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恩德炉气化工艺是正在兴起的一种气化技术,恩德炉气化最大的优点就是能够利用劣质煤进行气化,既降低了成本,又利用了有效能源。恩德炉气化法就是将气化剂鼓入炉内,使粉碎成一定程度的细粒燃料,在炉内呈类似液体沸腾状态进行气化反应。我厂以蒸汽和纯氧为气化剂,连续生产水煤气,运行状况良好。此工艺采用褐煤作为原料,但原料煤的化学性质和组分不同,对气化反应后的气体成份有很大影响。
一、原料煤的反应活性对恩德炉气体成份的影响
原料煤的反应活性是指燃料与气化剂的反应能力,一般用在一定温度和接触时间的条件下,二氧化碳被还原为一氧化碳的百分率表示。化学活性高的煤对气化反应有利。煤生成的地质年代愈久,化学活性愈差。对于同一种煤,气化反应温度愈高,化学活性愈强。恩德炉流化床煤气化反应中煤的反应活性对气体成份影响较大,以我厂恩德炉气化为例,开车以来,分别试烧了免渡河煤,十八站煤,海满煤,宝日希勒煤等褐煤,这几种褐煤的反应活性差别很大,反应活性如下:
利用这几种煤作为原料进行气化反应,操作温度在980℃左右,单炉产气量为38600m3/h,所消耗煤量,有效气成份,排出物含碳量,有明显不同,详见下表:
以上数据表明:原料煤的反应活性越好,气化反应进行越彻底,煤的利用率越高,气体成份越好。
二、原料煤中的水份对气体成份的影响
原料煤中的水份也是影响流化床气化反应的重要因素,气化是原料煤与气化剂(水蒸汽和富氧空气)在发生炉内复杂的物理化学反应,原料煤中的水份只是间接参与气化反应,在气化过程中虽然物料只有0~8mm大小的物料进入炉,每一个小颗粒都作为一个反应实体,都要发生干燥、干馏、氧化还原等气化反应过程,只是在流化床气化过程中每一个环节较为迅速没有明显的界限,但原料煤水份的蒸发都要发生在每个煤颗粒本身,并且在每个颗粒表面形成一种蒸汽保护膜,这样大大地降低了热传递过程,气化剂与煤颗粒作用时,反应温度较低,气化速度受到影响,降低了反应效果,以我厂恩德炉为例,选用水份不同的海满褐煤作为原料,操作温度在980℃左右,单炉产气量在38600m3/h左右,各项指标有所不同,详见下表:
以上数据表明:原料煤水份越高,气化所耗煤,耗氧、排出物含碳量、带出物含碳量都要偏高,所以说流化床气化要严格控制原料煤水份。
三、原料煤中的挥发份对煤气成份的影响
原料煤中的挥发份是煤在隔绝空气条件下加热挥发出来的碳氢化合物,在气化过程中能分解变成氢气、甲烷以及焦油蒸汽等。燃料中挥发份含量高,则制出的半水煤气中甲烷和煤焦油含量也高。甲烷的存在将影响原料气的消耗定额和氨的生产能力;煤焦油含量高,因不容易清除掉,一部分随气体带走而粘在设备及管道上,致使清理检修次数增多,给生产带来不利。影响发生炉煤气成份的重要因素,虽然原料煤中挥发份对流化床产气量是有利的,但是往往影响煤气成份中CH4含量,以我厂恩德炉为例,利用不同产地褐煤作为原料,在操作压力,操作温度相同的条件进行气化,煤气成份略有不同,如下:
以上表明:原料煤中挥发份高,煤气中CH4含量偏高,对氮肥生产是不利的。
四、原料煤粒度对气化反应的影响
原料煤粒度的大小和均匀性也是影响气化操作的主要因素之一。煤粒细小均匀,与气化剂接触面积大,沸腾层均匀稳定,气化反应速度快,有利于提高气化效率和气体质量。如果粒度过小不均匀,细煤粒被气流大量带出,从而使生产能力降低,消耗增大,操作条件恶化。如大粒度燃料过多时,靠近炉渣上气化煤粒过多,容易发生局部过热,产生结疤。且灰渣中碳含量高,损失大。因此,沸腾层气化过程要求燃料的粒度为0~10mm为宜,并且小于1mm的应该小于10~15%。
五、原料煤中灰份对气体成份的影响
灰份是固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物。灰份过高,相对地降低了碳的含量,因而降低了煤气化炉的生产能力,并且增加了运输费用和排灰量,随灰渣排出的碳量也增加。因此,燃料煤中灰份含量愈低愈好,一般要求小于20%。
六、灰熔点对气体成份的影响
灰渣没有均一的组成,因而不可能有一定的熔点,在由某一组分部分地开始软化到所有组份全部熔融之间存在着一个温度范围。通常灰份的熔点用三种温度表示,即开始变形温度,软化温度,熔融温度。灰份中SiO2+Al2O3/Fe3O4+CaO+MgO值越大,则灰熔点也越高。
煤的灰熔点低,则限制了气化温度的提高,降低了气化炉的生产能力;同时容易发生结疤现象,影响正常操作。因此,灰熔点愈高愈好,一般要求灰分的软化温度大于1250℃。
七、结论
恩德炉利用劣质煤气化,为了获得良好的气化条件,尽量选用反应活性高的褐煤;且应尽量降低原料煤中水份,使煤中水份含量小于12%;煤的粒度要均匀,粒度为0~10mm,且小于1mm的应少于10%为宜;同时要选择挥发份要适中、灰熔点高、灰份含量少的煤种。
参考文献
[1]钟蕴英等:煤化学,中国矿业学院出版社.
