发布时间 : 星期一 文章气流床气化技术研究现状更新完毕开始阅读80bec31752d380eb62946ddc
置式气化炉的缺点;炉顶喷嘴射流形式与Texaco气化炉类似。炉侧喷嘴射流对炉顶喷嘴射流具有一定的冲击阻挡作用，使得其形成的高速射流不能直接到达炉底出日，大大抑制了“短路”现象的发生，炉侧四喷嘴射流不象多喷嘴对置式水煤浆气化炉，它没有形成向下的撞击流股，相反却形成了负压回流区，更加抑制了撞击流股直接冲向炉底出口的可能性，整个气化炉内颗粒停留时间长，湍流搅混剧烈，混合程度好，流场分布合理，为燃烧和气化反应的进行提供了优良的条件。
该新型水煤浆气化炉的结构形式见图1.6。由于采用了炉顶和炉侧多喷嘴入口的形式，气化炉对负荷调节的适应性大大提高，在小负荷内变化时，只需调节炉顶喷嘴负荷既可满足气化炉负荷变化的需要，而不致影响气化炉内整个流场的分布，在较大负荷变化时，可同时调节5个喷嘴的负荷，以满足负荷变化的需要，各喷嘴负荷调节可按比例进行，仍然可保证整个气化炉内流场的稳定性，从而增强了气化炉对负荷调节的适应性、灵活性和稳定性。单台气化炉气化容量明显增大，仅炉顶一个喷嘴就可与Texaco气化炉相当，炉侧四个喷嘴总负荷又有较大的调解范围，使得整台气化炉容量受喷嘴负荷的影响减弱，气化炉大型化发展的前景十分乐观。由于炉侧喷嘴以一定角度喷入气化炉，避免了多喷嘴对置式水煤浆气化炉喷嘴射流直接对冲产生的不良后果，有利于保护喷嘴不受射流冲击的直接影响。炉侧四支喷嘴射流仍然具有互相冲击破碎的作用，从喷嘴出口到撞击区的距离增大，减弱了由于射流撞击空间狭窄而导致射流未能充分发展就直接冲向撞击区的缺点，更能充分发挥喷嘴高效雾化的优势。由于整个气化室内湍流混合剧烈，没有射流直接冲向炉底出口，雾化颗粒在炉内停留时间长，炉侧喷嘴下部管流区缩短，因此气化炉的高径比可适当减小，使气化炉整体结构更加紧凑.气化炉炉侧喷嘴入口位置、入口角度通过实验或数值模拟的手段来确定，以保证能形成湍流混合强度高、回流区较大、射流不直接冲刷墙壁、能充分抑制“短路”现象的适合气化反应的流场为宜。气化炉容积根据气化炉设计负荷和选定的气化压力、高径比确定，以保证颗粒在炉内具有充分的反应停留时间为宜(一般合适的颗粒停留时间为6-8秒)。
图1.6气化炉本体结构示意图
概而言之，目前水煤浆气化需解决的关键技术有以下几个方面：(1)进一步延长 喷嘴的寿命．目前进口喷嘴可使用约60d(25万美元／台)，国产喷嘴可使用约52d；(2)进一步延长急冷环的使用寿命。目前的急冷环只能使用一年；(3)进一步降低耗氧量同时提高煤气中有效成分(CO+H2)的含量。
2 干煤粉气化技术研究现状【郭文元. 大型干煤粉气化炉的技术特点[J]. 石油化工
设备技术，2005,26(5) 19】
目前煤气化技术已趋于成熟，比较著名的Shell, Prenflo气化炉的单炉生产能力都达到了2000-2500t/d等级，并都建立了250-300 MW等级的lGCC示范电厂。第一代干法粉煤气化技术的核心是K-T炉，由于存在冷煤气效率低、能耗高和环保方面的问题，进人20世纪80年代后，除南非和印度等国仍有部分装置在运行外，K-T炉已基本停止发展。第二代煤气化技术核心是干粉煤的连续气化和加压进料。早在20世纪50年代初期就有人探索粉煤加压连续输送技术，但未取得实质性进展。Texaco公司放弃了干法加料这一传统做法，成功开发了水煤浆湿法气化工艺，最先实现了加压非固定床连续气化装置的工业化，在80年代即开始推广。1978年,Shell和Krupp-Koppers。公司联合开发出一种粉煤间断升压和加压下连续进料的半连续加煤工艺，从此干法粉煤气化技术重现生机。
目前煤气化技术主要有水煤浆气化、干煤粉气化，煤气化等，其中水煤浆和干煤粉气化工艺最具有发展前途。而干煤粉气化更具有对煤种适应性广、气化温度高、耗氧量少、单台设备(气化炉)能力大、有效气产量高、环保效果好等特点。
2000t/d 投煤量的干煤粉气化炉，以固态干煤粉为原料，采用“非催化部分氧化”法制合成气，国内在建的装置有5套以上，中国石化集团宁波工程有限公司承建了其中3套，用于合成氨“煤代油”技术改造的气化装置干煤粉 、氧气及蒸汽的混合物流经粉煤燃烧器喷人气化炉反应器内，在4.2MPa的操作压力、1500℃-1700℃的操作温度范围内发生非催化部分氧化化学反应，产生粗合成气(CO+H2) 。出气化炉反应器的粗合成气温度约为1500℃，用进人气化炉顶部的循环气体激冷冷却至900℃后，经导管进人废热锅炉(合成气冷却器)进一步换热冷却，并过热中压蒸汽及产生饱和中压蒸汽干煤粉气化炉包括气化反应器、导管及废热锅炉(即合成气冷却器)，在总体结构上主要由内件和炉体承压外壳组成，如图2.1所示,
