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煤氣化爐coal gasifier

時間:2020-03-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 瀏覽:
煤氣化的主要設(shè)備。根據(jù)煤的性質(zhì)和對煤氣的不同要求有多種氣化方法,相應(yīng)的氣化設(shè)備有固定床(移動床)氣化爐,如UGI煤氣化爐、魯奇煤氣化爐等;流化床(沸騰床)氣化爐,如溫克勒煤氣化爐等;氣流床煤氣化爐,如K-T煤氣化爐、德士古煤氣化爐等。各種爐型的氣化條件和生成氣特征均不相同(見表)。

圖

  UGI煤氣化爐   以美國聯(lián)合氣體改進公司命名的煤氣化爐,是一種常壓固定床煤氣化設(shè)備。原料通常采用無煙煤或焦炭,其特點是可以采用不同的操作方式(連續(xù)或間歇)和氣化劑,制取空氣煤氣、半水煤氣或水煤氣。
  爐子為直立圓筒形結(jié)構(gòu)(圖1)。爐體用鋼板制成,下部設(shè)有水夾套以回收熱量、副產(chǎn)蒸汽,上部內(nèi)襯耐火材料,爐底設(shè)轉(zhuǎn)動爐篦排灰。氣化劑可以從底部或頂部進入爐內(nèi),生成氣相應(yīng)地從頂部或底部引出。因采用固定床反應(yīng),要求氣化原料具有一定塊度,以免堵塞煤層或氣流分布不勻而影響操作。

圖1

  UGI 爐用空氣生產(chǎn)空氣煤氣或以富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣時,可采用連續(xù)式操作方法,即氣化劑從底部連續(xù)進入氣化爐,生成氣從頂部引出。以空氣、蒸汽為氣化劑制取半水煤氣或水煤氣時,都采用間歇式操作方法。在中國,除少數(shù)用連續(xù)式操作生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣(即空氣煤氣)外,絕大部分用間歇式操作生產(chǎn)半水煤氣或水煤氣。
  UGI爐的優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,易于操作,一般不需用氧氣作氣化劑,熱效率較高。缺點是生產(chǎn)強度低,每平方米爐膛面積的半水煤氣發(fā)生量約1000m3/h,對煤種要求比較嚴格,采用間歇操作時工藝管道比較復(fù)雜。
  魯奇煤氣化爐  德國魯奇煤和石油技術(shù)公司在1926年開發(fā)的一種加壓移動床煤氣化設(shè)備。特點是煤和氣化劑(蒸汽和氧氣)在爐中逆流接觸,煤在爐中停留時間1~3h,壓力2.0~3.0MPa。適宜于氣化活性較高,塊度3~30mm的褐煤、弱粘結(jié)性煤等。
  魯奇煤氣化爐為立式圓筒形結(jié)構(gòu)(圖2),

圖2

爐體由耐熱鋼板制成,有水夾套副產(chǎn)蒸汽。煤自上而下移動先后經(jīng)歷干燥、干餾、氣化、部分氧化和燃燒等幾個區(qū)域,最后變成灰渣由轉(zhuǎn)動爐柵排入灰斗,再減至常壓排出。氣化劑則由下而上通過煤床,在部分氧化和燃燒區(qū)與該區(qū)的煤層反應(yīng)放熱,達到最高溫度點并將熱量提供氣化、干餾和干燥用。粗煤氣最后從爐頂引出爐外。煤層最高溫度點必須控制在煤的灰熔點以下。煤的灰熔點的高低決定了氣化劑H2O/O2比例的大小。高溫區(qū)的氣體含有二氧化碳、一氧化碳和蒸汽,進入氣化區(qū)進行吸熱氣化反應(yīng),再進入干餾區(qū),最后通過干燥區(qū)出爐。粗煤氣出爐溫度一般在250~500℃之間。
  魯奇爐由于出爐氣帶有大量水分和煤焦油、苯和酚等,冷凝和洗滌下來的污水處理系統(tǒng)比較復(fù)雜。生成氣的組成(體積%)約為:氫37~39、一氧化碳17~18、二氧化碳32、甲烷8~10,經(jīng)加工處理可用作城市煤氣及合成氣(見彩圖)。魯奇爐是采用加壓氣化技術(shù)的一種爐型,氣化強度高。目前共有近200多臺工業(yè)裝置,用于生產(chǎn)合成氣的只有中國的9臺。魯奇爐現(xiàn)已發(fā)展到MarkⅤ型,爐徑為5.0m,每臺產(chǎn)氣量可達100000m3/h,已分別應(yīng)用于美國、中國和南非。

加壓氣化法城市煤氣生產(chǎn)裝置

  正在開發(fā)的魯奇新爐型有:魯奇-魯爾-100型煤氣化爐,操作壓力為9MPa,兩段出氣;英國煤氣公司和魯奇公司共同開發(fā)的BGL爐,采用熔融排渣技術(shù),降低蒸汽用量,提高氣化強度并可將生成氣中的焦油、苯、酚和煤粉等噴入爐中回爐氣化。
  溫克勒煤氣化爐  以德國人F.溫克勒命名的一種煤氣化爐型。1926年在德國工業(yè)化。特點是用氣化劑(氧和蒸汽)與煤以沸騰床方式進行氣化。原料煤要求粒徑小于1mm的在15%以下,大于10mm的在5%以下,并具有較高的活性,不粘結(jié),灰熔點高于1100℃。常壓操作,溫度900~1000℃,煤在爐中停留時間0.5~1.0h。生成氣中不含焦油,但帶出的飛灰量很大。
  溫克勒爐是立式圓筒形結(jié)構(gòu)(圖3)。爐體用鋼板制成。煤用螺旋加料器從氣化爐沸騰層中部送入,氣化劑從下部通過固定爐柵吹入,在沸騰床上部二次吹入氣化劑,干灰從爐底排出。整個床層溫度均勻,但灰中未轉(zhuǎn)化的碳含量較高。改進的溫克勒爐將爐底改為無爐柵錐形結(jié)構(gòu),氣化劑由多個噴嘴射流噴入沸騰床內(nèi),改善了流態(tài)化的排灰工作狀況。