[2]罗颖都等:煤质及化验基础知识,煤碳工业出版社.
[3]朱之培、高晋生:煤化学,上海科学技术出版社.
一、原料煤的反应活性对恩德炉气体成份的影响
原料煤的反应活性是指燃料与气化剂的反应能力,一般用在一定温度和接触时间的条件下,二氧化碳被还原为一氧化碳的百分率表示。化学活性高的煤对气化反应有利。煤生成的地质年代愈久,化学活性愈差。对于同一种煤,气化反应温度愈高,化学活性愈强。恩德炉流化床煤气化反应中煤的反应活性对气体成份影响较大,以我厂恩德炉气化为例,开车以来,分别试烧了免渡河煤,十八站煤,海满煤,宝日希勒煤等褐煤,这几种褐煤的反应活性差别很大,反应活性如下:
利用这几种煤作为原料进行气化反应,操作温度在980℃左右,单炉产气量为38600m3/h,所消耗煤量,有效气成份,排出物含碳量,有明显不同,详见下表:
以上数据表明:原料煤的反应活性越好,气化反应进行越彻底,煤的利用率越高,气体成份越好。
二、原料煤中的水份对气体成份的影响
原料煤中的水份也是影响流化床气化反应的重要因素,气化是原料煤与气化剂(水蒸汽和富氧空气)在发生炉内复杂的物理化学反应,原料煤中的水份只是间接参与气化反应,在气化过程中虽然物料只有0~8mm大小的物料进入炉,每一个小颗粒都作为一个反应实体,都要发生干燥、干馏、氧化还原等气化反应过程,只是在流化床气化过程中每一个环节较为迅速没有明显的界限,但原料煤水份的蒸发都要发生在每个煤颗粒本身,并且在每个颗粒表面形成一种蒸汽保护膜,这样大大地降低了热传递过程,气化剂与煤颗粒作用时,反应温度较低,气化速度受到影响,降低了反应效果,以我厂恩德炉为例,选用水份不同的海满褐煤作为原料,操作温度在980℃左右,单炉产气量在38600m3/h左右,各项指标有所不同,详见下表:
以上数据表明:原料煤水份越高,气化所耗煤,耗氧、排出物含碳量、带出物含碳量都要偏高,所以说流化床气化要严格控制原料煤水份。
三、原料煤中的挥发份对煤气成份的影响
原料煤中的挥发份是煤在隔绝空气条件下加热挥发出来的碳氢化合物,在气化过程中能分解变成氢气、甲烷以及焦油蒸汽等。燃料中挥发份含量高,则制出的半水煤气中甲烷和煤焦油含量也高。甲烷的存在将影响原料气的消耗定额和氨的生产能力;煤焦油含量高,因不容易清除掉,一部分随气体带走而粘在设备及管道上,致使清理检修次数增多,给生产带来不利。影响发生炉煤气成份的重要因素,虽然原料煤中挥发份对流化床产气量是有利的,但是往往影响煤气成份中CH4含量,以我厂恩德炉为例,利用不同产地褐煤作为原料,在操作压力,操作温度相同的条件进行气化,煤气成份略有不同,如下:
以上表明:原料煤中挥发份高,煤气中CH4含量偏高,对氮肥生产是不利的。
四、原料煤粒度对气化反应的影响
原料煤粒度的大小和均匀性也是影响气化操作的主要因素之一。煤粒细小均匀,与气化剂接触面积大,沸腾层均匀稳定,气化反应速度快,有利于提高气化效率和气体质量。如果粒度过小不均匀,细煤粒被气流大量带出,从而使生产能力降低,消耗增大,操作条件恶化。如大粒度燃料过多时,靠近炉渣上气化煤粒过多,容易发生局部过热,产生结疤。且灰渣中碳含量高,损失大。因此,沸腾层气化过程要求燃料的粒度为0~10mm为宜,并且小于1mm的应该小于10~15%。
五、原料煤中灰份对气体成份的影响
灰份是固体燃料完全燃烧后所剩余的残留物。灰份过高,相对地降低了碳的含量,因而降低了煤气化炉的生产能力,并且增加了运输费用和排灰量,随灰渣排出的碳量也增加。因此,燃料煤中灰份含量愈低愈好,一般要求小于20%。
六、灰熔点对气体成份的影响
灰渣没有均一的组成,因而不可能有一定的熔点,在由某一组分部分地开始软化到所有组份全部熔融之间存在着一个温度范围。通常灰份的熔点用三种温度表示,即开始变形温度,软化温度,熔融温度。灰份中SiO2+Al2O3/Fe3O4+CaO+MgO值越大,则灰熔点也越高。
煤的灰熔点低,则限制了气化温度的提高,降低了气化炉的生产能力;同时容易发生结疤现象,影响正常操作。因此,灰熔点愈高愈好,一般要求灰分的软化温度大于1250℃。
七、结论
恩德炉利用劣质煤气化,为了获得良好的气化条件,尽量选用反应活性高的褐煤;且应尽量降低原料煤中水份,使煤中水份含量小于12%;煤的粒度要均匀,粒度为0~10mm,且小于1mm的应少于10%为宜;同时要选择挥发份要适中、灰熔点高、灰份含量少的煤种。
参考文献
[1]钟蕴英等:煤化学,中国矿业学院出版社.
[2]罗颖都等:煤质及化验基础知识,煤碳工业出版社.
[3]朱之培、高晋生:煤化学,上海科学技术出版社.