內(nèi)熱式中低溫煤熱解爐的開發(fā)與應(yīng)用

1、文章編號:1000-4416(200103-0225-04內(nèi)熱式中低溫煤熱解爐的開發(fā)與應(yīng)用崔樂平(山西省忻州地區(qū)煤氣供熱公司,山西忻州034000摘要:闡述了內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t的原理、工藝流程及特點,對原料適應(yīng)性、產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素和經(jīng)濟(jì)、社會效益進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞:燃?xì)庵圃?煤低溫?zé)峤? 熱解爐中圖分類號:T U996;T Q523文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B1引言我國大氣污染主要來源是直接燃用煤炭。因此,解決煤的深加工,提供清潔煤氣,實現(xiàn)煤的綜合利用,是一項重要工作。我們經(jīng)過小試、中試和工業(yè)性試驗,于1993年在山西省忻州市建成了規(guī)模為年轉(zhuǎn)化原煤30000t的煤制氣實驗廠,將內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t及其制氣技

2、術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn),目前第三代爐已建成投產(chǎn),運行良好。2工作原理及熱解爐結(jié)構(gòu)2.1內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t的工作原理在內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t內(nèi)進(jìn)行著比較復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)。第一步反應(yīng)是鼓入的空氣和爐內(nèi)原料煤在爐內(nèi)燃燒,產(chǎn)生的熱能積蓄于料層中,為下一步熱解煤、干餾煤和水蒸氣的分解反應(yīng)作準(zhǔn)備,第一步反應(yīng)如下:C+O2=C O2+408763k J/kgC+C O2=2C O-102375k J/kg實際由于鼓入的是空氣,所以實際反應(yīng)式為:2C+O2+3.76N2=2C O+3.76N2+245300k J/kg 第二步反應(yīng)是以上過程所提供的熱能將爐內(nèi)原煤進(jìn)行熱解干餾(中、低溫,并產(chǎn)生大量的揮發(fā)物,逐步將煤加熱

3、至700左右,釋放出中低溫干餾煤氣。煤、半焦、煤氣的組成見表1表3。第三步反應(yīng)是經(jīng)熱解干餾后700的半焦與爐內(nèi)下部冷卻噴淋水生成的水蒸氣反應(yīng),吸收大量熱量同時產(chǎn)生水煤氣和半水煤氣,第三步反應(yīng)式如下: C+H2O=C O+H2-118799k J/kgC+2H2O=C O2+2H2-75222k J/kg爐子進(jìn)入正常生產(chǎn)時,第一步反應(yīng)中原料煤的燃燒逐步由回爐煤氣的燃燒所替代,并據(jù)熱解干餾爐內(nèi)煤炭所需熱量的多少控制回爐煤氣量和鼓入空氣量,從而實現(xiàn)熱平衡和物料平衡,達(dá)到穩(wěn)定運行。表1熱解用陜西府谷煤分析項目名稱符號分析數(shù)據(jù)分析基水分M ad 3.76%干燥基灰分Ad 2.13%干燥無灰基揮發(fā)分Vda

4、f33.62%干燥基全硫S t。D0.18%焦渣特征32.2熱解爐結(jié)構(gòu)及工作過程圖1為處理煤33t/d的熱解爐結(jié)構(gòu)圖。收稿日期:2000-12-24作者簡介:崔樂平(1961-,男,山西盂縣人,工程師,學(xué)士,主要從事煤制氣及燃?xì)廨斉浼夹g(shù)管理工作。表2熱解產(chǎn)物半焦的成份分析M ad /%A d /%V d /%V daf /%F Cd /%S t ,d /%Q /M J/kg Q /M J/kg 焦中A L 2O 3/%焦中Fe 2O 3/%焦中T iO 2/%焦中Pd(%5.885.953.653.8990.400.1731.9131.9390.612.120.050.029表3熱解煤氣分析數(shù)

5、據(jù)%CO C 2n H mO 2CO CH 4H 2N 2低熱值/(M J/m 36.40.80.614.412.422.043.49.23 圖1處理煤33t/d 的熱解爐結(jié)構(gòu)熱解爐體按工作過程自上而下分為3段。第1段為煤的預(yù)熱、干燥段。冷原料煤經(jīng)煤倉和布料器進(jìn)入爐體內(nèi)頂部,自上而下緩慢(根據(jù)熱解干餾速度和出焦量控制速度向熱解干餾段(700左右運動,與自下而上的荒煤氣逆向接觸換熱,使煤逐步經(jīng)過干燥、預(yù)熱,同時使荒煤氣溫度降至70左右被煤氣風(fēng)機(jī)引出送入焦油回收系統(tǒng)。第2段為熱解干餾段。經(jīng)干燥、預(yù)熱后的原料煤進(jìn)入煤氣和空氣混合燃燒并達(dá)到700左右的中低溫?zé)峤飧绅s段,該段火層厚度為2m 左右,原料煤

