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褐煤气化技术(二)

[ 发布日期:2018-05-02 09:36:55 点击:1806 来源:金沙4166官网登录 资讯中心 【打印此文】 【关闭窗口】]


  四、褐煤气化技术

  移动床、流化床和气流床等煤气化技术都可应用于褐煤气化,接下来主要从煤种特征、不同炉型对入炉煤的要求等方面,就当前典型的煤气化技术应用于褐煤气化的情况进行了简单述评。



 一)褐煤移动床气化

 移动床煤气化技术有UGILurgiBGL其中UGI为常压间歇造气,原料煤要求采用块状无烟煤或焦炭,产气效率低,已被列入淘汰技术,也不适用于褐煤气化。LurgiBGL煤气化技术均为加压连续造气,要求入炉煤粒度为6~60 mm的碎煤/块煤/型煤,都适用于气化褐煤。其中Lurgi气化炉现已发展到第V代,气化压力2~3 MPa,反应温度900~1100 ℃,固态排灰,对强粘结性、热稳定性差、灰熔点低以及粉状的褐煤气化难度大。BGL是原英国燃气企业在Lurgi炉基础上改造而成的,主要是由固态排灰改为液态排渣,将Lurgi炉的炉箅改为熔渣槽,槽下加一个激冷室,气化压力2~3 MPa,反应温度可达1400~1600 ℃,低灰熔点的褐煤对BGL气化有好处。

  由于以下几个原因,移动床气化褐煤采用型煤是必要的:随着综采、机采技术的普及,采出的原煤粒度有变细、变碎的趋势,粉煤量已占50以上;移动床要求入炉煤有较好的热稳定性和较高的抗碎强度,而褐煤原煤一般水分含量高、机械强度低、热稳定性差,在移动床气化炉内褐煤受热后水分蒸发,易碎裂成小块或煤粉,增加炉内阻力,降低气化效率,使煤气中未反应煤粉的带出量增多;型煤与原煤块煤相比,粒度均匀,还可以通过煤种混配、快速加热以及热焖等方式,降低原煤粘结性,调整煤的灰熔点和机械强度,改善热稳定性等。

褐煤高的挥发分含量对移动床来说,自下而上的高温气流要经过相对低温的干馏段,煤中的挥发分(焦油、酚、氨、甲烷等)随煤气带出,焦油会堵塞管道和阀门,焦油、酚、氨使煤气的净化处理、污水处理复杂化。由于挥发分高导致的较多甲烷,其利弊则与煤气用途有关。高灰分的褐煤采用移动床气化时,除了对气化效率、经济效益有影响外,一般没有其它特别的不利影响。

云南解化集团引进Lurgi炉,以小龙潭褐煤为原料(灰熔点1200),为控制在灰熔点以下操作,需要大量蒸汽。国电蒙能赤峰煤化工一期工程项目以元宝山褐煤为原料,采用Lurgi气化技术,设计年产30t合成氨、52t尿素,该项目正在建设中。BGL气化炉于2001年开始应用于德国黑水泵厂,设计时没有按只烧褐煤考虑,它在黑水泵厂烧的通常是“25%褐煤+75%垃圾”。云南解化集团将一台Lurgi炉于20067月改造成BGL炉,先后试验20多次,主要存在问题是:

①开车时需要用焦炭,烧嘴部位温度高,把耐火砖烧坏;

②上面炉灰熔化成渣后,易产生锥形空洞,渣下不来,现仍在进一步完善中。云天化在呼伦贝尔的项目也采用了BGL气化技术,拟以褐煤型煤为原料生产合成氨。

  二)褐煤流化床气化

  典型的碎煤/粉煤流化床气化技术主要有WinklerHTW、灰熔聚和恩德炉等。流化床气化操作温度要求低于煤的灰熔点,以避免灰分结渣,灰熔点高的褐煤更适合流化床气化,灰熔点较低的褐煤可以通过配煤(与灰熔点高的无烟煤等煤种混用)来提高灰熔点。流化床气化时床层温度相对较低,褐煤的挥发分含量、反应活性普遍较高,适合流化床气化流化床气化对入炉褐煤的粒度是有要求的,因为大粒度煤难以流化,覆盖在炉箅上,可能引起炉箅处  结渣。如果粒度太小,又易被气流从炉顶带出,气化不彻底。恩德炉、HTW炉等一般要求粒度在0~10 mm,灰熔聚炉则要求粒度在0~6 mm。流化床对煤、灰抗粘结性有一定要求,否则影响其流化状态。一般采用环锤式破碎机、风扇磨煤机将褐煤加工到需要的粒度。从煤的输送、气化剂消耗和炉内热量平衡上考虑,入炉褐煤中水分一般要求小于8%~12%,褐煤入炉前需进行干燥处理。

  褐煤干燥现在一般采用转筒干燥器,干燥介质采用锅炉烟道气、燃料气或弛放气等。转筒式干燥设备所用的热烟气,应控制在合适的温度和含氧量。流化床气化对煤中灰分要求小于25%,但灰分含量高达40%的褐煤也能气化,问题主要在于经济性。褐煤较差的热稳定性,对流化床操作存在一些不利影响,须加强排灰等。

