高、气化强度大 气流床反应器中由于煤粒和气流的并流运动，煤料与气气流床反应器中由于煤粒和气流的并流运动，煤料与气流接触时间很短流接触时间很短( (气流在反应器中的短暂停留气流在反应器中的短暂停留) )，故要求气，故要求气化过程在瞬间完成。化过程在瞬间完成。 为此，必需保持很高的反应温度为此，必需保持很高的反应温度( (达达) )和使用和使用煤粉煤粉( () )作为原料，以作为原料，以和水蒸汽为气化剂，所以和水蒸汽为气化剂，所以气化强度很大。气化强度很大。 基本上可适用所有煤种。气化时要注意原料煤除熔基本上可适用所有煤种。气化时要注意原料煤除熔渣的粘度渣的粘度- -温度

5、特性温度特性. . 挥发分含量较高、活性好的煤较易气化，完成反应挥发分含量较高、活性好的煤较易气化，完成反应所需要的空间小，反之，为完成气化反应所需的空间较所需要的空间小，反之，为完成气化反应所需的空间较大。大。 褐煤不适于制成水煤浆加料褐煤不适于制成水煤浆加料( (为什么为什么?)?)。(2)(2)煤种适应性强煤种适应性强 由于反应温度很高，炉床温度均一，煤中挥发由于反应温度很高，炉床温度均一，煤中挥发分在高温下逸出后，迅速分解和燃烧生成二氧化碳分在高温下逸出后，迅速分解和燃烧生成二氧化碳和水蒸汽，并放出热量。二氧化碳和水蒸汽在高温和水蒸汽，并放出热量。二氧化碳和水蒸汽在高温下与脱挥发分后的

6、残余炭反应生成下与脱挥发分后的残余炭反应生成氧化碳和氢，氧化碳和氢，因而制得的煤气中不含焦油，甲烷含量亦极少。因而制得的煤气中不含焦油，甲烷含量亦极少。 (3)(3)煤气中不含焦油煤气中不含焦油 气流床气化时需用粉煤，要求粗度为气流床气化时需用粉煤，要求粗度为70-80通过通过200目筛，故需较庞大的制粉设备，耗电量大。目筛，故需较庞大的制粉设备，耗电量大。 气流床为并流操作，制得的煤气与入炉的燃料之间气流床为并流操作，制得的煤气与入炉的燃料之间不能产生热交换，故出口煤气温度很高。不能产生热交换，故出口煤气温度很高。 气速很高，带走的飞灰很多，因此，为回收煤气中气速很高，带走的飞灰很多，因此，

7、为回收煤气中的显热和除去煤气中的灰尘需设置较庞大的余热回收的显热和除去煤气中的灰尘需设置较庞大的余热回收和除尘装置。和除尘装置。(4)(4)磨粉、余热回收、除尘等辅助装置庞大磨粉、余热回收、除尘等辅助装置庞大2、K-T 气化法气化法 K-T (Koppers-Totzek)气化法是气流床气化工艺中一种气化法是气流床气化工艺中一种粉煤气化制合成气的方法。粉煤气化制合成气的方法。 如图所示，如图所示，K-T炉炉身内衬有炉炉身内衬有耐火材料的圆筒体，两端各安装耐火材料的圆筒体，两端各安装着圆锥形气化炉头着圆锥形气化炉头 为两个炉头，也有四个炉头。为两个炉头，也有四个炉头。2.1 2.1 气化炉气化炉

8、n 粉煤粉煤(约约85通过通过200目）与氧气和水蒸汽混合物目）与氧气和水蒸汽混合物由气化室相对二侧的炉头并流送入，瞬间着火，形成由气化室相对二侧的炉头并流送入，瞬间着火，形成火焰，进行反应。两股相对气流使气化区内形成高度火焰，进行反应。两股相对气流使气化区内形成高度湍流，反应加快。湍流，反应加快。 n 反应基本上在炉头内完反应基本上在炉头内完成，即在喷嘴出口成，即在喷嘴出口0.5m处处或在或在0.1s内完成。内完成。n 气体在炉内的停留时间气体在炉内的停留时间约为约为1s左右。在火焰末端，左右。在火焰末端，即气化炉中部，粉煤几乎即气化炉中部，粉煤几乎完全被气化。完全被气化。n 6070自气化