圖3

  溫克勒爐以高活性煤如褐煤或某些煙煤為原料,生成氣的組成(體積%)為:氫35~46、一氧化碳30~40,二氧化碳13~25、甲烷1~2。目前多用于制氫、氨原料氣和燃料煤氣。
  正在開發(fā)中的改進爐型是高溫溫克勒爐,它是在常規(guī)溫克勒爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的加壓爐型。另一種加壓加氫氣化爐也是從溫克勒爐發(fā)展起來的,反應(yīng)壓力12MPa,氣化溫度900℃,以2mm的煤粒在床層中進行沸騰加氫氣化,目的是生成甲烷以制造人造天然氣。
  K-T煤氣化爐  聯(lián)邦德國克虜伯-柯柏斯公司和工程師F.托策克1952年開發(fā),是一種高溫氣流床熔融排渣煤氣化設(shè)備。采用氣-固相并流接觸,煤和氣化劑在爐內(nèi)停留時間僅幾秒鐘,壓力為常壓,溫度大于1300℃。K-T煤氣化爐結(jié)構(gòu)為臥式橄欖形(圖4),

圖4

其上部有廢熱鍋爐(輻射傳熱的和對流傳熱的),利用余熱副產(chǎn)蒸汽。殼體由鋼板制成,內(nèi)襯耐火材料。煤粉通過螺旋加料或氣動加料與氣化劑混合,從爐子兩側(cè)或四側(cè)水平方向以射流形式噴入爐內(nèi),立即著火進行火焰反應(yīng)。中心溫度可高達2000℃,爐內(nèi)最低溫度控制在煤的灰熔點以上,以保證順利排渣。進料射流速度必須大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?,以防回火。灰渣中的一半以熔渣形式從爐底渣口排入水封槽,另一半隨生成氣帶出爐外。生成氣出爐口時,先用水或蒸汽急冷到熔渣固化點(1000℃)以下,防止粘結(jié)在緊接爐出口的輻射鍋爐爐壁,然后進入對流鍋爐進一步回收廢熱,最后去除塵和氣體凈化系統(tǒng)。K-T煤氣化爐最關(guān)鍵的問題是爐襯耐火材料與煤的灰熔點和灰組成必須相適應(yīng),盡量減少熔渣對耐火材料的侵蝕作用。
  K-T煤氣化爐用一般煤為原料時,生成氣的組成(體積%)大致為:氫31、一氧化碳58、二氧化碳10、甲烷0.1,不含焦油等干餾產(chǎn)物,適宜作合成氨和甲醇等的原料氣和其他還原過程用的氣體。
  德士古煤氣化爐  美國德士古開發(fā)公司開發(fā)的一種加壓氣流床煤氣化設(shè)備(見彩圖)。1979年在聯(lián)邦德國完成工業(yè)操作試驗。其特點是把煤制成水煤漿送入氣化爐內(nèi)同氣化劑進行高溫氣化反應(yīng)。氣化溫度1200~1600℃,操作壓力4MPa,水煤漿中煤粉濃度約71%(質(zhì)量),煤粉中14~60%的粒度小于90μm,碳轉(zhuǎn)化率99%。

德士古煤氣化爐

  德士古煤氣化爐為直立圓筒形結(jié)構(gòu)(圖5),

圖5

主體分兩部分,上部為氣化室,下部為輻射廢熱鍋爐(或激冷部分),下接灰渣鎖斗。氧氣和水煤漿分別通過壓縮機和泵升壓后,由氣化爐頂?shù)慕o料噴嘴進入爐內(nèi),在高溫下進行氣化反應(yīng)。生成氣在廢熱鍋爐中激冷,初步降溫后從中部引出。氣化操作溫度控制在煤的灰熔點以上。灰渣通過灰渣鎖斗排出。由于采用高溫加壓操作,因此①氣化強度高;②生成氣壓力較高,節(jié)省后續(xù)工序的動力;③原料適應(yīng)性廣,既可采用不同的煤種,也可使用煤加氫液化后的殘渣;④把固體煤制成水煤漿流體輸送,簡化了加壓進料裝置;⑤廢水中不含焦油和酚,環(huán)境污染不嚴重。
  德士古K-T煤氣化爐的氣化溫度很高,又是并流操作,爐內(nèi)熱效率較低,同時它以水煤漿進料,生成氣中二氧化碳含量高。因此,提高水煤漿中煤的濃度是這種氣化方法的重要環(huán)節(jié)。水煤漿中煤的濃度同煤的性質(zhì)、粒度和粒度分布有直接的關(guān)系。加入適宜的添加劑可降低水煤漿的粘度,從而得到較高濃度的水煤漿。
  德士古煤氣化爐生成氣的組成(體積%)為:一氧化碳44~51、氫35~36、二氧化碳13~18、甲烷 0.1適宜用作合成氨和碳一化學(xué)產(chǎn)品的原料氣。  
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