流化床煤气化工艺技术

流化床煤气化工艺技术0流化床煤气化概述所谓“流态化〃是一种使固体微粒通过与气体或液体接触而转变成类似流体状态的操作。当流体以低速向上通过微细颗粒组成的床层时，工艺条件和气化指标(1)工艺条件原料。褐煤是流化床最好的原料，但褐煤的水分含量很高，一般在12%以上，蒸发这部分水分需要较多的热量(即增加了氧气的消耗量)，水分过大，也会造成粉碎和运输困难，所以水分含量太大时，需增设干燥［wiki］设备［/wiki］。煤的粒度及其分布对流化床的影响很大，当粒度范围太宽，大粒度煤较多时，大量的大粒度煤难以流化，覆盖在炉算上，氧化反应剧烈可能引起炉算处结渣。如果粒度太小，易被气流带出，气化不彻底。一般要求粒度大于10mm的颗粒不得高于总量的5%，小于lmm的颗粒小于总量的10%-15%。由于流化床气化时床层温度较低，碳的浓度较低，故不太适宜气化低活性、低灰熔点的煤种。气化炉的操作温度。高炉温对气化是有利的，可以提高气化强度和煤气质量，但炉温是受原料的活性和灰熔点的限制的，一般在900°C左右。影响气化炉温度的因素大致有汽氧比、煤的活性、水分含量、煤的加人量等。其中又以汽氧比最为重要。二次气化剂的用量。使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化效率和煤气质量。被煤气带出的粉煤和未分解的碳［wiki］氢［/wiki］化合物，可以在二次气化剂吹人区的高温［wiki］环境［/wiki］中进一步反应，从而使煤气中的一氧化碳含量增加、甲烷量减少。(2)气化指标褐煤的温克勒气化指标如表4一10所示。由以上的叙述可知，温克勒气［wiki］化工［/wiki］艺单炉的生产能力较大。由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用［wiki］机械［/wiki］化采煤得到的细粒度煤。由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污染较小。但温克勒常压气化也存在一定的缺点，主要是温度和压力偏低造成的。炉内温度要保证灰分不能软化和结渣，一般应控制在900C左右，所以必须使用活性高的煤为气化原料。气化温度低，不利于二氧化碳还原和水蒸气的分解，故煤气中二氧化碳的含量偏高，而可燃组分如一氧化碳、氢气、甲烷等含量偏低。同时，和移动床比较，气化炉的设备庞大，出炉煤气的温度几乎和床内温度一样，因而热损失大。另外，流态化使颗粒磨损严重，气流速度高又使出炉煤气的带出物较多。为此进一步开发了温克勒加压气化和灰团聚气化工艺。流化床气化工艺在固定床阶段，燃料是以很小的速度下移，与气化剂逆流接触。当气流速度加快到一定程度时，床层膨胀，颗粒被气流悬浮起来。当床层内的颗粒全部悬浮起来而又不被带出气化炉，这种气化方法即为流化床(沸腾床)气化工艺。和固定床相比较，流化床的特点是气化的原料粒度小，相应的传热面积大，传热效率高，气化效率和气化强度明显提高。常压流化床气化工艺1.温克勒气化炉温克勒气化工艺是最早的以褐煤为气化原料的常压流化床气化工艺。图4一37是温克勒气化炉的示意，气化炉为钢制立式圆筒形结构，内衬耐火材料。温克勒气化炉采用粉煤为原料，粒度在0-10mm左右。若煤不含表面水且能自由流动就不必干燥。对于豁结性煤，可能需要气流输送系统，借以克服螺旋给煤机端部容易出现堵塞的问题。粉煤由螺旋加料器加人圆锥部分的腰部，加煤量可以通过调节螺旋给料机的转数来实现。一般沿筒体的圆周设置二到三个加料口，互成1800或1200的角度，有利于煤在整个截面上的均匀分布。温克勒气化炉的炉算安装在圆锥体部分，蒸汽和氧（或空气）由炉算底侧面送人，形成流化床。一般气化剂总量的60%?75%由下面送入，其余的气化剂由燃料层上面2.5-4m处的许多喷嘴喷人，使煤在接近灰熔点的温度下气化，这可以提高气化效率、有种于活性低的煤种气化。通过控制气化剂的组成和流速来调节流化床的温度不超过灰的软化点。较大的富灰颗粒比煤粒的密度大，因而沉到流化床底部，经过螺旋排灰机排出。大约有30%的灰从底部排出，另外的70%被气流带出流化床。气化炉顶部装有辐射锅炉，是沿着内壁设置的一些水冷管，用以回收出炉煤气的［wiki］显热［/wiki］，同时，由于温度降低可能被部分熔融的灰颗粒在出气化炉之前重新固化。