煤气化技术简介.doc

煤气化技术 煤气化已有100多年的发展历史，先后开发了200多种气化工艺或气化炉型，有工业化应用前景的十余种。煤气化可分为完全气化和不完全气化两大类：完全气化是指煤及其它固体原料与气化剂进行一步法化学反应，生成可燃气或合成气；不完全气化是指固体原料进行热加工时，除生成可燃气外还有含碳固体产物（如煤炼焦过程）。这些产物又可进行加工利用。 国外为了提高燃煤电厂热效率，减少环境污染，对煤气化联合循环发电技术作了大量工作，促进了煤气化技术的开发。目前已成功开发出了对煤种适应性广、气化压力高、生产能力大、气化效率高、污染少的新一代煤气化工艺，主要有荷兰壳牌（Shell）的粉煤气化工艺、德国克鲁伯—考柏斯（Krupp—Koppers）的Prenflo工艺，美国德士古（Texaco）和Destec的水煤浆气化工艺以及德国黑水泵的GSP工艺等。本章着重介绍我厂油改煤改造工程所引进的Shell粉煤气化工艺技术。 第一节 煤气化技术分类及其发展 一、煤气化技术分类 最常用的气化分类方法是按煤和气化剂在气化炉内的相对运动来划分，大体可分成三种： 逆流：固定床、移动床。煤（焦）由气化炉顶部加入，自上而下经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层，最后形成灰渣排出炉外；气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层（两者合称气化层）。代表炉型为常压UGI炉和加压Lurgi炉，主要用于制取城市煤气。固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求较高，入炉煤要有一定的粒(块)度及均匀性。煤的机械强度、热稳定性、粘结性和结渣性等指标都与透气性有关，因此，固定床气化炉对入炉原料有很多限制。 并逆流或返混流：流化床、沸腾床。气化剂由炉底部吹入，使细粒煤（＜6mm）在炉内呈并逆流反应，通常称为流态化或沸腾床气化。煤粒( 粉煤 )和气化剂在炉底锥形部分呈并流运动，在炉上筒体部分呈并流和逆流运动。为了维持炉内的“沸腾”状态并保证不结疤，气化温度应控制在灰软化温度（ST）以下。要避免煤颗粒相聚而变大以致破坏流态化，显然不能使用粘结性煤。由于炉内反应温度低( 与气流床相比)，煤的停留时间短( 与固定床相比 )，并逆流气化对入炉煤的活性要求很高，只有高活性褐煤才适应。而炉温低、停留时间短带来的最大问题是碳转化率低，飞灰多，残碳高，且灰渣分离因难。其次是操作弹性小(控制炉温不易)。代表炉型为常压Winkler炉和加压HTW炉，此外还有U-Gas、KRW等流化床气化炉也逐步走向工业化。 并流或活塞流：气流床、夹带床。粉煤由气化剂夹带入炉并进行燃烧和气化，受反应空间的限制，气化反应必须在瞬间完成，为弥补停留时间短的缺陷，必须严格控制入炉煤的粒度（＜0.1mm），以保证有足够的反应面积。在并流气化反应中，煤和气化剂的相对速度很低，气化反应是朝着反应物浓度降低的方向进行，碳的损失不可避免，为增加反应推动力，必须提高反应温度即反应速度，火焰中心温度在2000℃以上，采用液态排渣是并流气化的必然结果。代表炉型为常压气流床粉煤气化K-T炉，水煤浆加压气化Texaco炉，处于工业示范阶段的加压粉煤气化炉如SCGP、Prenflo等。各类气化方法主要特点见下表。 表2-1-1 各类气化方法主要特点 气化方法 固定床 流化床 气流床 典型工业炉 UGI Lurgi Winkler HTW KT Texaco 灰排出状态 干灰 干灰 熔渣 原料煤特性 对小颗粒煤 对粘结性煤 对煤的变质程度 对灰熔点要求 受限 好 受限 褐煤 高 不受限 不受限 任何煤 低 受限 无烟煤 需搅拌 褐煤 高 操作特性 气化压力/MPa(a) 气化温度(出口)/℃ 炉内最高温度/℃ 耗氧量 耗蒸汽 煤在炉内停留时间 常压 2～3 常压1.0 850～900～1100 850～900～1100 低 高 15min 常压4～6.5 1350～1600 2000 高 低 无 ～400 ST 无 低 高 90min 1S 5S 煤气成分％ H2 CO H2＋CO CO2 CH4 N2 ～40 ～32 ～70 ～8 0.8 ～20 37～39 20～23 ～60 27～30 10～12 0.5 34～36 30～40 65～75 13～15 1～2 31 58 ～90 10 35 45 ～80 15～20 0.1 煤气含焦油、烃类、酚 极少量 大量 极少量 无 各类气化方法，其加煤和排渣都是两项最重要的课题。 目前工业化炉型有干法排灰和液态排渣两种排灰方式，灰的熔融行为包括灰熔点和熔渣粘度特性对气化过程有直接影响。固定床和流化床要求灰软化温度 ST大于1250℃，而气流床则要求有较低的灰渣流动温度 FT，一般应低于l350～1400℃（如Texaco炉要求低于1350℃）。气流床液态排渣炉的操作极限，应控制熔渣粘度在 25－