您當前的位置是:網站首頁 >> 研發創新 >> 專題論文
幹餾式煤氣發生爐與其他煤氣發生爐對比優勢分析

發布時間:2014-05-05
0

張豔1  苑衛軍2   陳學峰2

1 山東固德化工有限公司   山東萊蕪   271114   

2 唐山科源環保技術裝備有限公司   河北唐山   063300

此專題内所有文章禁止轉載或者拷貝上傳到其他網站上
摘要:從煤氣發生爐的結構及造氣過程着手,對幹餾式發生爐與一段式和兩段式發生爐進行了較為系統的對比分析。就煤氣質量和産量、焦油回收、資源的節約利用、設備的操作維護等方面,幹餾式發生爐都優于一段式發生爐兩段式發生爐,幹餾式發生爐特别适合于氣化含水分、揮發分和灰分較高的煙煤。

關鍵詞:一段式發生爐;兩段式發生爐;幹餾式發生爐;煤氣;焦油;資源節約利用;設備操作維護

Advantage Analysis Comparing Pyrolysis Coal Gasifier with Other Coal Gasifiers

ZHANG Yan1   YUAN Wei-jun2    CHEN Xue-feng2

1 Shandong Gude Chemical Co., Ltd,  Shandong Laiwu  271114

2 Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology & Equipment Co., Ltd,  Hebei  Tangshan  063300

Abstract:  In terms of the inner structure and gas producing process, a contrastive analysis between pyrolysis coal gasifier and single-stage and double-stage coal gasifier has been made to show the pyrolysis coal gasifier is superior to be used in the respect of coal gas quality and output, tar recycling, resource conservation, the operation maintenance of the equipment, etc. The pyrolysis coal gasifier is particularly suitable to be used for gasifying the bituminous coal with high water content, high volatile matter and high ash content.

Keywords:Single-stage coal gasifier; Double-stage coal gasifier; Pyrolysis coal gasifier; Coal gas; Tar; Resource conservation; Equipment operation maintenance

1. 引言

近年來受國際石油價格波動及國内石油、天然氣供應能力和供應構架的影響,國内石油、液化石油氣及天然氣的價格在不斷攀升,而中國煤炭資源相對豐富,其供應價格相對較低,受國際能源價格的影響較小,其供應構架也比較符合市場經濟規律,但同時煤炭作為直接燃料的應用又受到國家嚴格的環保政策的制約,在這種形式下,煤氣發生爐作為煤炭資源潔淨利用的一種形式,既符合中國能源安全戰略和環保政策,又符合相關燃耗企業的利益要求,得到了諸如玻璃、陶瓷、冶金、機械、化工等燃耗較大行業的廣泛應用。通過對一段式發生爐、兩段式發生爐和幹餾式發生爐三種爐型進行系統的對比分析,從而揭示相應爐型的優缺點,為企業提供發生爐爐型選擇的相關理論依據,在某種程度上可以有效避免或減少企業的失誤性投資。

2. 煤氣發生爐的結構及造氣過程分析

2.1 一段式發生爐

 

1 一段式發生爐示意圖

一段式發生爐結構如圖1示意,該爐型特點是爐體較低,爐内幹餾層和幹燥層較薄,約為300mm左右,加煤操作時爐頂處須保持1.5-2m的空層。一段式發生爐的煤氣生産過程:通過加煤機将煤加入發生爐爐膛内,煤入爐後首先進行較短時間的幹燥和幹餾熱解,然後進入氣化反應層。作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐内,高溫條件下與氣化反應層煤發生氧化還原反應,形成以CO和H2為主要成分的煤氣M,M’為幹餾熱解産生的幹餾煤氣。

2.2 兩段式發生爐

2 兩段式發生爐示意圖

兩段式發生爐結構如圖2示意,該爐型特點是在一段式發生爐基礎增加了6m左右的幹餾幹燥段,爐内保持滿料層操作。兩段式發生爐的煤氣生産過程:作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐内,在高溫條件下,與進入氣化段的呈半焦狀态的煤發生氧化還原反應,形成以CO和H2為主要成分的煤氣M。煤氣分兩部分向上運行,其中一部分M2通過下段煤氣夾層通道上移,最後從下段煤氣出口導出,該部分煤氣被稱為下段煤氣;而另一部分煤氣M1則在煤氣發生爐料層内上行進入幹餾段,通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸,将其熱量直接傳給氣化用煤,對煤進行幹餾和幹燥,同時産生一部分以烷烴類高熱值氣體為主的幹餾煤氣M3。這部分上行煤氣及幹餾過程中産生的幹餾煤氣一起由上段煤氣出口導出,形成上段煤氣。

