恩德粉煤流化床和固定床气化技术对比

abcd · 发表于 2012-8-10 19:45:31

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恩德粉煤流化床和固定床气化技术对比
吉林长山化肥集团固定床富氧连续气化装置2002年2月竣工投产，以山西白煤、焦炭为原料，此装置运行两年，由于白煤和焦炭的供应紧张，价格居高不下，使企业陷入困境，经过调研选择了恩德粉煤气化技术，恩德粉煤气化炉为流化床气化工艺，该气化技术是在温克勒炉技术基础上革新发展起来的。长化恩德炉气化装置是国内第一套为合成氨提供原料煤气的装置。自2003年底竣工投产以来，运行稳定，各项工艺指标基本达到设计要求，现通过固定床和恩德粉煤流化床需原料及气化条件进行对比和讨论,希望有助于提高大家对这两种气化技术的认识。
一、两种煤气化技术对原料煤种和煤质的要求
两种气化方法对原料煤种和煤质的要求见表1
项目                恩德粉煤流化床          固定床
固定碳（CGB）             44%                      77%
挥发份(V)                   30%                      6%
水份(W)                   15%                      2%
灰份(A)                   15%                      14%
煤种的粘结性要求    粘结性（y＜3）             很严格（y=0）
煤种的的活性要求    高活性（950℃活性65% 以上）不严格
备煤要求          粒径小于10mm碎煤粉          25-75mm的煤或焦炭
机械强度             不严格                   严格
热稳定性质             不严格                   严格
                           表1

二、两种气化反应几项工艺指标见表2

项目                恩德粉煤流化床          固定床
碳利用率%
灰渣                      1.2                         5.0
带出物                   11.5                      2.4
制气                      87.3                      92.6
气化效率%                70                         80
蒸汽分解率%             38                         50
飞灰产量kg/h.台          5870                      150
煤气产率m3/kg             1.48                      2.44
千立方米CO+H2耗燃料/Kg    1170                   542
千立方米CO+H2耗氧气/m3 320                      214
煤气组成%
CO2                      20                         13
CO                      31                         38
H2                         40                         30
N2                         6                         18
CH4                      2.5                      0.5

表2
三、提高碳转化率的方法
块煤、焦炭为原料的固定床气化工艺，灰渣量约占入炉煤灰分总量的95%，其中灰渣残碳占5~25%，煤气中的含尘量约占入炉煤灰分总量的5%，其中残碳占50~60%，从以上数据可以看出固定床气化提高碳的转化率，关键是提高管理水平和操作水平。例如：合理控制气化相流化层和稀相流化层两者有明显分界面，终端速度小于气流速度的较火层厚度位置、温度以及炉条机的转速比等。
恩德粉煤气化恩德炉内的燃料是在悬浮状态下进行气化反应，床层中包括密小煤粉被煤气夹带出炉，带出物占入炉煤灰份的70%，残碳26-35%，终端速度大于气流速度的较大颗粒落回床内以灰渣的形成排出气化炉，灰渣占入炉煤灰份的30%，残碳在8-10%，根据流化床炉内温度均匀，飞灰粉度小，飞灰中的残碳高，飞灰量大等特点，提高恩德炉碳转化率，主要是采用高效旋风分离器将粗颗粒飞灰进行分离，使其回到炉内再次参加反应。并在气化炉床层上部通入二次气化剂，将煤气夹带的煤粉和裂解物再气化燃烧，当然优化操作，控制合理粒，优化汽/气，控制最佳流化速度等，也是提高恩德粉煤气化工艺碳转化率的重要方面。
四、固定床气化和恩德炉气化反应过程中温度分布对比。

通过图1-1和图1-2可以看出：恩德炉的气化过程和固定床都分为氧化层和还原层，而且氧化层上面都是还原层，但是由于恩德炉气化床层中燃料颗粒具有强烈的运动的特性，导致其和固定床相比有以下几个特点：
从图1-3中可以看出恩德炉气化过程中温度沿床层高度的变化比固定床平稳，在固定床中，氧化层气流温度最高，而在恩德炉床层中，由于颗粒与氧化剂强烈混合，氧化层温度降低，因而恩德炉床层中不会在某局部点上超过煤灰分熔点。但是如果床层中局部流化不均匀，还是会造成局部过热，甚至可能产生结渣，恩德炉料位过高，造成的局部结渣即属此种情况。
从图1-1和图1-2中可以看出两种气化的煤气中CO、H2、CO2、O2沿床层高度变化的趋势是一样的。都是当氧含量下降时，CO2含量急剧上升，而CO2含量下降的同时，CO和H2含量上升，但是由于是恩德炉床层中的温度较固定床低，因此恩德炉气化过程中的氧化反应进行的缓慢，而还原反应虽然避免了固定床中由于反应温度的降低而使反应速度减小，但因床层燃料量较固定床少，所以还原反应进行得不完全，结果所制得的煤气中CO2较高。
由于进料方式不同，恩德炉出口煤气温度比固定床高很多。
结束语
恩德炉的煤源丰富价廉，对煤种要求不高，褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结煤都可以使用，这也是它最诱人之处，而固定床只适用煤源狭窄、价格很高的白煤及焦炭；恩德炉床层内的温度分布比固定床均匀，不容易发生局部过热，所以恩德炉操作稳定，运转率比固定床高；恩德炉和固定床气化炉进料方式的不同，前者对入炉燃料充分而均匀的加热，挥发份分解完全，所以恩德炉所产煤气中的酚类、焦油比固定床少；恩德炉床层内的燃料量比固定床少，所以还原反应不完全，CO2高，碳的利用率较固定床低；恩德炉煤气中的CH4含量较固定床煤气中CH4含量高，造成吹除气量大，合成氨成本增加，这是影响其今后推广的主要障碍；恩德炉煤气中的粉尘含量（500～600mg/m3）较固定床煤气中的粉尘含量（100～150mg/m3）高，这也是一个很大的缺憾。

王大祥
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