煤炭氣化工藝的發(fā)展現(xiàn)狀-(編輯修改稿)
2024-12-04 08:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 周均勻布置 ,借助撞擊流以強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過(guò)程 ,使?fàn)t內(nèi) 橫截面氣速相對(duì)趨于均勻 .爐襯為水冷壁 (Membrame Wall),總重 500 噸 .爐殼與水冷管排之間有約 間隙 ,作安裝 ,檢修用 . 煤氣攜帶煤灰總量的 20~30%沿氣化爐軸線向上運(yùn)動(dòng) ,在接近爐頂處 通入循環(huán)煤氣激冷 ,激冷煤氣量約占生成煤氣量的 60~80%,煤氣降 溫至 900 攝氏度 ,溶渣凝固 ,煤氣出氣化爐 ,沿斜管道向上進(jìn)余熱鍋 爐 .煤灰總量的 70~80%以熔融態(tài)流入氣化爐底部 ,激冷凝固 ,自爐 底排出 . 粉煤由 N2 攜帶 ,密相輸送進(jìn)入噴嘴 .工藝氧與蒸汽也由噴嘴進(jìn)入 . 汽化溫度為 1500~1700 攝氏度 ,壓力為 ~81%. 原料煤熱值的 ~13%轉(zhuǎn)化為蒸汽 ,~6%由設(shè)備和出冷器的煤氣顯熱損失 于大氣和冷卻水 . 從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)， Shell 爐就是加壓操作的 KT 爐，國(guó)外研究開(kāi)發(fā)已有 50 多年歷史（從 KT 爐算起）。歐洲兩個(gè)大廠（ 2020t/h）運(yùn)轉(zhuǎn)都很正常，但國(guó)內(nèi)剛起步，湖北應(yīng)城的化肥廠引進(jìn) Shell 公司基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（由北四院做工程設(shè)計(jì)）正建設(shè)一臺(tái)規(guī)模為 800t/h（相當(dāng)于 20 萬(wàn) t 氨 /a)的工業(yè)示范裝置，已于 2020 年投運(yùn)。委屈的中國(guó)自主開(kāi)發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，中試爐采用兩段進(jìn)煤上置加料和二氧化碳輸煤等方案。 圖為 Shell 氣化工藝流程 2 我國(guó)煤化工工藝的發(fā)展方向 選擇適宜的氣化工藝應(yīng)根據(jù)具體煤種和服務(wù)對(duì)象而定，我國(guó)煤資源的大所屬是褐煤和低變質(zhì)煙煤，灰熔融性溫度又普遍較高，大眾的服務(wù)對(duì)象又是化工和 IGCC 煤氣化工藝的選擇應(yīng)遵循下列原則： （ 1）煤適應(yīng)性要寬，對(duì)粒度、灰熔融性溫度等限制不應(yīng)太嚴(yán)； （ 2）氣化效率（含碳轉(zhuǎn)化率、有效氣含量、 冷煤氣效率）要高，氧煤?jiǎn)魏囊停? （ 3）零污染或低污染； （ 4）氣化強(qiáng)度要高，能達(dá)到裝置大型化、過(guò)程自動(dòng)化的要求。 在固定床氣化爐方便，常壓 爐屬淘汰爐型，加壓 Lurgi 爐雖然冷煤氣效率較高，氧耗較低，但低溫焦油污染嚴(yán)重，環(huán)境治理較困難，入爐煤基本上市 13mm 以上的小塊煤（南非 SASOL 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí) 13mm 占 87%以上）。若用 Lurgi爐生產(chǎn)合成氣，因分離和轉(zhuǎn)化煤氣中甲烷生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，操作可靠性和穩(wěn)定性降低，這種爐型不在考慮之列。 煤氣化工藝的選擇，在排除固定床工 藝后，加壓氣流床和流化床就成為優(yōu)選工藝。 大型氣化（ 1000t/d) 代表當(dāng)今煤氣化工藝發(fā)展方向的應(yīng)是 Shell 爐（ 1000t/d）和灰熔融爐（ 100t/d）。 Texaco 水煤漿氣化工藝 是率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的第二代爐型，國(guó)內(nèi)外都有成熟的經(jīng)驗(yàn)，但新興的 Shell 型干粉加壓氣化相比，其競(jìng)爭(zhēng)力日益處于不利地位，主要原因是水分（ 35%40%)入爐帶來(lái)一系列麻煩。因?yàn)樗秩霠t，氣化爐不能用水冷壁，只能以磚抗渣（耐火材料），由此引起的問(wèn)題是對(duì)入爐煤的灰熔融性溫度（ T3）限制很嚴(yán)，一般要求 T3,1350 攝氏度。美國(guó)兩廠全用低灰熔融性溫度煤，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的四個(gè)廠中，有兩個(gè) (魯南化肥廠、渭河化肥廠）投產(chǎn)后改換煤種。我國(guó)煤種灰熔融性溫度又普遍較高，加入碳酸鈣助溶劑后又會(huì)引起耐火磚腐蝕和灰水結(jié)垢等問(wèn)題。但爐子安排上 ， Texaco 爐因筑爐（汗烘爐）周期長(zhǎng) ,必須設(shè)置備用爐（日本 3+1，魯南 2+1，渭化 2+1，上焦 3+1），爐子利用率較低。Shell 爐石用以渣抗渣的水冷壁結(jié)構(gòu)，爐子壽命長(zhǎng)（如南非 KT 爐 5 年 8 年），水冷壁局部損壞后噴補(bǔ)方便，不需設(shè)置備用爐 Shell 爐對(duì)煤灰熔融性溫度限制不嚴(yán)，很合適中國(guó)大多數(shù)煤灰熔融性溫度偏高的國(guó)情。 Texaco 爐因約 35%40%水分入爐，氣化指標(biāo)無(wú)法與干法經(jīng)濟(jì)難料的Shell 爐相比（表 2）。 表 2 Texaco 和 Shell 氣流床工藝的比較 項(xiàng)目 名稱 Texaco 法 Shell 法 煤氣含 CO+H2 量 /% 7882 9095 煤氣含 CO2 量 /% 1820 2 碳轉(zhuǎn)化率 /% 96 99 冷煤氣效率 /% 72 82 1000m179。（ CO+H2） 耗氧 /m179。 400420 330360 1000m179。（ CO+H2） 耗煤 /kg 610 520 初化工合成外， IGCC 是氣流床氣化的另一最大用戶，某電力設(shè)計(jì)院曾對(duì)450MW 等級(jí)的 IGCC 示范電站作了兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，見(jiàn)表 3. IGCC 示范電站 Shell 和 Texaco 方案比較 項(xiàng)目名稱 Shell 方案 Texaco 方案 機(jī)組容量 /MW 450 485 自用電率 /% 煤耗 /kg.(kWh)1 供電效率 /% 投資 /元 .kW 6905 6899 從表 表 3 可知， Shell 氣化比 Texaco 比氧耗低 25%，冷煤氣效率高出 10 個(gè)百分點(diǎn)，供電效率（ IGCC）高出 2 個(gè)百分點(diǎn)，而投資基本持平（ Shell爐在磨煤、輸煤多花的投資大致抵消 Texaco 爐供氧多花的費(fèi)用）。誠(chéng)然目前Texaco 爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，而 Shell 爐尚未投運(yùn)，在 2020 年應(yīng)城化肥廠投運(yùn)后，Shell 爐必將顯示極大地優(yōu)越性。
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