2.3 幹餾式發生爐1,2

3 幹餾式發生爐示意圖

幹餾式發生爐結構如圖3示意,該爐型與兩段式發生爐的不同之處在于該爐去掉了下段煤氣出口,爐内産生的所有煤氣全部從爐頂煤氣出口導出爐外。幹餾式發生爐的煤氣生産過程:作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐内,在高溫條件下,與進入氣化段的呈半焦性質的煤發生氧化還原反應,形成以CO和H2為主要成分的煤氣。煤氣向上運行進入幹餾段,通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸,将其熱量直接傳給氣化用煤,對煤進行幹餾和幹燥,同時産生一部分以烷烴類高熱值氣體為主的幹餾煤氣,這部分上行煤氣及幹餾過程中産生的幹餾煤氣一起由煤氣出口導出。

3. 幹餾式發生爐的優勢分析

3.1 煤氣及焦油

由以上三種爐型的結構可以看出,其灰層區、氧化層區和還原層區處的爐體結構基本相同,不同之處在于其幹餾層區的結構,而幹餾層區結構的不同直接影響到煤炭在此進行幹餾熱解的傳熱介質的變化,從而影響到幹餾熱解過程中幹餾煤氣及副産焦油的析出情況。降文萍3介紹煤的熱解過程大緻可分為三個階段:第一階段,室溫—300℃為幹燥脫氣階段,脫水主要發生在120℃以前,CH4、CO2和N2等氣體的脫除大緻在200℃時完成;第二階段,300—600℃,以解聚和分解反應為主,析出大量煤氣和焦油,450℃左右焦油析出量最大;第三階段,600—1000℃,以縮聚反應為主,半焦變成焦炭,該階段析出焦油量極少,産生的氣體主要是H2和少量CH4。崔銀萍等4指出溫度是影響幹餾熱解産物的最主要因素,煤在幹餾熱解過程中産生幹餾煤氣,其中H2在400-600℃開始緩慢生成,600-900℃時H2生成量最大,CO的最大生成速度在700-800℃,CH4的釋放峰溫在550-700範圍内,C2、C3的烴類氣體釋放峰溫為500-600℃;400-700℃幹餾熱解過程中焦油的産率最大,400-600℃時産生的焦油主要由脂肪烴、芳香烴以及含氧化合物組成,其密度和黏度較低;高溫狀态下産生的焦油基本完全是芳烴,密度和黏度較高,而且由于二次反應的存在,焦油産率明顯下降。

一段式發生爐的幹餾熱解介質為還原層産生的全部煤氣,其溫度約為550-650℃,煤氣“爐出溫度”約為500-550℃,由于一段式發生爐的幹餾層較薄,煤炭在幹餾層内進行的低溫幹餾熱解時間較短,煤中的揮發分隻有一小部分在幹餾層中通過低溫幹餾熱解析出,大部分未脫除的揮發分随煤進入還原層上部,在700-800℃下進行中溫熱解脫除。由于爐内主要進行的是中溫幹餾熱解,幹餾煤氣主要以H2和CO為主,CH4和C2、C3類物質相對較少;另外熱解出的焦油中低溫幹餾焦油比例較少,大部分為中溫幹餾焦油,焦油的密度和黏度較高,同時焦油産率也明顯較少。入爐煤揮發分為25-28%時,一段式發生爐爐出煤氣熱值≥5643KJ/Nm3,焦油産率約為3%左右。

