气-流-床-气-化-法演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,气 流 床 气 化 法,气流床气化工艺,K-T气化法,德士古气化工艺,K-T气化炉,工艺流程,工艺指标,德士古气化炉,工艺流程,工艺条件和气化指标,1、气流床气化基本原理和特点,1.1 基本原理,气体,气流床,煤粒与气体,同时穿过,煤粒：70%过200目,气体,流化床,煤粒运动,气体穿过,煤粒：3-5 mm,气体,固定床,煤粒不动,气体穿过,煤粒：6-50 mm,气流床气化是将气化剂(氧气和水蒸汽)夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心,温,度可高达2000左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及,熔渣(液态排渣),。,气流床气化炉内的反应基本上与流化床内的反应类似。,概念:,因此,原料煤的黏结性、机械强度、热稳定性对气化过程基本不起作用。,故，气流床气化除对熔渣的,黏度-温度,特性有一定要求外，原则上可适用于所有煤种。,在反应区内，煤粒悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒快速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行着燃烧和气化反应。,煤粒之间被气流隔开，单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，煤粒相互之间的影响较小。,1.2,主要特征,气化温度高、气化强度大,纯氧和水蒸气气化，温度达2000左右,煤种适应性强；,褐煤不适于制水煤浆加料。,煤气中不含焦油；,反应温度高，床层温度均一,需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。,粉煤7080%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走的飞灰多。,2、K-T 气化法,K-T(Koppers-Totzek)气化法是气流床气化工艺中一种常压粉煤气化制合成气的方法。,如图所示，K-T炉炉身内衬有耐火材料的圆筒体，两端各安装着圆锥形气化炉头,为两个炉头，也有四个炉头。,2.1 气化炉,结构:,粉煤(约85通过200目）与氧气和水蒸汽混合物由气化室相对二侧的炉头并流送入，瞬间着火，形成火焰，进行反应。两股相对气流使气化区内形成高度湍流，反应加快。,反应基本上在炉头内完成，即在喷嘴出口0.5m处或在0.1s内完成。,气体在炉内的停留时间约为1s左右。在火焰末端，即气化炉中部，粉煤几乎完全被气化。,反应速度快:,6070自气化炉底排出;,其余的熔融细粒及未燃尽的炭被粗煤气夹带出炉。,在炉内的高温下，灰渣熔融呈液态:,为了防止炉衬受结渣、侵蚀和高温的影响，炉内,设,有水蒸汽保护幕。,保护幕呈圆锥形，包围着粉煤燃烧与气化所形成的火焰。,原采用硅砖砌筑，经常发生故障;近年改用加压喷涂含铬耐火喷徐材料，涂层厚70mm，使用寿命可达35年;,耐火衬里:,目前，世界上最大的K-T炉在印度，容积为56m,3,，有四个炉头，采用喷涂耐火衬里，以渣抗渣的冷壁结构，可副产高压蒸汽。,K-T气化工艺流程包括：煤粉制备、煤粉和气化剂的输送、制气、废热回收和洗涤冷却等部分,2.2 气化工艺,(1)气化工艺流程,2-螺旋给料器,3-氧煤混合器,4-煤粉喷嘴,6-辐射锅炉,7-废热锅炉,10-冷却洗涤塔,1,2-最终冷却塔,小于25mm的原料煤送至球磨机中进行粉碎，从燃烧炉来的热风与循环风、冷风混合成200左右(视煤种而定)的温风亦进入球磨机。