图2.1气化炉总体结构示意图
在干煤粉气化装置中，气化炉的气化反应器和废热锅炉通过导管、气体返向室连接在一起成为整体。全炉由气化炉反应器、激冷管、导管、气体返向室及废热锅炉组成。气化炉的支承方式为气化反应器底部座落在35m混凝土框架上，由于气化炉系统整体的“柔性”要求，在废热锅炉侧采用恒力弹簧吊架吊挂支承。
气化反应器主要由受热面(膜式水冷壁)、环形空间及承压外壳组成，反应器内件的总体结构为水冷壁形式。用沸水冷却的膜式水冷壁安装在承压外壳内，气化过程实际发生在膜式水冷壁围成的腔内，气化压力由承压外壳承受。在膜式水冷壁与承压外壳之间的是环形空间，主要用于放置水、蒸汽的输出、输人管线及集箱管、分配管。另外，环形空间也便于膜式水冷壁与承压外壳的连接安装及其
以后的检查与检修。气化反应器膜式水冷壁的结构为管子一翅片管子的圆筒结构，该结构通过上部锥体通往激冷区，其下部也连着一个锥体作为燃烧室的底部，锥体中心开孔，供液态熔渣下落通过。筒体下半部均匀分布4个烧嘴口并带有冷却器。气化炉按流态排渣炉的原理进行操作。为了确保流态排渣，气化室内腔采用耐热锚固钉加强的陶瓷纤维耐火材料内衬。在气化炉操作过程中，由于陶瓷材料良好的耐温性及冷却膜壁的作用，会形成一定厚度的渣层，渣层覆盖内腔
的内表面并且变得坚硬。渣层形成的膜将保护内腔壁免受熔渣的影响。熔渣在气化过程中形成，沿着内壁往下走，最后通过底部的开孔排出。 2.1国外干粉煤气化技术研究概况 2.1.1常压K-T气化炉
20世纪40 年代开发了常压煤粉气流床气化炉，简K-T炉称，它是第一代干法粉煤气化技术的核心，最早得到商业应用的气流床气化炉。自1950年在芬兰建成第一座商业化工厂生产合成氨以来，该工艺得到了广泛的商业应用。有一段时间，在国外的煤基合成氨生产中，90%以上气化工艺采用了K-T炉技术，世界上计有18个国家的20家工厂先后使用了77 台K-T气化炉[Krupp koppers公司.煤的气化
科学报告会-技术介绍[C]. 北京：1987]，主要用于工业合成氨、甲醇、制氢或做燃料
气。K-T炉的数据表明［沙兴中，杨南星.煤的气化及应用［M］. 上海：华东理工大学出
版社，1995,253-254］其气化效率较高，CO+H2产率高达90%，但因常压操作，其
经济性和操作方面尚存在一些不足。由于存在冷煤气效率低、能耗高和环保方面的问题，进人20世纪80年代后，除南非和印度等国仍有部分装置在运行外，K-T炉已基本停止发展。
2.1.2 Shell煤粉气化技术[刘其林，李超，黄培林。粉煤气化技术浅析[J].燃烧与化工，2006，
3（72）]
Shell气化炉是第二代煤气化工艺的典型代表，其结构简图如图2.2。Shell公司在其渣油气化技术工业化经验的基础上，于1972年开始从事煤气化研究。1987年Shell单独在美国休斯顿建成的加工量250-400t/d的示范厂。其后1994年在荷兰的Buggenutn建成了以Shell煤气化技术为核心的IGCC电站，日耗煤量高达2000t以上，净发电能力为253MW。经过3年的示范运行已正式交付用户，充分表明Shell技术的先进性和成熟性。Shell气化法采用干法供料，高压N2输送，气化炉炉壁冷却采用水冷壁结构，并采用挂渣措施保护气化炉壁，实现以渣抗渣。气化炉顶约1500℃的高温煤气出炉后由除尘冷却后的冷煤气激冷至900℃左右进入合成气冷却器经回收热量后的合成气进入干法除尘和湿法洗涤系统。其中合成气冷却器产生的高(中)压蒸汽配入粗合成气中，气化炉水冷壁副产的中压蒸汽可供压缩机透平使用。
从工业运行的表现来看，Shell气化炉具有如下特点[姚强等编著.洁净煤技术[M]
北京:化学工业出版社，2005.][1]
(1)煤种适应性较广，可使用烟煤、褐煤和石油焦等原料，可气化高灰分、高水分、高含硫量的煤种；
(2)碳转化率高，一般达到99%，耗氧量相比水煤浆进料降低15%，冷煤气效率达到80%-85%，热煤气效率超过95%；