兩段式發生爐的幹餾段較高,幹餾段高度一般約為6m左右,兩段式發生爐上段煤氣“爐出溫度”隻有80-120℃,由此可以判斷,盡管其幹餾段高度較高,但其有效幹餾層高度預計隻有3m左右。由于幹餾段内的幹餾熱解熱源隻由氣化段産生的煤氣的一部分M1提供(熱介質溫度約為550-650℃),所以盡管煤在兩段式發生爐幹餾段内進行的低溫熱解時間相對較長,但由于幹餾熱量提供不足,緻使低溫熱解程度不夠,進入還原層的半焦揮發分含量偏高,還原層上部中溫熱解脫除的揮發分比例較高。與一段式發生爐相比,兩段式發生爐幹餾煤氣主要以H2、CH4和C2、C3類物質為主,煤氣熱值相對較高;另外熱解出的焦油中低溫幹餾焦油比例也明顯增高,焦油的密度和黏度較低,同時焦油産率也明顯增高。入爐煤揮發分為25-28%時,兩段式發生爐爐出煤氣熱值≥6061KJ/Nm3,焦油産率約為5%左右。

幹餾式發生爐幹餾段高度與兩段式發生爐相同,幹餾式發生爐煤氣“爐出溫度”一般在400-450℃左右,由此可以判斷,其有效幹餾層高度應該在5m左右,約為一段式發生爐的16倍左右,幹餾段内低溫幹餾熱解時間是一段式發生爐的16倍左右,幹餾熱解的熱介質總量與一段式發生爐相同,是還原層産生的全部煤氣(熱介質溫度約為550-650℃),單位時間内提供的熱解熱量基本是兩段式發生爐的2倍以上。即幹餾式發生爐内幹餾段内單位時間内低溫熱解熱量與一段式發生爐相同,低溫幹餾熱解時間與兩段式發生爐相同,低溫幹餾熱解程度高于其他兩種爐型。與另外兩種爐型相比,幹餾式發生爐幹餾煤氣中H2、CH4和C2、C3類物質的析出量較大,煤氣熱值相對較高;另外熱解出的焦油主要是低溫幹餾焦油,焦油密度和黏度較低,同時焦油産率也明顯增高。入爐煤揮發分為25-28%時,幹餾式發生爐爐出煤氣熱值≥6479KJ/Nm3,焦油産率約為7%左右。

3.3 煤炭資源節約

一段式發生爐由于1.5-2m的空層的存在,加煤時出現大量的煤粉暴揚,随煤氣導出爐外,另外插釺操作和煤料熱爆産生大量煤粉也會被煤氣攜出,從而造成大量的煤炭資源浪費。兩段式發生爐沒有空層,保持滿料層操作,克服了加煤時煤粉暴揚造成的煤炭資源浪費,但在插釺操作、煤料熱爆時産生的大量煤粉自下段煤氣導出口引出,也同樣造成一部分煤炭資源的浪費,但和一段式發生爐比較煤粉攜出量要少許多。與兩段式發生爐相比,幹餾式發生爐同樣沒有空層,保持滿料層操作,克服了加煤時煤粉暴揚造成的煤炭資源浪費;另外由于幹餾式發生爐沒有下段煤氣導出口,插釺操作和煤料熱爆産生大量煤粉随煤氣進入幹餾段,經過厚厚的料層過濾後全部沉積下來,随煤料下移進入還原層,重新進行還原造氣反應,入爐煤在爐内得到充分的利用,有效節約了煤炭資源。

3.4 氣化煤種的适應性

發生爐内的幹燥層和幹餾層高度,随入爐煤的水分含量發生變化,由于幹燥脫水溫度較低,所以煤在幹燥和幹餾過程中,優先進行幹燥脫水,然後進行幹餾熱解,如果氣化用煤的水分含量較高,幹燥過程耗熱增加,幹燥層高度相應增加,幹餾層高度随之降低,為保證低溫幹餾熱解充分,單位時間内供應的幹餾熱解熱量必須提高;如果氣化用煤的揮發分含量較高,則幹餾熱解所需要的熱量較多,必須有大量的高溫煤氣通過幹餾段,而且幹餾熱解時間必須足夠長,為煤炭幹餾提供足夠的熱解熱量,才能保證低溫幹餾熱解進行徹底;灰分含量較高的煤,一般固定碳含量較少,對于同樣規格的發生爐而言,氣化灰分含量較高的煤,其還原層内單位時間産生的煤氣量較少,即單位時間内向幹餾層供應的熱解熱量較少,這時就需要保持較高的幹餾層以增加幹餾熱解時間,從而達到充分低溫幹餾熱解的目的。

利用一段式發生爐氣化高水分、高揮發分、高灰分的煤時,由于幹餾層較薄、幹餾時間較短,無法保證煤炭充分的低溫幹餾熱解,煤中大部分揮發分在氣化層的上部高溫狀态下脫除,從而造成幹餾煤氣中CO含量增加、CH4、C2、C3含量降低,煤氣熱值下降,同時焦油産率低,焦油密度和黏度較高。

