shell粉煤氣化講座.ppt

1、A,1,Shell粉煤氣化,A,2,選擇Shell粉煤氣化工藝的原因,低能耗,用于發(fā)電，能耗比Texaco工藝低20左右,用于合成氨，能耗比Texaco工藝低8左右,A,3,煤種適應(yīng)性好,燒嘴和水冷壁的壽命長(zhǎng),Shell粉煤氣化爐操作溫度高達(dá)14001700，在此溫度下，大部分煤種均能氣化。,燒嘴設(shè)計(jì)壽命8000h。Demkolec工廠的燒嘴和水冷壁安全運(yùn)行至今。,A,4,SCGP的硫氧化物及粉塵排放量幾乎為零 廢液基本為零排放 粉煤灰可外賣(mài)作生產(chǎn)水泥原料 爐渣可用作道路建筑材料,環(huán)保,A,5,磨煤與干燥,根據(jù)設(shè)計(jì)煤種和合成氨生產(chǎn)能力，以及可能的煤質(zhì)變化情況，配磨煤機(jī)2臺(tái)，每套能力為設(shè)備設(shè)計(jì)工

2、況的75。,干燥用燃料設(shè)計(jì)為煉廠干氣，備用燃料為合成回路尾氣。,A,6,磨煤干燥流程,指標(biāo),90%的粉煤粒度90m,水分含量2,惰性氣中的O2含量8,A,7,控制參數(shù),循環(huán)氣中的水含量約3.0,惰性氣體發(fā)生裝置出口溫度150250，磨機(jī)出口溫度105左右。,*為保證粉煤能被惰氣帶走，惰性氣循環(huán)量30Kg/s，固氣比約1：24（重量）,A,8,加壓通過(guò)鎖斗來(lái)實(shí)現(xiàn)，用N2對(duì)鎖斗進(jìn)行加壓，將粉煤由大氣壓力加壓至所需壓力，該壓力通常比氣化爐壓力高810 kg/cm2。,加壓進(jìn)煤,粉煤輸送主要靠重力自流。,采用充氣錐防止煤粉架橋,A,9,加壓進(jìn)煤流程,關(guān)于粉煤氣化的研究始于20世紀(jì)50年代初期，直到90

3、年代才建立了第一套工業(yè)化示范裝置，原因就在于長(zhǎng)期以來(lái)未能有效解決粉煤輸送這個(gè)技術(shù)難題。,A,10,干煤粉輸送的關(guān)鍵,粉煤加壓連續(xù)輸送技術(shù),1978年，和Krupp-Koppers公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出一種粉煤間斷升壓和加壓下連續(xù)進(jìn)料的半連續(xù)加煤工藝。,粉煤密相輸送技術(shù),為減少煤氣中的N2量，要求提高粉煤輸送的固氣比，每立方米氮?dú)饪奢斔?00400kg粉煤。,A,11,干法粉煤氣化工藝關(guān)鍵,閥 門(mén),密封料斗系統(tǒng)的各類(lèi)閥門(mén)開(kāi)閉頻繁，磨損嚴(yán)重，故要解決好閥門(mén)的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)問(wèn)題。,料斗煤位測(cè)量,特別在粉煤太濕易架橋的情況下會(huì)出現(xiàn)假料位，增加料位測(cè)量及輸送的難度。目前大多采用Cs137或Co60同位素儀器測(cè)量。,

4、精確計(jì)量,氣流床部分氧化反應(yīng)要求入爐物料精確計(jì)量，Texaco爐很易做到，而干法氣化難以做到精確計(jì)量。,A,12,氣化爐進(jìn)料的精確計(jì)量,氣化爐進(jìn)料計(jì)量主要是煤的質(zhì)量流量，測(cè)得的是混合流量，通過(guò)一系列計(jì)算換算成煤量，再折算成總熱量，因?yàn)楹铣蓺猱a(chǎn)量是與進(jìn)煤熱值直接相關(guān)的 。 煤計(jì)量有兩種：一是測(cè)線(xiàn)速度，二是測(cè)混合物的密度。測(cè)線(xiàn)速度用線(xiàn)速度儀，密度測(cè)量是利用射線(xiàn)。,A,13,煤灰呈熔融態(tài)順壁流下，最后以渣的形式從爐底部排出。,氣化爐底部用水激冷熔渣，渣水循環(huán)使用，冷卻后的渣經(jīng)減壓由鎖斗排出。,粉煤和氮?dú)獾幕旌蠚馔ㄟ^(guò)燒嘴進(jìn)入氣化爐，與純氧、蒸汽進(jìn)行反應(yīng)，加入水蒸汽量的多少與煤種有關(guān)。爐內(nèi)溫度可達(dá)150