,原煤在球磨机内磨细、干燥，煤粉随70左右的气流进入粗粉分离器，进行分选。粗煤粒返回球磨机，合格的煤粉加入充氮的粉煤储仓。,煤粉粒度7080通过200目筛（0.1mm），并干燥到：烟煤水分控制在1；褐煤水分控制在810。,煤粉制备,图5-44 K-T气化工艺流程,1-煤斗；2-螺旋给料器；3-氧煤混合器；4-煤粉喷嘴；5-气化炉；6-辐射锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-运渣机；10-冷却洗涤塔；11-泰生洗涤机；12-最终冷却塔；13-水封槽；14-急冷器,煤仓中粉煤通过气动输送输入气化炉上部的粉煤料斗1。全系统均以氮气充压。,螺旋加料器2将煤粉送入氧煤混合器3；空分工业氧进入氧煤混合器3。,均匀混合的氧气和煤粉，进入烧嘴4，喷入气化炉内5；过热蒸汽同时经烧嘴4送入气化炉5。,关键：,煤粉喷射速度必须大于火焰的扩散速度，防止回火。,煤粉和气化剂的输入,改善湍流状态；,当其中一个烧嘴堵塞时，仍可保证继续操作；,喷出的煤粉在自已的火焰区中未燃尽时，可进入对面烧嘴的火焰中气化；,火焰相对喷射的，一端的火焰喷不到对面炉壁，因此炉壁耐火材料承受瞬间高温的程度可以减轻。,每个炉头内的两个烧嘴组成一组，与对面炉头内的烧嘴处于同一直线上。,双烧嘴相邻对称设置的优点：,由烧嘴进入的煤、氧和水蒸汽在气化炉内迅速反应，产生温度约为14001500的粗煤气。粗煤气在炉出口处用饱和蒸汽急冷，气体温度降至900以下，气体中夹带的液态灰渣快速固化。以免粘在炉壁上，堵塞气体通道而影响正常生产。,在高温炉膛内生成的液态渣，经排渣口排入水封槽淬冷，灰渣用捞渣机排出。,制气与排渣,14-急冷器,小于900,14001500,生成气的显热用辐射锅炉或对流火管锅炉加以回收，并副产高压蒸汽。废热锅炉出口煤气温度在300以下。,辐射式废热锅炉约可回收热量的70，由于炉内空腔大，故结渣、结灰等问题均不严重；,对流式废热锅炉存在飞灰对炉管较严重磨损问题。,辐射锅炉,废热回收,废热锅炉,洗涤冷却,气化炉逸出的粗煤气经废热锅炉回收显热后，进入冷却洗涤塔，直接用水洗涤冷却，再由机械除尘器(泰生洗涤机)和最终冷却塔除尘和冷却，用鼓风机将煤气送入气柜。,除渣机,运渣机,冷却洗涤塔,泰生洗涤机,终冷塔,水封槽,传统的考伯斯除尘流程，不考虑飞灰回收利用，飞灰经洗涤后集中堆存处理,多数煤种气化时产生的飞灰含碳量不高，不值得回收利用。,除渣机,运渣机,冷却洗涤塔,泰生洗涤机,终冷塔,水封槽,效率达90,泰生洗涤和终冷塔后，含尘量可降至3050ugm,3,；进一步可降至3mgm,3,。,压力:,微正压,(2)操作条件与气化指标,原料煤：,可应用各种煤，特别是褐煤和年青烟煤更为适用。,要求煤的粒度小于0.1mm，即要求70%80%通过200目筛。,温度：,火焰中心温度为2000，,粗煤气炉出口处未经淬冷前温度约为14001500；,氧煤比：烟煤08509kgkg煤；,气化效率：6975(冷煤气效率)；,碳转化率：3098；,生成气性质：见下表,K-T气化炉生产的生成气的性质,有效成份(CO+H,2,)可达8590；,甲烷含量很少(约0.2)；,煤气中不含焦油。,K-T气化法的技术成熟，有多年运行经验；,气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大；,煤种适应性广，更换烧嘴还可气化液体燃料和气体燃料；,煤气中不含焦油,及,烟尘，甲烷含量很少(约0.2)，有效成份(CO+H,2,)可达85 90；,蒸汽用量低；,不产生含酚废水，大大简化了煤气冷化工艺；,生产灵活性大，开、停车容易，负荷调节方便；,碳转化率高于硫化床。