利用兩段式發生爐氣化高水分、高揮發分、高灰分的煤時,還原層産生的煤氣量本身就較少,而且還有一部分煤氣M2不參與幹餾熱解,直接從下段導出口引出形成下段煤氣,而作為幹餾熱介質的上行煤氣量M1提供的幹餾熱解熱量嚴重不足,從而造成幹餾段内的煤炭低溫幹餾熱解不徹底,煤中大部分揮發分在氣化層的上部高溫狀态下脫除,緻使下段煤氣中出現大量密度和黏度較高的中高溫幹餾焦油,同時煤氣熱值下降,焦油産率也降低。

利用幹餾式發生爐氣化高水分、高揮發分、高灰分的煤時,還原層産生的高溫煤氣全部上行進入幹餾段,幹餾熱解熱量供應充足,而且幹餾式發生爐幹餾段較高,低溫幹餾熱解時間充裕,煤炭在幹餾段内進行的低溫幹餾熱解充分,幹餾煤氣中H2、CH4、C2、C3含量較高,爐出煤氣熱值較高,同時焦油産率較高,焦油密度和黏度較低,幹餾式發生爐适于氣化水分、揮發分和灰分較高的煤。

3.5 操作與維護

一段式發生爐加煤時需要控制适當高度的空層和相對水平的料層,對加煤和爐内布煤要求較為嚴格,必須按時探測空層高度,而且一旦出現頂部布料不均,必須及時進行撥煤操作;兩段式發生爐加煤為滿料層自動操作,不需要保持空層,而且對頂部料層的水平程度要求也比較寬松,但需要根據氣化用煤的水分、揮發份含量以及煤氣産量的不同,對上、下段煤氣流量比例進行适當的調節,否則會造成煤炭幹餾段内低溫幹餾熱解不充分,既影響煤氣質量,又會造成下段煤氣焦油含量增加5。幹餾式發生爐在加煤方面與兩段式發生爐相同,保留了兩段式發生爐在料層控制方面簡單、容易操作的優勢,同時與兩段式發生爐相比,由于取消了下段煤氣出口,還原層所生産的煤氣全部上行對煤進行低溫幹餾熱解後導出爐外,所以不需要對煤氣進行流量比例的調節,大大降低了發生爐的操作和維護的複雜程度。

4. 結論

綜上對三種發生爐爐型的結構及造氣過程進行對比和分析,與一段式發生爐和兩段式發生爐相比,幹餾式發生爐在煤氣熱值、副産焦油的質量、炭資源的節約利用和設備操作與維護等方面存在諸多優勢,而且幹餾式發生爐特别适合于氣化水分高、揮發高和灰分高的煙煤或褐煤。

參考文獻:

[1] 唐山科源環保技術裝備有限公司,帶幹餾段的單出口煤氣發生爐[P],中國:200520024406.X,2006年8月

[2] 苑衛軍,常壓固定床帶幹餾段煤氣發生爐研究(碩士學位論文)[D],北京:清華大學,2004

[3] 降文萍,煤熱解動力學及揮發分析出規律研究(碩士學位論文)[D]山西:太原理工大學,2004

[4] 崔銀萍;秦玲麗;杜鵑,煤熱解産物的組成及影響因素分析[J],煤化工,2007,29(2):10-15

[5] 苑衛軍;李建勝;秦利生,兩段式發生爐上下段煤氣比例調節影響因素分析[J],玻璃,2010,37(1):14-18

第一作者

姓名:張豔(1968—),女,山東壽光市,工程師,學士,1991年本科畢業于浙江化工大學精細化工專業,現從事煤化工方面工作,E-mail:tbndh@163.com

辦 公 室:0315-3185606   傳 真:0315-3185706

銷售熱線:0315-3183698/6(國内)

銷售熱線:0315-3183189(國際)

售後服務:0315-3183368

技術咨詢:0315-3185003

唐山科源環保技術裝備有限公司 備案号:冀ICP備案号09007820号 技術支持:文豪科技 COPYRIGHT @ 2018 TS-KY.COM ALL RIGHTS RESERV
日韩无砖专区2021特黄免费视频