1、第五章流化床氣化,5. 3流化床氣化技術的特點,(1)流化床氣化爐可直接利用碎屑煤(06mm或08mm)，不用加工成型塊(如移動床氣化爐所要求)，也不用磨成細粉(如氣流床氣化爐所要求)，只要將少量的外在水干燥。備煤的加工費用最低，正適合煤炭開采機械化水平提高后，粉煤率增加的特點。,(2)流化床氣化爐內物料均勻，溫度均勻，便于操作控制，爐內存在的大量可燃物可保證生產的安全性。 (3)氣化強度大，便于大規(guī)模生產設備的建設。目前長期生產運行的內徑5m的恩德爐臺爐產合成氣可達4萬M3/h，相當于年產合成氨9萬噸和10萬噸甲醇。 (4)添加脫硫劑后可在床內脫除硫磺，減少硫排放，利用循環(huán)流化床技術后脫硫的

2、效果更佳。,(5)爐內溫度足以裂解煤熱解中產生的高烴類物質，簡化了煤氣凈化及污水處理。 (6)爐內很少有機械運動設備及金屬部件，維修工作量小。 (7)氣化時爐內的溫度一般小于等于1000，只需要一般的耐火材料就可長期運行。 (8)對煤的灰分含量的敏感性不大，在幾種氣化方法中，最適合于高灰劣質煤的利用。,(9)氣化時比氧耗比氣流床低，蒸汽消耗量又比干式排灰移動床氣化爐低。 (10)流化床氣化既不像移動床氣化爐那樣有充分的氣固相的反應時間，往往顯得還原反應進行的不夠充分;又不如氣流床氣化那樣有很高的溫度，可以保證氣化反應快速進行，因此在煤種的選擇上要求用較高反應活性的煤和較高灰熔融性的煤。,(11

3、)由于爐內物料混合均勻，氣化爐要求生產煤氣，因此必須要使爐內保持還原性氣氛，也就是爐內的爐料中必須要有相當含碳量，這就對一般的流化床氣化爐帶來了出渣和飛灰含碳量高的問題，即所謂的“上吐下瀉”，碳利用率低下。 (12)流化床氣化爐的煤氣出口溫度與爐內的溫度相差不多，HTW等采用二次氧來燃盡自由空間的煤粉，使煤氣出口的溫度比床內的溫度還高50-60 ,高溫、高夾帶物煤氣的飛灰回收利用和高溫煤氣余熱利用是一個較大的難題。,在上述流化床氣化的12條特點中:前9條是它的優(yōu)點，有的還很吸引人;后3條是它的缺點，有的還很關鍵，如因灰渣、飛灰的“上吐下瀉”所造成的碳利用率低的問題，因爐溫相對較低和氣流速度較高

4、而帶來的要求高活性煤作原料等。 從設備的制造和操作來說，流化床氣化爐是最簡單的，但目前的發(fā)展是最慢的，其原因有資金投入少的一面，也有所需解決問題難度較大的一面。,各類灰熔聚的流化床氣化技術都在均勻的流化床內造成局部的不均勻區(qū)，利用成球排灰，降低了灰渣含碳量，從而解決了排灰含碳量高的問題。 但 “成球排灰之時，也是氣化爐將全面結死之刻”，操作參數(shù)溫度的范圍較窄，如何使其長期穩(wěn)定運行倒是應該認真采取些辦法的。如適當提高布風算板的斜率，使形成的灰不能在板上滯留結大，或去掉布風算板改成錐形爐底并用噴嘴組代替，使爐內不存在任何能讓灰渣球滯留的地方，一旦灰球形成就會突破噴射的氣流托力落入灰斗等。,5.4典

5、型流化床氣化工藝,5.4.1 Winkler 氣化爐 溫克勒氣化工藝是流化床技術發(fā)展過程中最早用于工業(yè)化生產的。德國人溫克勒首次把流化床技術用于煤氣生產，并于1922年獲得專利。1926年建成第一個工業(yè)化流化床氣化爐并投入運行。 世界上先后建有70多臺溫克勒氣化爐，有的用空氣作氣化介質，有的采用氧氣作氣化介質，至今仍在運轉的不多。,最初的Winkler在爐底部設有爐柵，氣化劑通過爐柵進入爐內，后來改為無爐柵結構，氣化劑通過6個仰角為10，切線角為25的水冷射流噴嘴噴入爐內。,較大的煤粒在下段流化床中氣化;較小的煤粒及爐內產生的細小顆粒被上升氣流夾帶，在上段被引入的二次氣化劑氣化。同時，下段產生

6、的焦油等烴類物質也在上段裂解。氣化爐上段的操作溫度一般控制在10001200，下段的溫度一般控制在8001000,隨著氣化過程的進行，氣化后剩下的灰粒在氣化爐內按顆粒大小和相對密度自動進行分離。 富含灰分的較大顆粒，靠自重沉入流化床底部，并排入灰斗。而較輕顆粒則被上升氣流帶出氣化爐。底部與頂部排出的顆粒所占比例分別約為30%和70%左右。,Winkler氣化爐的主要優(yōu)點:,3.3 m爐氣化強度達2500-2700m3/(m2h) 。5.5 m爐氣化強度達2000 m3/(m2h)，單爐生產能力為47000 m3/h，遠高于常壓移動床氣化爐的產氣量; 氣化爐結構簡單，維護費用都較低，爐子使用壽命