,(3)主要优点：,庞大的制粉设备，耗电量高；,在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高效除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。,气化过程中耗氧量较大，需设空分装置和大量电力；,为将煤气中含尘量降至0.1mgm,3,以下，需有高效除尘设备。,为进一步提高气化强度和生产能力，在K-T护的基础上，现发展了谢尔-考伯斯(Shell-Koppers)炉，即由原来的常压操作改进为加压下气化，使生产能力大为提高。,（4）缺点,工艺指标,原料,温度,压力,碳转化率,气化效率,原则上可以用任何煤种，但褐煤和年轻烟煤更为适用。,要求煤的粒度小于0.1mm，7080过200目筛。进料采用干粉煤，只有当褐煤的水分较高时，才预先将煤干燥。,由于气体将煤粒隔开，因而不会造成黏结现象，所以气化用煤不必考虑黏结性。但粉煤采用气力输送，不仅能耗大，而且管道与设备的磨损也较为严重。,炉头内火焰中心的温度在2000，粗煤气出口温度为15001600经过急冷后温度降到900左右。,高温有和于加快反应速度，提高气化强度和生产能力。同时高温还可以获得比较高的碳转化率。,炉内压力(表压)为196294Pa，微正压。,为10.5，此法要求维持高温，应尽量少加水蒸气，因而该法的氧耗高，用空气代替氧气的做法行不通，因为需要高度预热来保持灰分的液态排渣。,对烟煤而言，每千克烟煤消耗的氧气约0.850.9kg，消耗水蒸气约0.30O.34kg。,6975(冷煤气效率),8090,氧和水蒸气的体积比,3,、,德士古,气化法,历史：,德士古(TEXACO)气化工艺最早开发于20世纪40年代后期。开始的工作重点集中在开发一种天然气的重整工艺，以便为转换成液态烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为氨的生产制造合成气。,20世纪50年代期间，研究扩大该工艺以气化石油及少量的煤。,目前，在我国运行的德士古气化炉有12台。兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置，是我国从国外引进的第一套德士古煤炭气化装置，采用水煤浆进,煤,在加压下来生产,合,成氨的原料气体。,德士古（Texaco）气化法,水煤浆进料，加压气化,气化原料：,水煤浆,气化剂：,氧气,（1）,基本原理和气化炉型,水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下破碎、雾化喷入炉内。,：基本原理,：裂解、挥发分燃烧,水迅速变为水蒸气；煤粉发生干镏及热解；挥发份燃烧。,生成以,CO、H,2、,CO,2、,H,2,O,为主要成分的,湿煤气,及,熔渣,。,气流床Texaco（德士古）炉,喷嘴,O,2,入口,冷却水入口,冷却水出口,水入口,水出口,气化炉,耐火砖衬,气化炉为一直立圆筒形钢制耐压容器，炉膛内壁衬以高质量的耐火材料，以防热渣和粗煤气的侵蚀。,气化炉近似绝热容器，故热损失很少。,德士古气化炉内部无结构件，维修简单，运行可靠性高。,喷嘴,O,2,入口,冷却水入口,冷却水出口,水入口,水出口,气化炉,耐火砖衬,1)水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下雾化喷入气化炉。