6、緩慢通過該區(qū)完成熱解干餾,原料煤在該區(qū)域的停留時間、給風(fēng)量、風(fēng)壓、煤氣供給量、火層厚度的調(diào)節(jié)以及半焦、焦油、煤氣的質(zhì)量產(chǎn)量等均由該段進(jìn)行控制調(diào)節(jié),所以第二段是該爐體的核心工作部位。第3段為半焦冷卻段。該段分兩部分,第一部分為爐內(nèi)冷卻部分,利用爐體下部的循環(huán)、冷水夾套和水噴淋管使熱解干餾后的半焦由700左右降到200左右,這一段爐內(nèi)產(chǎn)生熱交換和水煤氣反應(yīng)。第二部分為水封冷卻和出焦部分,即將200左右的半焦經(jīng)水封冷卻至50左右后經(jīng)出焦口排出。內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t采用爐內(nèi)燃燒(內(nèi)置燃燒室、物料滿膛(原料充填整個爐膛、逆向直接換熱(物料由上而下,熱載體由下而上同爐膛換熱、無礙障運行(爐膛內(nèi)無爐篦爐排的設(shè)

7、計方案,爐體結(jié)構(gòu)緊湊,熱能利用率高,能耗小,造價低,產(chǎn)量大,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,爐子運行平穩(wěn),啟停靈活方便,是一種應(yīng)用價值較高的實用爐型。3工藝流程及運行狀況3.1煤制氣實驗廠工藝流程圖2為處理原煤33t/d 的煤制氣實驗流程。圖2煤制氣實驗廠工藝流程50±20mm 塊煤經(jīng)上煤機(jī)送入熱解爐內(nèi),荒煤氣經(jīng)爐上部煤氣引出管和水封除塵器進(jìn)入集氣槽和噴淋冷卻塔,再由羅茨排風(fēng)機(jī)抽出經(jīng)凈化后送至氣柜供民用,另一部分經(jīng)調(diào)壓后送回爐內(nèi)與離心鼓風(fēng)機(jī)送入的空氣混合作為加熱用燃?xì)?以上為氣體循環(huán)流程。循環(huán)水泵將洗滌水從油水分離池抽出送往水封除塵器、集氣槽和噴淋冷卻塔及煤氣引出管等設(shè)備,對煤氣進(jìn)行冷卻和焦油洗滌,含

8、油洗滌水從各設(shè)備底部返回油水分離池,夏季氣溫超過35°C 時,啟動涼水泵經(jīng)涼水塔進(jìn)行涼水循環(huán),保證洗滌水溫度適中,經(jīng)油水分離池分離出的中低溫焦油在焦油熱分離池中處理6h后經(jīng)焦油泵送入焦油罐,以上為水循環(huán)流程。3.2運行情況分析設(shè)計中采用 1.8m內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t3臺(2開1備,生產(chǎn)城市煤氣,主要技術(shù)參數(shù)如下:爐膛截面積:2.54m2原料煤:弱粘煤、不粘煤原料粒度:50±20mm單爐處理原料煤:33t/d單爐產(chǎn)焦:18t/d單爐產(chǎn)氣:1.9萬 /d單爐產(chǎn)焦油:1.8t/d生產(chǎn)強(qiáng)度:540kg/(m3h氣燃比:1:1.9干燥段料層溫度:200熱解干餾段料層溫度:700冷卻段料

9、層溫度:200運行情況分析:(1原料要求:除對粒度要求外,最重要的是粘結(jié)性要求,該爐要求原料煤在爐內(nèi)熱解干餾時不成塊結(jié)焦。通過對多種煤的試驗,證明該爐在連續(xù)運行時Y值應(yīng)小于20mm,該爐在間歇運行時Y值應(yīng)小于18mm。原料強(qiáng)度適中,弱粘煤優(yōu)于不粘煤,因為煤在爐內(nèi)呈運行狀態(tài),使其不致結(jié)焦成大塊。同時,由于其弱粘特點可使煤熱解過程中的小粒度煤粘成塊從而減少爐內(nèi)粉塵量,提高了爐子的透氣性,降低爐內(nèi)物料阻力,增加產(chǎn)焦量。原料煤成分對爐子運行無大的影響,但是影響產(chǎn)氣、產(chǎn)焦、產(chǎn)油率和產(chǎn)品的質(zhì)量。(2鼓風(fēng)量(爐溫與產(chǎn)品的關(guān)系給風(fēng)量配比一般為1.9,當(dāng)鼓風(fēng)量增加時,爐溫也增加,半焦、煤氣及焦油質(zhì)量提高,生產(chǎn)能

10、力增加。改變煤氣質(zhì)量、提高煤氣熱值的重要手段是:加大鼓風(fēng)量,提高爐溫;改鼓風(fēng)為送氧。(3爐內(nèi)結(jié)渣問題及影響因素連續(xù)生產(chǎn)基本不結(jié)渣,間歇生產(chǎn)易結(jié)渣。根據(jù)工業(yè)試驗結(jié)果表明,每日早8時啟動,下午2時停爐。運行三個月,爐內(nèi)干餾段結(jié)渣使 1.8m的爐膛直徑變?yōu)?70cm左右,結(jié)渣厚度近60cm,影響爐子正常運行,而連續(xù)生產(chǎn)的爐子運行6個月后,停爐檢查,干餾段結(jié)渣不足10cm。內(nèi)熱式干餾爐運行操作中,除把好原料粒度和質(zhì)量關(guān)外,重要的是調(diào)節(jié)好空氣、回爐煤氣、入爐煤量、出焦量和冷卻水供給量,只有這5個參數(shù)協(xié)同調(diào)節(jié)才能確保干餾爐內(nèi)火層厚度適當(dāng),運行平穩(wěn)。4熱解爐應(yīng)用效益分析(1經(jīng)濟(jì)效益分析據(jù)四爐三運行排列(40