煤泥干燥设备

  三)褐煤气流床气化

  褐煤气流床气化技术有湿法、干法之分,GE单喷嘴水煤浆气化、国内四喷嘴水煤浆气化和西北化工研究院单喷嘴多元料浆气化为湿法气流床气化,需磨煤制浆后气化。ShellPrenflo多喷嘴干煤粉气化和GSP单喷嘴千煤粉气化则为干法气流床气化,需干法磨煤制得干煤粉。对湿法气化来说,煤中水分尤其是内水含量越高,成浆性能越差,在煤浆浓度相同的条件下,煤浆的表观粘度较大,以致流动性较差。若使其达到较好的流动性,则煤浆浓度一般就会下降。煤中水分含量越大,磨煤操作时越易溢浆,添加剂的选择余地越小,添加剂消耗越大。加之褐煤固定碳含量和发热量低,不仅单位有效气体的煤耗高,同时由于水分蒸发消耗了过多的热量,气化炉内热量也难于达到平衡。如某褐煤原煤的成浆浓度仅为44%,如果不能采取提质改性、合理配煤等有效措施将制浆浓度提高到一定程度(至少应在55%~57%以上,以便维持气化炉内正常的氧化反应、气化反应等的进行,维持热量平衡),则不宜选用湿法气流床气化。对干煤粉气流床来说,水分高,增加了气化过程的热能消耗,同时不便于干煤粉的输送,需要将入炉煤预干燥到一定程度。灰分不直接参加气化反应,却要消耗煤在氧化反应中产生的反应热。褐煤煤种灰分含量高,会相对增加气化炉的比煤耗、比氧耗。对于湿法气流床气化,灰分形成的灰渣都进入渣水处理系统,灰分中SiO2、A12O3等硬颗粒会对一些管道、阀门、设备产生过度冲蚀以致泄漏,而灰分中的CaOFeO等碱性成分和渣水中细灰又容易在管道、换热器的一些部位产生沉积、垢堵。灰分高,渣水中的固含量增加,渣水处理系统的负荷增加,难度增大,能耗也随之上升。ShellPrenflo废锅流程干煤粉气流床气化技术中的陶瓷过滤器、激冷气压缩机、废锅等因灰而结垢、损毁故障影响着气化装置的正常运行。此外,灰分中NaO含量较多,对陶瓷过滤器、废锅也产生比较严重的不利影响。GSP干煤粉气流床气化技术目前采用了激冷流程,所有灰分分别通过激冷室、洗涤器进入渣水处理系统,这与GE等湿法气流床气化技术的情况有些类似。褐煤机械强度低、热稳定性差,对于气流床气化没有不利影响,而机械强度低导致的好可磨性,对气流床气化炉入炉煤粉的加工则是有利因素。  

  ①褐煤制浆

  褐煤内孔表面积大,吸水能力强,成浆性差,一般不易制得高浓度的煤浆。褐煤制水煤浆,应主要从如何改善其成浆性能上考虑,成浆性能则主要指水煤浆的浓度、流变特性和稳定性。褐煤制煤浆可以采用的改进措施主要有合理配煤、磨煤与级配技术、添加剂配方及生产技术、对褐煤  提质改性等。经采用配煤、改善级配、选择合适的添加剂等方法进行制浆性能试验,云南褐煤与新庄煤  (0.650.35)两种高低阶煤配合制浆浓度达53%。原先成浆浓度只能做到4496的内蒙古白彦花煤矿褐煤,经北京某企业采用其褐煤改性提质技术,将褐煤先制成半焦,然后用半焦做水煤浆,其浓度达到了60%左右。呼伦贝尔东能企业也在做褐煤提质成半焦然后制水煤浆的试验工作。褐煤提质改性后再制成煤浆,然后采用湿法气流床气化,技术上应该没有问题,但还需要从经济性上进行比较。

  ②褐煤制干煤粉气化

  采用Shell干煤粉气流床气化褐煤技术生产甲醇,在褐煤入炉前的预干燥技术是:将破碎到一定粒度的褐煤给料至管式干燥机的干燥管内,同时向干燥管外通入作为干燥介质的热源,使干燥管内的煤与干燥管外的热源进行间接热交换,干燥后的褐煤通过输送机送出。煤中的水分随干燥机的废气通过排风机抽至袋式收尘器,分离出的煤粉和干燥后合格的碎煤一起送至磨前碎煤仓。制干煤粉用设备目前主要在中速磨煤机和风扇磨煤机这两种类型的磨煤机上进行选择。中速磨煤机即辊盘式磨煤机,工作转速在50~300 r/min,要求原煤水分不能过高,制粉和干燥同时完成,干燥后煤粉细度能达到干煤粉气化要求。风扇磨煤机是目前电站采用较多的一种高速磨煤机,工作转速750~1500 r/min,集干燥、破碎、输送三种功能于一身,适用于高水分、低灰分、磨损性不强的褐煤。在保证碳转化率的前提下,对挥发分含量高、反应活性好的褐煤,可适当放宽煤粉粒度,故可采用风扇磨煤机。

  四)褐煤地下气化

  褐煤资源因质地不稳定且易挥发,极不利于传统井工下采。煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有效控制地燃烧,通过对煤的热解、化学作用产生粗煤气,是集井、采煤、转化工艺为一体的多学科开发清洁能源与化工原料的新技术,其实质是将物理采煤转变为化学采煤,提取煤中有用组分,将灰渣、矸石、放射物等有害物留在地下。在内蒙古乌兰察布市,新奥气化采煤集团与中国矿业大学合作研究地下气化采煤技术,从20074~10月,建成了一体化气化采煤试验项目中试基地,并于1022日一次点火成功,获得了地下气化煤气。该技术不用打井,地下无人,插进几个管道,地下形成的“气化炉”是动态的,沿着煤在地下的自然走向形成,使煤燃烧,产生足够的天然气、一氧化碳和氢气。该项目目前日产合成气已达到15m,煤炭资源利用率超过75%以上,攻克了褐煤难以开采的瓶颈。

 

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