,2)氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火衬里的高温辐射作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程。,3）生成以CO、H,2,、CO,2,和水蒸汽为主要成分的湿煤气及熔渣，一起并流而下离开反应区，进入炉子底部急冷室水浴，,4）熔渣经淬冷、固化后被截留在水中落入渣罐，经排渣系统定时排放。,5)煤气和所含饱和蒸汽进入煤气冷却净化系统。,喷嘴,O,2,入口,冷却水入口,冷却水出口,水入口,水出口,气化炉,耐火砖衬,急冷室水浴,特点：,水煤浆进料（煤60）,先进行预热、水蒸发,干馏、热解、气化,液态排渣,进料比干煤粉简单稳定,湿法研磨节省动力,煤浆需加稳定剂,对向火面耐火材料要求高,副产蒸气利用很重要,O,2,耗较高、CO,2,较多,喷嘴,O,2,入口,冷却水入口,冷却水出口,水入口,水出口,气化炉,耐火砖衬,3,.2 德士古,(TEXACO),气化工艺,德士古气化工艺可分为煤浆制备和输送、气化和废热回收、煤气冷却净化等部分：,1-输煤装置；2-煤仓；3-球磨机；4-煤浆槽；5-煤浆泵；6-气化炉；7-辐射式废热锅炉；8-渣锁；9-对流式废热锅炉；10-气体洗涤器；11-沉淀器；12-灰渣泵,说明：,1）煤气中不含焦油，故不需设置脱焦油装置。,2）废水中含有极少量的酚、氰化氢和氨，只需常规处理即可。,3）固体熔渣对环境无污染，并可用作建筑材料。,气化炉,旋风分离,水洗,磨煤,煤,水,水煤浆,水煤浆,氧,氧,水煤浆泵,锁斗,渣,合成气,热水,蒸发塔,酸性气体,德士古气化工艺采用煤浆进料，比干式进料系统稳定、简单。,(1)煤浆制备和输送,煤浆制备：,较多采用一段湿法制水煤浆工艺。,分为开路(不返料)和闭路(返料)研磨流程。,非封闭式湿磨系统,高浓度湿磨,水,添加剂,原煤,水煤浆,煤和水按一定比例次通过磨机制得水煤浆，同时满足粒度和浓度的要求。,A 一段湿法(开路)：,封闭式湿磨系统,高浓度湿磨,水,添加剂,原煤,水煤浆,湿筛,返 料,煤经研磨得到水煤浆，再经湿筛分级。分离出的大颗粒再返回磨机。,B 一段湿法(闭路)：,一段湿法制浆工艺具有流程简单，设备少，能耗低，无需二次脱水等优点(尤其是开路流程)。当使用同样物料研磨到相同细度时，湿法比干法可节省动力约30左右。,所谓干法，即不用湿磨，而是将原煤用于磨研磨成所要求的筛分组成的煤粉，再按比例加入水和添加剂混合制成水煤浆。,喷嘴结构直接影响到雾化性能，并进一步影响气化效率，还会影响耐火材料的使用寿命。,喷嘴的良好设计可把能量从雾化介质中转移到煤浆中去，为氧气和煤浆的良好混合提供有利条件。,要求喷嘴能以较少的雾化剂和较少的能量实现雾化，并具有结构简单，加工方便，使用寿命长等性能。,(2)气化和废热回收,气化炉是气化过程的核心。在气化炉结构中，喷嘴是关键设备。,喷嘴：,烧嘴,：,按物料导管的数量分为,双套管式；,三套管式：,中心管：氧气；,外环系：氧气；,内环系：水煤浆。,根据煤浆性质调节两股氧气比例，促使氧、碳反应完全,德士古烧嘴,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30m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。,国家九五攻关，水煤浆气化及煤化工国家工程中心华东理工,由中心一个烧嘴变为四周四个对喷烧嘴,通过撞击流强化传质过程，有效气提高,2-3%,，氧耗有所下降,耐火材料：,影响耐火材料性质的主要因素有温度、煤灰性质、熔渣流速及热态机械应力等，而其中以炉温为最重要的因素。,水煤浆气化炉对向火面耐火材料的要求很高。