7、長; 操作溫度低，運行可靠，開停車容易，負荷在25%150%變動，且不影響氣化效率; 粗煤氣中基本無焦油類副產物。,Winkler氣化爐的主要缺點:,碳轉化率低，由于操作溫度低，一般帶出物占總灰量的70%80%，含碳3050%，灰渣占總灰量的20%30%，含碳20%30%，因此，相對煤耗較高; 氣化爐設備龐大，造成容積氣化強度較低，僅為K-T爐的1/3，魯奇爐的1/20。,5.4.2 HTW (high temperature Winkler),20世紀70年代，在常壓溫克勒方法的基礎上，德國萊茵布朗褐煤公司開發(fā)了高溫溫克勒流化床氣化技術HTW 1986年在德國貝倫拉特Berrenrath建立

8、的示范裝置，操作壓力1MPa，其生產能力是720t/d，合成(甲醇用)氣37000m3/h，1988年在芬蘭(Oulu)，另一套以泥炭為原料，生產合成氨用合成氣的商業(yè)化裝置投入運行，處理能力干泥炭650t/d。,1989年，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)的HTW氣化爐投入運行，氣化爐處理干褐煤160t/d，氣化壓力2.5 MPa，用空氣或氧蒸汽做氣化劑，三年試運行累計9500h，共氣化干褐煤3萬噸，試驗證明氣化爐性能可以滿足聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的要求。 1992年4月精心設計了IGCC示范裝置，氣化爐內徑3.7m,處理能力160t/h，用空氣做氣化劑，操作壓力為2.7MPa。經(jīng)凈化后煤氣進燃氣輪機發(fā)電，

9、余熱回收，蒸汽供蒸汽輪機發(fā)電，合計發(fā)電367MW，于1996年投入運行。目前均已停運。,Mar12%,350,特點：,操作溫度由原來的900950提高到9501100，因而提高了碳轉化率，增加了煤氣產出率，降低了煤氣中甲烷含量，氧耗量減少; 操作壓力由常壓提高到1.0MPa，因而提高了反應速度和氣化爐單位爐膛面積的生產能力; 氣化爐粗煤氣帶出的固體粉塵，經(jīng)分離后返回氣化爐循環(huán)利用，使排出灰渣中含碳量降低，碳轉化率顯著提高，可以氣化含灰量高(20%)的次煙煤; 氣化過程基本不產生焦油類物質，煤氣冷凝液中的有機物質較少，凈化系統(tǒng)比固定床簡單。,對煤質的要求 原料煤要求活性高、灰軟化溫度高，褐煤和長

10、焰煤是最適宜的原料，可直接使用010mm的原煤，而不必篩分，入爐煤水分一般要求12%。,5.4.3 U-Gas氣化爐,由美國煤氣工藝研究所開發(fā)的單段加壓流化床灰熔聚煤氣化工藝，1974年建了一近常壓中試裝置，進行了130次試驗。1993年中國上海焦化廠引進，共有8臺氣化爐，全套裝置于1995年4月建成投產。以空氣/蒸汽為氣化劑，每臺氣化爐設計生產能力為煤氣20000m3/h，6開2備，供煉焦爐作加熱燃氣，把焦爐煤氣替換出來供城市煤氣。 1995年試生產至1996年10月共運行15000臺h，氣化原料煤5萬噸，原料煤為中國神府煤。由于上海市以天然氣代替城市煤氣，U-Gas氣化爐于2002年初停止

11、運行。目前又在棗莊建設一臺氣化裝置。,鍋爐鋼制外殼 螺旋給煤機 氣化劑分兩路文氏管 灰返送 經(jīng)三級旋風分離器依次進入廢熱鍋爐等回收余熱，最后經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔降溫洗塵后送出氣化系統(tǒng),5.4.4KRW氣化爐,屬于灰團聚加壓流化床氣化技術 1975年以來，KRW爐對包括煙煤、次煙煤、褐煤、冶金焦和半焦在內的多種原料進行了氣化試驗，到1985年累計試驗運轉時間達11500h。 1984年在南非Sasol-聯(lián)合企業(yè)內建成一套KRW煤氣化裝置，氣化爐處理煤能力為1200t/d，1985-1986年試運轉，1987年實現(xiàn)工業(yè)化運行。 1990年代被美國政府列為潔凈煤發(fā)電示范計劃， 1998年在Pinon Pine建成后運轉一段時間后停運，目前沒有KRW氣化爐在運行。,分4段，即氣固分離段、氣化段、燃燒段和灰團聚分離段,煤爐底中央的輸送管 形成一個高溫燃燒區(qū) 含碳量較低的顆粒變得越來越軟，相互碰撞后粘結變大而團聚成球。 落入爐底的斜錐段內，并被進入的循環(huán)煤氣冷卻后排入下面的灰斗。,從氣化爐出來的煤氣經(jīng)兩級旋風分離器，大部分細焦粉被分離下來，通過氣動L閥返回氣化爐下部再次循環(huán)。,經(jīng)旋風除塵器除塵后的煤氣進入廢熱鍋爐副產蒸汽，蒸汽經(jīng)旋流器過熱后供氣化使用。 煤氣經(jīng)文丘里洗滌、激冷器、冷卻洗滌除塵后送往用氣工序。粗煤氣一小部分經(jīng)冷卻后，加壓作為循環(huán)氣送入氣化爐。,KRW氣化爐對煤質的要求,KRW