5、0甚至更高，炭轉(zhuǎn)化率達(dá)99以上。,粉煤氣化,A,14,氣化爐頂部有冷激器，通過(guò)一臺(tái)循環(huán)壓縮機(jī)將下游的合成氣返回到氣化爐頂部，使氣化爐出口合成氣溫度由1500多降至900，合成氣中夾帶的熔融固體也因而固化成飛灰。,冷激后的合成氣進(jìn)入廢鍋發(fā)生蒸汽，氣化爐水冷壁也產(chǎn)生蒸汽。蒸汽壓力通常比氣化爐操作壓力高1015kg/cm2。廢鍋產(chǎn)汽壓力以及蒸汽是否過(guò)熱取決于用戶(hù)要求，廢鍋出口工藝氣溫度250350。,A,15,粉煤氣化,操作控制,煤種選擇,長(zhǎng)周期運(yùn)行,存在問(wèn)題,A,16,壓力： 40bar 溫度： 1550左右 O2/煤（MAF）： 0.851.1（重量比） 蒸汽/煤（MAF)： 1020 蒸汽壓力

6、： 5.5 MPa 廢鍋出口合成氣溫度： 340,氣化爐操作參數(shù),A,17,主要控制回路,根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)整氧量，再根據(jù)合成氣中的CO2含量調(diào)整氧煤比，最終確定氣化爐的進(jìn)煤量。,氧氣/蒸汽比保持恒定,A,18,順暢排渣,國(guó)內(nèi)外對(duì)液態(tài)排渣爐的研究指出，灰渣的粘度在2540Pa.s之間方可保證液態(tài)鍋爐的順利排渣。 Watt-Fereday等人對(duì)灰渣成分與灰渣粘度的關(guān)系進(jìn)行了回歸： Log10*7m/（t150）*2C 其中， 灰渣粘度，pa.s t 溫度， C0.0415SiO20.0192Al2O30.0276Fe2O30.0160CaO3.92 M0.00835SiO20.00601Al2O30

7、.109,A,19,Shell關(guān)于灰渣粘度與灰分組成之間的關(guān)系計(jì)算較準(zhǔn)確，通常Shell會(huì)提供客戶(hù)一個(gè)預(yù)測(cè)氣化爐操作條件的小程序，該程序里就包含有這個(gè)關(guān)系式。,目前國(guó)內(nèi)西北化工研究院在煤質(zhì)分析與評(píng)價(jià)方面做了大量的工作，也總結(jié)歸納出了灰渣粘度與灰分組成之間的關(guān)系公式，但誤差為8左右，尚不能用以指導(dǎo)生產(chǎn)。,A,20,氣化爐操作要點(diǎn),當(dāng)原料煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，只有及時(shí)調(diào)整氣化爐入口氧碳比，將爐溫控制在最佳操作溫度區(qū)域才能確保順利排渣和保護(hù)水冷壁。由于Shell粉煤氣化爐內(nèi)無(wú)測(cè)溫裝置，且目前尚難以做到對(duì)入爐粉煤量進(jìn)行精確計(jì)量，特別是原料煤中C元素含量的實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而容易導(dǎo)致停工停爐事故的發(fā)生。,順利排渣,

8、保護(hù)水冷壁,A,21,若在用煤種與備用煤種的最佳氧碳比范圍部分吻合，則實(shí)際操作中就有可能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)切換，吻合部分越多，切換操作越平穩(wěn)。 如二者無(wú)吻合部分，則這兩個(gè)煤種不宜在氣化爐的同一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)使用。,解決措施1,A,22,通過(guò)選配煤，將不同類(lèi)別、不同品質(zhì)的煤經(jīng)過(guò)篩選、破碎和按比例配合，改變其化學(xué)組成、物理特性和燃燒特性，使之達(dá)到煤質(zhì)互補(bǔ)、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、適應(yīng)用戶(hù)對(duì)煤質(zhì)的要求。這樣不僅可保證煤炭質(zhì)量的相對(duì)穩(wěn)定，還能拓寬煤炭采購(gòu)渠道，實(shí)現(xiàn)煤炭的穩(wěn)定供應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)Shell煤氣化爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。,解決措施2,A,23,熱回收,Shell認(rèn)為汽包分室是必要的。因?yàn)閺U鍋和水冷壁對(duì)鍋爐水循環(huán)倍率的要求

9、是不一樣的，水冷壁要求的循環(huán)倍率很大。汽包分室比建兩臺(tái)汽包投資省。,A,24,干法除塵,指標(biāo),灰塵含量約1-2(最大20)mg/Nm3,A,25,濕法除塵,A,26,排渣,A,27,1 煤氣化原理反應(yīng)機(jī)理,其涵義就是以煤、半焦或焦炭為原料，以空氣、富氧(純氧)、水蒸汽、二氧化碳或氫氣為氣化介質(zhì),使煤經(jīng)過(guò)部分氧化和還原反應(yīng)，將其中所含碳、氫等物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為一氧化碳、氫、甲烷等可燃組分為主的氣體產(chǎn)物的多相反應(yīng)過(guò)程.,煤的氣化工藝是在一定溫度壓力下，用氣化劑對(duì)煤進(jìn)行熱化學(xué)加工，將煤中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^(guò)程,A,28,實(shí)驗(yàn)證明，隨溫度、流體力學(xué)條件及鼓風(fēng)氣相組成的分壓不同，所制得的煤氣中碳的氧化物比例（

