摘要:文章介绍了国内外煤气化技术现状,包括6种气化炉、气化工艺、参数等,还特别介绍了地下气化工艺的发展。对我国的煤气化未来进行了展望。
关键词:煤炭气化 现状 展望
1 国内外煤气化技术现状
1.1 煤炭气化
煤炭气化是指煤在特定的设备内,在一定温度及压力下使煤中有机物质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应, 将固体煤转化为含有CO、H2、CH4 等可燃气体的过程。煤炭气化时,必须具备三个条件,即:气化炉、气化剂、供给热量,三者缺一不可。
原料煤的性质,如:煤中水分、灰分和挥发分的含量,粘结性,化学活性,灰熔点,成渣特性,机械强度和热稳定性,以及煤的粒度和粒度分布等,都对气化过程有不同程度的影响。因此,必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的气化方法。按煤在气化炉内的运动方式,气化方法可划分为三类,即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法。
(1)固定床气化:在气化过程中,煤由气化炉顶部加入,气化剂从气化炉底部加入,煤与气化剂逆流接触,相对于气体的上升速度而言,煤下降速度很慢,甚至可视为固定不动,因此称之为固定床气化;而实际上,煤在气化过程中是以很慢的速度向下移动的,比较准确的应称其为移动床气化。
(2)流化床气化:它是以粒度为 0~10 mm 的小颗粒煤为气化原料,在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中,煤粒在沸腾状态进行气化反应,从而使得煤层内温度均一,易于控制,提高气化效率。
(3)气流床气化:它是一种并流气化,用气化剂将粒度为 100 um 以下的煤粉带入气化炉内,也可将煤粉先制成水煤浆,然后用泵打入气化炉内。煤在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应,灰渣以液态形式排出气化炉。 煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分,核心是气化炉。
1.2 目前国内外主要气化炉
(1)德士古气化炉
美国德士古2002年初成为雪佛龙公司一部分,2004 年 5 月被通用电气公司收购开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为 60%~65%的水煤浆,用纯氧作气化剂,在高温高压下进行气化反应,气化压力在 3.0~8.5 MPa之间,气化温度 1 400℃,液态排渣,煤气成份 CO+H2 为 80%左右,不含焦油、酚等有机物质,对环境无污染,碳转化率 96%~99%,气化强度大,炉子结构简单,能耗低,运转率高,且煤适应范围较宽。目前雪佛龙德士古最大商业装置是 Tampa 电站,属于 DOE 的 CCT-3,1989 年立项,1996 年 7 月投运,12 月宣布进入验证运行。该装置为单炉,日处理煤 2 000~2 400 t,气化压力为 2.8 MPa,氧纯度为 95%,煤浆浓度 68%,冷煤气效率 76%,净功率 250 MW。德士古气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。其中喷嘴为三通道,工艺氧走一、三通道,水煤浆走二通道,介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题,主要是由于水煤浆在较高线速下(约 30 m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。喷嘴、气化炉、激冷环等为德士古水煤浆气化的技术关键。
(2)E-Gas气化炉
由美国DOW公司开发, 已建设两套商业装置:LGTI(水煤浆气化炉的容量为 2 200 t/d,160MW,2.8 MPa,1987 年运行,1995 年停运)与 Wabash River....