9、炉底排出自气化炉底排出;n 其余的熔融细粒及未燃尽的炭被粗煤气夹带出炉。其余的熔融细粒及未燃尽的炭被粗煤气夹带出炉。n 为了防止炉衬受结渣、侵蚀为了防止炉衬受结渣、侵蚀和高温的影响，炉内没有水蒸和高温的影响，炉内没有水蒸汽保护幕。汽保护幕。 保护幕呈圆锥形，包围着粉保护幕呈圆锥形，包围着粉煤燃烧与气化所形成的火焰。煤燃烧与气化所形成的火焰。 原采用原采用砌筑，经常发生故障砌筑，经常发生故障; 后改用捣实的后改用捣实的； 近年改用近年改用含铬耐火喷徐材料，涂层厚含铬耐火喷徐材料，涂层厚70mm，使用寿命可达使用寿命可达35年年; 采用以采用以为主体的塑性捣实材料，其效果也较好。为主体的塑性捣实材

10、料，其效果也较好。 目前，世界上最大的目前，世界上最大的K-T炉在印度，容积为炉在印度，容积为56m3，有四，有四个炉头，采用喷涂耐火衬里，个炉头，采用喷涂耐火衬里，可，可副产高压蒸汽。副产高压蒸汽。 K-T气化工艺流程包括：煤粉制备、煤粉和气化剂的输气化工艺流程包括：煤粉制备、煤粉和气化剂的输送、制气、废热回收和洗涤冷却等部分送、制气、废热回收和洗涤冷却等部分2.2 2.2 气化工艺气化工艺6-辐射锅炉辐射锅炉 7-废热锅炉废热锅炉10-冷却洗涤塔冷却洗涤塔 12-最终冷却塔最终冷却塔 小于小于25mm的原料煤送至球磨机中进行粉碎，从燃烧炉的原料煤送至球磨机中进行粉碎，从燃烧炉来的热风与循环

11、风、冷风混合成来的热风与循环风、冷风混合成200左右左右(视煤种而定视煤种而定)的的温风亦进入球磨机。温风亦进入球磨机。 原煤在球磨机内磨细、干燥，煤粉随原煤在球磨机内磨细、干燥，煤粉随70左右的气流左右的气流进入粗粉分离器，进行分选。粗煤粒返回球磨机，合格的进入粗粉分离器，进行分选。粗煤粒返回球磨机，合格的煤粉加入充氮的粉煤储仓。煤粉加入充氮的粉煤储仓。 煤粉粒度煤粉粒度7080通过通过200目筛（目筛（0.1mm），并干燥到：），并干燥到：烟煤水分控制在烟煤水分控制在1；褐煤水分控制在；褐煤水分控制在810。 煤粉制备煤粉制备 图图5-44 K-T5-44 K-T气化工艺流程气化工艺流程1

12、-煤斗；2-螺旋给料器；3-氧煤混合器；4-煤粉喷嘴；5-气化炉；6-辐射锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-运渣机；10-冷却洗涤塔；11-泰生洗涤机；12-最终冷却塔；13-水封槽；14-急冷器n 煤仓中粉煤通过气动输送输入煤仓中粉煤通过气动输送输入气化炉上部的粉煤料斗气化炉上部的粉煤料斗1。全系。全系统均以氮气充压。统均以氮气充压。n 螺旋加料器螺旋加料器2将煤粉送入氧煤将煤粉送入氧煤混合器混合器3；空分工业氧进入氧煤；空分工业氧进入氧煤混合器混合器3。n 均匀混合的氧气和煤粉，进入均匀混合的氧气和煤粉，进入烧嘴烧嘴4，喷入气化炉内，喷入气化炉内5；过热蒸；过热蒸汽同时经烧嘴汽同时经烧嘴

13、4送入气化炉送入气化炉5。 煤粉喷射速度必须大于火焰的煤粉喷射速度必须大于火焰的扩散速度，防止回火。扩散速度，防止回火。 煤粉和气化剂的输入煤粉和气化剂的输入 n 改善湍流状态；改善湍流状态；n 当其中一个烧嘴堵塞时，仍可保证继续操作；当其中一个烧嘴堵塞时，仍可保证继续操作；n 喷出的煤粉在自已的火焰区中未燃尽时，可进入对喷出的煤粉在自已的火焰区中未燃尽时，可进入对面烧嘴的火焰中气化；面烧嘴的火焰中气化；n 火焰相对喷射的，一端的火焰喷不到对面炉壁，因火焰相对喷射的，一端的火焰喷不到对面炉壁，因此炉壁耐火材料承受瞬间高温的程度可以减轻。此炉壁耐火材料承受瞬间高温的程度可以减轻。 每个炉头内的两