11、000m3/d規(guī)模工廠的經(jīng)濟(jì)效益分析表明,持平成本為:煤氣0.23元/m3,焦炭180元/t,焦油500元/t。(2社會及環(huán)境效益分析40000m3/d煤氣可供1.5萬戶居民生活用,每年可替煤63000t,節(jié)煤33000t,減少煤渣13000t,減少煙塵7000t,減少S O2700t。5結(jié)論內(nèi)熱式中低溫干餾熱解爐經(jīng)過長期的工業(yè)運行,表明有以下特點:(1可以使用褐煤、長焰煤、弱粘和不粘性煙煤,能合理利用煤炭資源,降低制氣成本。(2啟動、停爐自如,可機(jī)動靈活地調(diào)節(jié)煤氣產(chǎn)量和熱值,適于中小城市的煤氣供應(yīng)。(3具有占地少、投資省、規(guī)模小產(chǎn)量大、操作方便、易于管理等特點。同時該工藝可以多爐組合、分合自

12、如、一套凈化、便于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。(4初級產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益好,且深加工產(chǎn)品市場十分廣闊,利潤率高。(5環(huán)保效益十分明顯。總之,內(nèi)熱式中低溫?zé)峤鉅t工藝成熟可靠,適于中小城市及工礦區(qū)特別是中西部一些地區(qū)能源的綜合利用和環(huán)境質(zhì)量的改善,具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn):1陳賢仁.煤的流態(tài)化低溫干餾J.煤氣與熱力,1986,(4:3-10.2張維華.旋流床干餾爐和氣化爐原理J.煤氣與熱力,1986,(5:3-13.3郭樹才,羅長齊,尤隆渤,等.黃縣褐煤固體熱載體干餾試驗研究J.煤氣與熱力,1987,(2:3-7.4劉學(xué)智,逄進(jìn).煤加壓低溫干餾的研究J.煤氣與熱力,1989,(3:14-22.5白雪峰,郭樹才.平

13、莊褐煤干餾半焦的合理利用J.煤氣與熱力,1989,(3:22-26.6劉學(xué)智,逄進(jìn).煤加壓干餾特性的研究J.煤氣與熱力,1991,(5:4-13.Development and Industrial Application of Internally-heated-mediumand Low T em perature Pyrolyzing FurnaceC UI Le-ping(Xinzhou Prefecture Gas Company,Xinzhou034000,ChinaAbstract:The paper describes the basic principle,process a

14、nd features of internally-heated-medium and low tem per2 ature-pyrolyzing furnace.It explains the adaptability to raw material,in fluence on the quality of finished products as well as economic and s ocial benefit of the item in detail and provides a new production process of gas for small and middl

15、e cities,and industrial enterprises.K ey w ords:gas-making;low-tem perature pyrolysis of coal;pyrolyzing furnace(上接第224頁4結(jié)語從上述分析可以看出,流化床水煤氣中C O含量低于20%是可能的,造成這一現(xiàn)象的原因有3個:流化床水煤氣爐內(nèi)平均溫度較低,流化床水煤氣爐內(nèi)水蒸氣量較大,流化床水煤氣爐內(nèi)快速熱解較多。參考文獻(xiàn):1王立群,王同章.流化床水煤氣爐的開發(fā)與應(yīng)用J.煤氣與熱力,1999,(5:12-15.2G B136121992,人工燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)S.3項友謙.煤氣化過程熱力學(xué)平衡組

16、成的理論計算J.煤氣與熱力,1986,(1:3-10.4E.Batholome et.Ullmmanns Encyllopaedie der technischen ChemieD,Band14,W enheim:Verlag Chemie,G mbH,1977.5項友謙,張利平.固定床煤氣化過程的數(shù)學(xué)模型與模擬計算J.煤氣與熱力,1999,(5:8-11.6郭樹才,羅長齊,尤隆渤,等.黃縣褐煤固體熱載體干餾試驗研究J.煤氣與熱力,1987,(2:3-7.CO C ontent of Water G as from Fluidized-bed or Fixed-bedZH ANG Chun-l

17、in1,W ANGLi-qun2,XI ANG Y ou-qian3(1.Middle-China Science&Technic Univer sity,Wuhan430074,China;2.Jiangsu Polytechnic Univer sity,Zhenjiang212012,China;3.North China Municipal Engneering Design&Research Institute,Tianjin300074,ChinaAbstract:The paper reports the com paris on of C O content of water gas between the fluidized bed and the fixed bed.And based on the effects of water gas rea