气流床气化法1

第五节气流床气化法LOGO一常压流化床气化工艺-1温克勒气化炉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。对于黏结性煤，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入圆锥部分的腰部，加煤量可以通过调节螺旋给料机的转数来实现。一般沿简体的圆周设置二到三个加料口，互成180或120的角度有利于煤在整个截面上的均匀分布。温克勒气化炉的炉箅安装在圆锥体部分，蒸汽和氧(或空气)由炉箅底侧面送人，形成流化床。一般气化剂总量的60％～75％由下面送入，其余的气化荆由燃料层上面25～4m处的许多喷嘴喷入，使煤在接近灰熔点的温度下气化，这可以提高气化效率、有利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显热，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底部有炉栅，气化剂通过炉栅进入炉内。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5.5m，高23m．当以褐煤为原料时，氧气蒜汽常压鼓风，单炉生产能力在标准状态下为47000m3/h．采用空气蒸汽鼓风时，生产能力在标准状态下为94000m3／h。生产能力的调整范围为25％～150％。LOGO2、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(1)原料的预处理首先对原料进行破碎和筛分，制成0～l0mm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。对于有黏结性的煤料，需要经过破黏处理，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。煤气中古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900℃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0.5～0.8kg／m3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35～40℃，含尘量降至5~20mg／m3。LOGO4、优缺点优点：温克勒气化工艺单炉的生产能力较大、煤气中无焦油，污染小。由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用机械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。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900°C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。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。LOGO4、优缺点优点：温克勒气化工艺单炉的生产能力较大、煤气中无焦油，污染小。由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用机械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。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900°C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。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。LOGO二加压流化床气化工艺-1高温温克勒气化法•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汽化技术。•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。LOGO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入两级旋风除尘器，一级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入废热炉回收热量，再经水洗塔冷却除尘却除尘。整个气化系统是在一个密闭的压力系统中进行的，加煤，汽化，出灰均在加压下进行。含水分8%~12%的褐煤进入压力为0.98MPa的密闭料锁系统后，经过螺旋给料阀输入炉内。为提高煤的灰熔点而按一定比例配入的添加剂（主要是石灰石，石灰或白云石）也经给料机加入炉内，和由螺旋给料机加入的煤料并流气化。1、高温温克勒气化法（1）工艺流程HTW汽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；SiO2占8%；灰熔点T1=950℃，添加5%的石灰石后提高到1100。在汽化压力0.98MPa的压力下，以氧气/水蒸气为汽化剂，温度1000下进行的HTW汽化工艺试验在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％。煤中加入助剂，一是可以脱除硫化氢等，并且可使碱性灰分的灰培点提高。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。