14、个烧嘴每个炉头内的两个烧嘴组成一组，与对面炉头内组成一组，与对面炉头内的烧嘴处于同一直线上。的烧嘴处于同一直线上。n 由烧嘴进入的煤、氧和水蒸由烧嘴进入的煤、氧和水蒸汽在气化炉内迅速反应，产生温汽在气化炉内迅速反应，产生温度约为度约为14001500的粗煤气。的粗煤气。粗煤气在炉出口处用饱和蒸汽急粗煤气在炉出口处用饱和蒸汽急冷，气体温度降至冷，气体温度降至900以下，以下，气体中夹带的液态灰渣快速固化。气体中夹带的液态灰渣快速固化。以免粘在炉壁上，堵塞气体通道以免粘在炉壁上，堵塞气体通道而影响正常生产。而影响正常生产。n 在高温炉膛内生成的液态渣，在高温炉膛内生成的液态渣，经排渣口排入水封槽淬

15、冷，灰渣经排渣口排入水封槽淬冷，灰渣用捞渣机排出。用捞渣机排出。 制气与排渣制气与排渣 n 生成气的显热用辐射锅炉生成气的显热用辐射锅炉或对流火管锅炉加以回收，并或对流火管锅炉加以回收，并副产高压蒸汽。废热锅炉出口副产高压蒸汽。废热锅炉出口煤气温度在煤气温度在300以下。以下。n 辐射式废热锅炉约可回收辐射式废热锅炉约可回收热量的热量的70，由于炉内空腔大，由于炉内空腔大，故结渣、结灰等问题均不严重；故结渣、结灰等问题均不严重； 对流式废热锅炉存在飞灰对对流式废热锅炉存在飞灰对炉管较严重磨损问题。炉管较严重磨损问题。 洗涤冷却洗涤冷却 传统的考伯斯除尘流程，不考虑飞灰回收利用，飞传统的考伯斯除

16、尘流程，不考虑飞灰回收利用，飞灰经洗涤后集中堆存处理灰经洗涤后集中堆存处理 多数煤种气化时产生的飞灰含碳量不高，不值得回多数煤种气化时产生的飞灰含碳量不高，不值得回收利用。收利用。微正压微正压 原料煤：原料煤： 可应用各种煤，特别是褐煤和年青烟煤更为适用。可应用各种煤，特别是褐煤和年青烟煤更为适用。要求煤的粒度小于要求煤的粒度小于0.1mm，即要求，即要求70%80%通过通过200目筛。目筛。 温度：温度：火焰中心温度为火焰中心温度为2000，粗煤气炉出口处未经淬冷前温度约为粗煤气炉出口处未经淬冷前温度约为14001500； 氧煤比：烟煤氧煤比：烟煤08509kgkg煤；煤； 蒸蒸 气煤比：气

17、煤比：03034kgkg煤；煤； 气化效率：气化效率：6975(冷煤气效率冷煤气效率)； 碳转化率：碳转化率：3098； 生成气性质：见下表生成气性质：见下表K-T气化炉生产的生成气的性质气化炉生产的生成气的性质n K-T气化法的技术成熟，有多年运行经验；气化法的技术成熟，有多年运行经验；n 气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大；气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大；n 煤种适应性广，更换烧嘴还可气化液体燃料和气体煤种适应性广，更换烧嘴还可气化液体燃料和气体燃料；燃料；n 煤气中不含焦油利烟尘，甲烷含量很少煤气中不含焦油利烟尘，甲烷含量很少(约约0.2)，有，有效成份效成份(CO+H2

18、)可达可达85 90；n 蒸汽用量低；蒸汽用量低； n 不产生含酚废水，大大简化了煤气冷化工艺；不产生含酚废水，大大简化了煤气冷化工艺；n 生产灵活性大，开、停车容易，负荷调节方便；生产灵活性大，开、停车容易，负荷调节方便；n 碳转化率高于硫化床。碳转化率高于硫化床。(3)(3)主要优点：主要优点：n 庞大的制粉设备，耗电量高；庞大的制粉设备，耗电量高；n 在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高效在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高效除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。n 气化过程中耗氧量较大，需设空分装置和大量电力；气化过程中耗氧量较大，

