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        5種典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)比較

        2018-05-22 08:10:56
        氮肥與合成氣 2018年1期
        關(guān)鍵詞:粉煤灰水煤氣化

        王 凱

        (安徽華誼化工有限公司,安徽蕪湖 241000)

        干法進(jìn)料的氣流床煤氣化技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一,相對于水煤漿加壓氣化技術(shù),具有煤種適應(yīng)性更廣、爐膛壽命更長、燒嘴壽命更長、原料消耗更低、碳轉(zhuǎn)化率更高、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更優(yōu)及熱效率更高等方面的優(yōu)勢,有很高的市場競爭力。對于粉煤氣化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用、流程介紹、技術(shù)改造、技術(shù)考核等已有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了較深入的對比分析,但從下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)的進(jìn)料形式、流場原理、近壁面高溫區(qū)及高徑比等方面,對殼牌爐、航天爐、神寧爐、科林爐和東方爐等進(jìn)行粉煤氣化技術(shù)比較還未見研究和報道,現(xiàn)針對這5種典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)進(jìn)行技術(shù)特點(diǎn)的比較分析。

        1 典型的下行水激冷粉煤加壓氣化流程

        下行水激冷的粉煤加壓氣化技術(shù)工藝流程主要包括:粉煤制備及輸送單元、氣化單元、排渣單元、初步凈化單元、閃蒸單元及公用工程單元。由輸煤皮帶來的原煤經(jīng)氣化緩沖煤倉、稱重式給煤機(jī)后,由落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)。經(jīng)過磨煤機(jī)的干燥和研磨,磨制后的煤粉經(jīng)旋轉(zhuǎn)分離器、粉煤過濾器后,制出合格的粉煤,再經(jīng)過粉煤緩沖倉和粉煤鎖斗,最后用高壓二氧化碳或高壓氮?dú)鈱⒎勖簭陌l(fā)射罐送入氣化爐。通過燒嘴進(jìn)入氣化爐燃燒的粉煤、氧氣和蒸汽在4.1 MPa(表壓)的壓力下進(jìn)行氣化反應(yīng),生成主要成分為H2、CO及CO2的粗合成氣。反應(yīng)后的高溫(1 400~1 600 ℃)合成氣與熔融狀爐渣和灰分一起向下穿過激冷水分布環(huán),沿激冷管進(jìn)入激冷室的水浴中,大部分灰渣冷卻后落入激冷室底部,洗滌后的粗合成氣離開氣化爐激冷室去初步凈化,然后送至下游工序。氣化爐內(nèi)的灰渣通過鎖斗循環(huán)排至渣池,由撈渣機(jī)撈出外送。氣化爐黑水和洗滌塔黑水通過減壓后送至閃蒸系統(tǒng)回收熱量,排入澄清槽高濃度的灰水經(jīng)過濾機(jī)將濾餅排出;其余灰水返回系統(tǒng)自用,少量灰水外排[1-4]。

        2 典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)

        殼牌爐、航天爐、神寧爐、科林爐和東方爐等雖然都是下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù),但是各有各的特點(diǎn)。5種下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)比較見表1。

        3 特點(diǎn)分析

        3.1 航天爐

        航天爐通過兩路氧氣和四路粉煤管線進(jìn)入多通道旋流角燒嘴,在爐內(nèi)形成旋流場,有利于煤粉和氧氣的混合[5]。合理的高徑比讓爐內(nèi)近壁面高溫區(qū)位于氣化爐中部,一般情況下無需添加石灰水來降低灰熔點(diǎn)。對于三高煤,在配入適量的石灰石后也能很好地運(yùn)行。航天爐工程業(yè)績較多,最長連續(xù)運(yùn)行時間已達(dá)360 d,這對于要求連續(xù)運(yùn)行的大化工行業(yè)來說是非常有利的。此外,航天爐在之前的工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,通過增大燃燒室體積和減小渣口尺寸等措施可進(jìn)一步提升物料的停留時間,有利于碳轉(zhuǎn)化率的提高,相信碳轉(zhuǎn)化率在98%以上也將是常態(tài)。航天爐燒嘴增設(shè)中心粉煤通道,有利于降低燒嘴頭部溫度及爐內(nèi)火焰狀態(tài)的調(diào)節(jié),更有利于燒嘴壽命的延長,同時具有更好的調(diào)節(jié)能力和操作彈性。水冷壁采用盤管式,水循環(huán)倍率高,能耗增加,副產(chǎn)中壓蒸汽。設(shè)置三級閃蒸,灰水與閃蒸汽直接換熱,防堵性和能效優(yōu)于間接換熱式。