早期的温克勒气化炉在炉低部有炉栅，气化剂通过炉栅进人炉内。后来的气化炉取消炉栅，炉子的结构简化，同样能达到均匀布气的效果。典型的工业规模的温科勒常压气化炉，内径5.sm，高23m，当以褐煤为原料时，氧气一蒸汽常压鼓风，单炉生产能力在标准状态下为47000m"/h，采用空气一蒸汽鼓风时，生产能力在标准状态下为9400om"/h。生产能力的调整范围为25%-150%。2.温克勒气化工艺流程温克勒气化工艺流程包括煤的预处理、气化、气化产物显热的利用、煤气的除尘和冷却等。如图4-38所示。(1)原料的预处理首先对原料进行破碎和筛分，制成。一10mm的炉料，一般不需要干燥，如果炉料含有表面水分，可以使用烟道气对原料进行干燥，控制入炉原料的水分在8%-12%左右。对于有戮结性的煤料，需要经过破赫处理，以保证床内的正常流化。(2)气化预处理后的原料送入料斗中，料斗中充以氮气或二氧化碳惰性气体。用螺旋加料器将煤料加入气化炉的底部，煤在炉内的停留时间约15min左右。气化剂送人炉内和煤反应，生成的煤气由顶部引出，煤气中含有大量的粉尘和水蒸气。(3)粗煤气的显热回收粗煤气的出炉温度一般为900C左右。在气化炉上部设有废热锅炉，生产的蒸汽压力在1.96-2.16MPa，蒸汽的产量为0.5一0.8kg/m“干煤气。(4)煤气的除尘和冷却出煤气炉的粗煤气进人废热锅炉，回收余热，产生蒸汽，然后进人两级旋风分离器和洗涤塔，煤气中的大部分粉尘和水汽，经过净化冷却，煤气温度，降至350-400C，含尘量降至5-20mg/m3。加压流化床气化工艺高温温克勒（HTW）气化法高温温克勒气化法的基础是低温温克勒气化法。它是采用比低温温克勒气化法较高的压力和温度的一项气化技术。除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优点外，主要采用了带出煤粒再循环回床层的做法，从而提高了碳的利用率。（l）工艺流程HTW的气化工艺流程如图4一39所示。和低温温克勒气化炉相比较，高温温克勒气化炉的主要特点是出炉粗煤气直接进人两级旋风除尘器，一级除尘器分离的含碳量较高的颗粒返回到床内进一步气化。二级除尘器流出的气体人废热锅炉回收热量，再经水洗塔冷却除尘。整个气化系统是在一个密闭的压力系统中进行的，加煤、气化、出灰均在加压下进行。含水分8%—12%的褐煤进人压力为0.98MPa的密闭料锁系统后，经过螺旋给料机输人炉内。为提高煤的灰熔点而按一定比例配人的添加剂（主要是石灰石、石灰或白云石）也经给料机加入炉内。经过预热的气化剂（氧气/蒸汽或空气/蒸汽）从炉子的底部和炉身适当位置加人气化炉内，和由螺旋给料机加人的煤料并流气化。HTW气化工艺最初是由德国的莱茵褐煤公司发明，该公司拥有并经营德国鲁尔地区的几座褐煤煤矿。用莱茵褐煤为原料，煤的灰分中

CaO+Mgo占50%左右；510:占8%；灰熔点T,-950°C,添加5%的石灰石后提高到1100C。在气化压力0.98MPa的压力下，以氧气/水蒸气为气化剂，温度1000C下进行的HTW气化工艺试验，其结果和常温温克勒气化的比较如表4-11所示。由表中的数据可以看出，压力和高温下的温克勒气化，设备的生产能力大大提高，是常压的2倍多。温度的提高和大颗粒重新返回床层使得碳转化率上升为96%。煤中加人助剂，一是可以脱除硫化氢等，并且可使碱性灰分的灰熔点提高。气化温度提高，虽然煤气中的甲烷含量降低，但煤气中的有效成分却提高，煤气的质量也相应提高。(2)工艺条件和气化指标气化温度。提高气化温度有利于二氧化碳的还原反应和水蒸气的分解反应，相应地提高了煤气中的一氧化碳和氢气的浓度，碳的转化率和煤气的产率也提高。提高气化反应温度是受灰熔点的限制的。当灰分为碱性时，可以添加石灰石、石灰和白云石来提高煤的软化点和熔点。气化压力。加压气化可以增加炉内反应气体的浓度，流量相同时，气体流速减小，气固接触时间增大，使碳的转化率提高，在生产能力提高的同时，原料的带出损失减小。在同样的生产能力下，设备的体积相应减小。试验证明，使用水分为24.5%，粒度为试验证明，使用水分为24.5%，粒度为11.6mm的褐煤为原料，在表压分别为0.O49MPa和1.96MPa下，用水蒸气/空气为气化剂时，气化强度可由930kg/(mZ•h)增加到