19、需设空分装置和大量电力；n 为将煤气中含尘量降至为将煤气中含尘量降至0.1mgm3以下，需有高效除尘以下，需有高效除尘设备。设备。 为进一步提高气化强度和生产能力，在为进一步提高气化强度和生产能力，在K-T护的基础护的基础上，现发展了谢尔上，现发展了谢尔-考伯斯考伯斯(Shell-Koppers)炉，即由原来炉，即由原来的常压操作改进为加压下气化，使生产能力大为提高。的常压操作改进为加压下气化，使生产能力大为提高。（4）缺点）缺点3、Shell 煤气化工艺煤气化工艺 Shell煤气化工艺（煤气化工艺（Shell Coal Gasfication Process）简称）简称SCGP，是由荷兰，是

20、由荷兰Shell国际石油公司开发的一种加压气流床国际石油公司开发的一种加压气流床粉煤气化技术。粉煤气化技术。 1993年采用年采用Shell煤气化工艺的第一套大型工业化生产装煤气化工艺的第一套大型工业化生产装置在荷兰布根伦市建成，用于整体煤气化置在荷兰布根伦市建成，用于整体煤气化，发电量为，发电量为250MW。 设计采用单台气化炉和单台废热锅炉，气化规模为设计采用单台气化炉和单台废热锅炉，气化规模为2000t/d煤。煤电转化总（净）效率煤。煤电转化总（净）效率43%（低位发热量）。（低位发热量）。 1998年该装置正式投入商业化运行。年该装置正式投入商业化运行。3.1 3.1 工艺技术特点工艺

21、技术特点n Shell煤气化工艺属加压气流床粉煤气化，是以干煤粉进煤气化工艺属加压气流床粉煤气化，是以干煤粉进料，纯氧做气化剂，液态排渣。料，纯氧做气化剂，液态排渣。n 干煤气中的有效成分干煤气中的有效成分CO+H2可高达可高达90%以上，甲烷含量以上，甲烷含量很低。很低。n 干煤粉的粒度要求也比较灵活，一般不需要过分细磨，干煤粉的粒度要求也比较灵活，一般不需要过分细磨，但需要经热风干燥，以免粉煤结团，尤其对含水量高的煤但需要经热风干燥，以免粉煤结团，尤其对含水量高的煤种更需要干燥。种更需要干燥。n 气化火焰中心温度随煤种不同约在气化火焰中心温度随煤种不同约在16002200之间，之间，出炉煤

22、气温度约为出炉煤气温度约为14001700 。n 产生的高温煤气夹带的细灰尚有一定的黏结性，出炉需产生的高温煤气夹带的细灰尚有一定的黏结性，出炉需与一部分冷却后的循环煤气混合，将其激冷到与一部分冷却后的循环煤气混合，将其激冷到900左右后左右后再导入废热锅炉，产生高压过热蒸汽。再导入废热锅炉，产生高压过热蒸汽。n 煤中约有煤中约有83%以上的热能转化为有效气，大约有以上的热能转化为有效气，大约有15%左右左右的热能以高压蒸汽的形式回收。的热能以高压蒸汽的形式回收。 下表列出了下表列出了Shell煤气化工艺在德国汉堡煤气化工艺在德国汉堡（Shell-Koppers）中试装置的设计条件和不同）中试

23、装置的设计条件和不同煤种的试验结果。煤种的试验结果。Shell-Koppers中试装置的设计条件和试验结果中试装置的设计条件和试验结果3.2 Shell煤气化工艺流程及气化炉煤气化工艺流程及气化炉 Shell煤气化工艺流程见图：煤气化工艺流程见图： 1）来自制粉系统地干燥）来自制粉系统地干燥粉煤由氮气或二氧化碳粉煤由氮气或二氧化碳气经输送至炉前煤粉仓气经输送至炉前煤粉仓及煤锁斗；及煤锁斗；2）再经由加压氮气或二）再经由加压氮气或二氧化碳加压将细煤粒由氧化碳加压将细煤粒由锁斗送入相对布置的气锁斗送入相对布置的气化烧嘴；化烧嘴；3）气化所需氧气和水蒸）气化所需氧气和水蒸气也送入烧嘴。气也送入烧嘴。1）通过控制加煤量，调节氧量）通过控制加煤量，调节氧量和蒸汽量，使气化炉在和蒸汽量，使气化炉在14001700范围内；范围内；2）气化炉操作压力为）气化炉操作压力为24MPa。3）在气化炉内煤中的灰分以熔）在气