10、CO:CO2）變化范圍是很大的。Shell 建立煤氣化工藝（SCGP）機(jī)理模型過(guò)程中，由于反應(yīng)溫度很高（14001700），使得反應(yīng)速度快，足夠的停留時(shí)間(310秒)使反應(yīng)可以達(dá)到平衡，假設(shè)發(fā)生以下的反應(yīng)：,CO2 = CO2 393百萬(wàn)焦耳/千摩爾碳 CCO2 = 2CO 173 百萬(wàn)焦耳/千摩爾碳 CH2O=COH2 131百萬(wàn)焦耳/千摩爾碳 C2H2 = CH4 75 百萬(wàn)焦耳/千摩爾碳 COH2O=CO2H2 41 百萬(wàn)焦耳/千摩爾碳 CH4H2O=CO3H2 211 百萬(wàn)焦耳/千摩爾碳,下圖給出了典型的相關(guān)反應(yīng)的平衡條件與溫度關(guān)系,A,29,A,30,這張圖給出了煤氣化中，氧/碳比的

11、變化對(duì)溫度、轉(zhuǎn)化率、合成氣中的CO2和CH4濃度的影響。,A,31,Shell煤氣化為并流反應(yīng),受氣化空間的限制,反應(yīng)時(shí)間很短(110s)。為彌補(bǔ)反應(yīng)時(shí)間短的缺陷,要求入爐煤粒度很細(xì)(0.1mm),以保證有足夠的反應(yīng)面積。,并流氣化氣固相對(duì)速度低，氣化反應(yīng)朝著反應(yīng)物濃度降低的方向進(jìn)行。為增加反應(yīng)推動(dòng)力，提高反應(yīng)速度,必須提高反應(yīng)溫度(火焰中心溫度2000以上), 液態(tài)排渣是并流氣化的必然結(jié)果。,A,32,A,33, Shell 粉煤氣化技術(shù)特點(diǎn) 氣化爐結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，內(nèi)部為膜式水冷壁，無(wú)任何耐火磚，燒嘴壽 命長(zhǎng)，所以氣化爐堅(jiān)固耐用，操作可靠。 煤種適應(yīng)性好，灰熔點(diǎn)高時(shí)只需加入助熔劑石灰石，干粉進(jìn)料

12、, 氣化效率高，氧氣消耗低于Texaco工藝（約15）。 高效率。原料煤所含能量之中，大約8083%以合成氣形式回收, 另外1416以蒸汽形式回收。 對(duì)稱(chēng)式多燒嘴，混合效果好，碳轉(zhuǎn)化率高。 熔渣氣化,熔渣可保護(hù)膜式水冷壁,并確保產(chǎn)生無(wú)毒廢渣及灰。 高溫氣化，碳轉(zhuǎn)化率大于99%，有效氣體成份含量高，CO2含量低, 幾乎無(wú)CH4及酚類(lèi)、焦油等生成。 ,A,34,Shell粉煤氣化工藝的優(yōu)勢(shì)在于 煤種適應(yīng)范圍較寬(能使用周邊高灰熔點(diǎn)原料煤) 工藝指標(biāo)先進(jìn)(煤耗、氧耗低，氣化效率高，冷煤氣效率可達(dá) 8083%) 操作和維護(hù)費(fèi)用低(無(wú)耐火磚，爐子及燒嘴壽命較長(zhǎng))； 灰渣可直接利用，有利于環(huán)保。 雖然目前在合成氨裝置上尚無(wú)應(yīng)用業(yè)績(jī)，但由于其產(chǎn)品也是合成氣(H2CO)，而且Shell粉煤氣化工藝在荷蘭有大型化聯(lián)合發(fā)電裝置(其產(chǎn)出的合成氣主要用于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電)已穩(wěn)定運(yùn)行多年。因此只要工藝流程匹配合理和前后工序銜接得當(dāng)，Shell煤氣化工藝實(shí)現(xiàn)合成氨裝置的良好運(yùn)行應(yīng)當(dāng)是有把握的。,A,35,A,36,3.1 原料煤貯運(yùn) 原料煤通過(guò)專(zhuān)列直供至鐵路工業(yè)站，利用電廠現(xiàn)有卸煤設(shè)施將其煤卸至東側(cè)槽式皮帶，經(jīng)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)送至煤筒倉(cāng)。煤筒倉(cāng)設(shè)計(jì)為3個(gè)，預(yù)留一個(gè)筒倉(cāng)位置。每個(gè)囤倉(cāng)容量為6000噸，