LOGO所谓气化床气化，一般是将气化剂夹着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内，在高温辐射下，氧煤混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量，火焰中心温度可高达2000℃左右，所有干馏产物均迅速分解，焦煤同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣。LOGO一、煤粉的气化原理1煤粉气化的基本原理气化床的反应基本上和流化床的反应类似当煤粉进行完全燃烧时，烃类及碳与氧气反应，放热生成二氧化碳和水蒸气当氧气不足，煤粉进行不完全燃烧时，烃类及碳与氧气反应生成一氧化碳和氢气煤粉中剩余的碳与二氧化碳、水蒸气发生气化反应，吸收热量生成一氧化碳和氢气，同时还存在着水煤气变换反应。LOGO2影响粉煤气化的参数（1）气化温度提高气化温度可以：加速气化反应，提高气化炉的气化能力，提高碳的转化率提高碳与水蒸气之间强吸热式水煤气反应的平衡转化率，从而有利于提高正方向的平衡浓度，产生更多的一氧化碳和氢气。LOGO（2）蒸汽煤比在气化剂中水蒸气浓度很低时，提高蒸汽煤比能产生有利的影响，提高蒸汽煤比能产生有利的影响；当水蒸气浓度较高时，再提高蒸汽煤比只会降低炉温二影响气化反应速度。LOGO(3)氧煤比当氧煤比增加后燃烧反应的放热量增加，因此气化温度也相应升高，气化反应将产生更多的一氧化碳和氢气，煤中的有效成分增加，使煤气热值和碳转化率增加。但是生成的二氧化碳和氢气的量也在增加，即无用成分也在增加。LOGO（4）气化压力提高气化压力，可以增大反应物和生成物的浓度，进而提高反应速度，使气化强度增大，生产能力增强，尤其是大幅度提高甲烷的含量，使煤气的热值提高。LOGO3气流床气化炉的主要特点生产能力大煤种适应性强煤的转化率高煤气质量好飞灰含量大显热损失大负荷调节范围窄LOGO二、湿法进料的气流床气化法（一）德士古气化法1德士古气化炉及工作流程是一种采用水煤浆进料的加压气流床气化法。（1）直接冷却式高温煤气和熔渣一起进入冷却段后，与炉子下部的急冷水直接接触而冷却。在粗煤气冷却的同时，产生大量的高压蒸汽，混合在粗煤气中一起离开气化炉。LOGO（2）间接冷却法采用废热锅炉的间接冷却法，在气化炉的下部直接安装辐射式冷却器。粗煤气将热传给水冷壁管而被冷却至700℃，然后通过对流立管式废热锅炉进一步回收煤气显热，再次冷却到300℃左右。（3）混合冷却式热煤气先在辐射式冷却器中冷却至700℃左右，使熔渣固化，与煤气分离，同时产生高压蒸汽。然后粗煤气用水喷淋淬冷至200℃左右。LOGO（1）、德士古气化炉德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，如图4—5l所示。该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方法不同，可分为淬冷型，如图4—51(a)，和全热回收型，如图4-51(b)所示。两种炉型的比较：两种炉型下部合成气的冷却方式不同，但炉子上部气化段的气化工艺是相同的。反应过程：德士古加压水煤浆气化过程是并流反应过程。合格的水煤浆原料同氧气从气化炉顶部进入。煤浆由喷嘴导入，在高速氧气的作用下雾化。氧气和雾化后的水煤浆在炉内受到高温衬里的辐射作用，迅速进行着一系列的物理、化学变化：预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等。气化后的煤气中主要是一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气。气体夹带灰分并流而下．粗合成气在冷却后，从炉子的底部排出。分离回收：在淬冷型气化炉中。粗合成气体经过淬冷管离开气化段底部，淬冷管底端浸没在一水池中。粗气体经过急冷到水的饱和温度，并将煤气中的灰渣分离下来，灰熔渣被淬冷后截留在水中，落人渣罐，经过排渣系统定时排放。之后冷却了的煤气经过侧壁上的出口离开气化炉的淬冷段。然后按照用途和所用原料，粗合成气在使用前进一步冷却或净化。在全热回收型炉中，粗合成气离开气化段后，在合成气冷却器中从1400℃被冷却到700℃，回收的热量用来生产高压蒸汽。熔渣向下流到冷却器被淬冷．在经过排渣系统排出。合成气由淬冷段底部送下一工序。对于这两种工艺过程，目前大多数德士古气化炉采用淬冷型，优势在于它更廉价，可靠性更高，劣势是热效率较全热回收型的低。气化炉为一直立圆筒形钢制耐压容器，内壁村以高质量的耐火材料，可以防止热渣和粗煤气的侵蚀。LOGO（2）工艺流程-煤浆的制备和输送基本部分包括煤浆的制备和输送、气化和废热回收、煤气的冷却和净化等。煤浆的制备和输送合格煤浆的制备是德士古法应用的基本前提。煤浆的浓度、黏度、稳定性等对气化过程和物料的输送均有重要的影响，而这些指标与煤的研磨又有着密切的关系。固体物料的研磨分为干法和湿法两大类。制取水煤浆时普遍采用的是湿法，这种方法又分为封闭式和非封闭式两种系统。如图4-53所示为封闭式湿磨系统。煤经过研磨后送到分级机中进行分选，过大的颗粒再返回到磨机中进一步研磨。这种方法的优点是得到的煤浆粒度范围较窄，对磨机无特殊要求；缺点是需要分级设备。为了达到适当的分级，煤浆的黏度就不能太大，这就意味着煤浆中的固含量不能太大，而水分含量相应的就高，后系统需要增设稠化的专用设备，以达到该法的煤浆浓度要求。另一种方法是非封闭式湿磨系统，如图4—54所示。该法中，煤一次通过磨机，所制取的煤浆同时能够满足粒度和浓度的要求。煤在磨机中的停留时问相对长一些，这样可以保证较大的颗粒尽可能不太多。要达到合格的研磨，选择适当的磨机就变得很重要，最合适的是用充填球或棒的滚筒磨机，妥善选择磨机长度、球径及球数，使得煤通过磨机时一次即能达到高浓度的煤浆，并具有所需要的粒度。需要指出的是，不管是哪一种制浆工艺，都是耗能大户。因此，为了减少磨矿功耗，磨矿前，除特殊情况(如用粉煤或煤泥制浆)外．都必须经过破碎，预先破碎到粒度小于30mm，然后经过带称送人磨粉机。研磨好的煤浆首先要进入一均化罐·然后用泵送到气化炉。煤浆是否能够顺利进入气化炉，在泵功率确定的前