        表1 5種下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)的比較

        3.2 殼牌爐

        殼牌爐采用四燒嘴偏角對置式,形成撞擊旋轉(zhuǎn)流場,有利于煤粉和氧氣的混合,高徑比大、停留時間長、渣灰比較高,碳轉(zhuǎn)化率高?;鹧娼诿娓邷貐^(qū)位于氣化爐中上部,煤種流動溫度大于1 450 ℃以上,需要添加一定比例的石灰石。水冷壁采用豎管式,水循環(huán)倍率低,能耗低,副產(chǎn)中壓蒸汽。設(shè)置兩級閃蒸,灰水和中壓閃蒸汽間接換熱式,防堵性能略差。部分項目第二級閃蒸為低壓閃蒸,黑水經(jīng)過換熱器冷卻后直接排入澄清槽,該股黑水管道堵塞可能性增加[6]。

        3.3 神寧爐

        神寧爐采用多通道旋流角燒嘴,形成旋流場,有利于煤粉和氧氣的混合。水冷壁采用盤管式,水循環(huán)倍率高,能耗增加。很多設(shè)計繼承了GSP的理念,單對于激冷水洗、燒嘴和閃蒸配置等部分做了優(yōu)化,可靠性進(jìn)一步提高。水冷壁采用不飽和水循環(huán),副產(chǎn)低壓蒸汽。設(shè)置三級閃蒸,中壓閃蒸汽和灰水直接換熱,黑水循環(huán)能效較高。

        3.4 科林爐

        科林爐采用三燒嘴(以120°的角度分布)頂噴式進(jìn)料,每個燒嘴內(nèi)部有旋流塊,形成旋流場?;鹧娼诿娓邷貐^(qū)位于氣化爐中上部,煤種流動溫度大于1 450 ℃以上,需要添加一定比例的石灰石。水冷壁采用盤管式,水循環(huán)倍率高,能耗增加。水冷壁采用不飽和水循環(huán),副產(chǎn)低壓蒸汽(也可根據(jù)要求產(chǎn)中壓蒸汽)。黑水循環(huán)和合成氣初步凈化系統(tǒng)采用華東理工大學(xué)的黑水循環(huán)專利,設(shè)置兩級閃蒸,為閃蒸汽和灰水直接換熱式,能效和防堵性優(yōu)于間接換熱式[7]。

        3.5 東方爐

        東方爐采用多通道單燒嘴頂噴式進(jìn)料,形成直流場。氣化爐高徑比較大,增加了煤粉停留時間,碳的轉(zhuǎn)化率和單噴嘴旋流場相當(dāng)?;鹧婕s束在爐膛中心,近壁面高溫區(qū)位于氣化爐中部偏下,有利于排渣,提高了煤種的適應(yīng)性。水冷壁采用豎管式,水循環(huán)倍率低,能耗低,副產(chǎn)中壓蒸汽。設(shè)置兩級閃蒸,為閃蒸汽和灰水直接換熱式,防堵性優(yōu)于間接換熱式[8-9]。

        4 結(jié)語

        經(jīng)過對航天爐、殼牌爐、神寧爐、科林爐和東方爐等5種典型的下行水激冷粉煤氣化技術(shù)對比發(fā)現(xiàn):進(jìn)料形式、流場形式、近壁面高溫區(qū)位置、高

        徑比、停留時間、副產(chǎn)蒸汽等級、初步凈化和閃蒸配置等方面有一定的差異性,各有優(yōu)點(diǎn),各有特色,造成碳轉(zhuǎn)化率、運(yùn)行成本等方面略有差異,但都是成熟可靠的下行水激冷粉煤氣化技術(shù)。如:航天爐已有30多臺運(yùn)行業(yè)績,其中A級最長連續(xù)運(yùn)行時間已經(jīng)超過390 d;殼牌爐已有28臺運(yùn)行業(yè)績,其中A級最長連續(xù)時間超過180 d。

        對于三高煤或成漿性較差的煤種,水煤漿氣化技術(shù)會有很大的制約,而粉煤氣化則顯示出其煤種適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢,因此對于煤氣化技術(shù)來說,粉煤氣化應(yīng)該是煤氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢。

        參考文獻(xiàn)

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        [4] 王軍,陸峰,林彬彬.國內(nèi)工程應(yīng)用的幾種煤氣化技術(shù)簡介[C]∥2009中國煤化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研討會論文集,2009.

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