该处除承受热力腐蚀、机械磨蚀外，还将遭受灰渣的物理、化学等腐蚀使用。,粗煤气的冷却：,根据煤气最终用途不同，粗煤气可有三种不同的冷却方法。,直接淬冷法,多见于生产合成氨原料气生产流程。,高温煤气和液态熔渣一起，通过炉子底部的急冷室，与水直接接触而冷却；或在气化室下部用水喷淋冷却。,在粗煤气冷却的同时，产生大量高压蒸汽，混合在粗煤气中一起离开气化炉。,采用废热锅炉的间接冷却法。多见于生产工业燃料气、联合循环发电用燃气、合成用原料气等。,在气化炉下部直接安装辐射式冷却器(废热锅炉)。粗煤气将热传给水冷壁管而被冷却至700左右。,熔渣粒固化、分离，落入下面的淬冷水池，后经闭锁渣斗排出。,辐射式冷却器的水冷壁内产生高压蒸汽，作动力和加热用。,粗煤气由辐射废锅导入对流废锅进一步冷却至300（废锅回收显热并副产蒸汽）。,间接冷却法,采用废热锅炉的间接冷却法,熔渣粒固化、分离，落入下面的,淬冷水池,，后经闭锁渣斗排出。,进一步冷却至300，回收显热和生产蒸汽。,辐射式冷却器(废热锅炉）,700,水管锅炉,热粗煤气先在,辐射,式冷却器中冷却至700左右，使熔渣固化，与煤气分离，同时产生高压蒸汽。然后，粗煤气用水喷淋淬冷至200左右。,间接冷却和直接淬冷相结合的方法,经回收废热的粗煤气，需进一步冷却和脱除其中的细灰。,煤气中不含焦油，故不需设置脱焦油装置。,废水中含有极少量的酚、氰化氢和氨，只需常规处理即可排放。,固体排放物(固体熔渣)不会造成对环境的污染，并可用作建筑材料。,(3)煤气的冷却净化及三废处理,影响德士古炉操作和气化的主要工艺指标有：水煤浆浓度、粉煤粒度、氧煤比及气化炉操作压力等。,3,.3 工艺条件及气化指标,(1)水煤浆浓度,所谓水煤浆的浓度是指煤浆中煤的质量分数，该浓度与煤炭的质量、制浆的技术密切相关。,水煤浆中的水分含量是指全水分，包括煤的内在水分。通常使用的煤也并不是完全干的，一般含有5%8%甚至更多的水分在内。,注意：,气化压力：2.45MPa（表压）,气化温度：1380,入炉煤量（干）：1.001.05t/h,氧煤比：1.0 kg/kg；,原料：铜川煤,水煤浆浓度与冷煤气效率的关系,水煤浆浓度对气化的影响为：,随着水煤浆浓度的提高，煤气中的有效成分增加，气化效率提高，氧气耗量下降，如图所示：,煤浆的可泵送性和稳定性等对于维持正常的气化生产很重要。研究水煤浆的成浆特性和制备工艺，寻求提高水煤浆质量的途径是,十分必要,的。,选择合适的,煤种,(活性好、灰分和灰熔点都较低)，调配最佳粒度和粒度分布是制备具有良好流动性和较为稳定的高浓度水煤浆的关键。,适宜的添加剂也能改变煤浆的流变特性。且煤粉的粒度越细，,添加剂,的影响越明显。,水煤浆制备技术：,褐煤的内在水分含量较高，其内孔表面大，吸水能力强，在成浆时，煤粒上能吸附的水量多。因而，在水煤浆浓度相同的条件下，自由流动的水相对减少，以致流动性较差；,若使其具有相同的流动性，则煤浆浓度必然下降。故褐煤在目前尚不宜作为水煤浆的原料。,褐煤成浆性差：,煤粒在炉内的停留时间及气固反应的接触面积与颗粒大小的关系非常密切：,较大的颗粒离开喷嘴后，在反应区中的停留时间比小颗粒短；比表面积又与颗粒大小呈反比。这双重影响的结果必然使小颗粒的转化率高于大颗粒。,就单纯的气化过程而言，似乎,水,煤浆的浓度越高、煤粉的粒度越小，越有利于气化转化率提高。,(2)粉煤粒度,考虑实际生产过程，当煤粉中细粉含量过高时，水煤浆表现为黏度上升，不利于泵送和雾化。,为了便于使用水煤浆应具有较好的流动性，黏度不能太大，故对反应性较好的煤种，可适当放宽煤粉的细度。,(3)氧煤比,氧煤比是气流床气化的重要指标。当其他条件不变时，气化炉温度主要取决于氧煤比。提高氧煤比可使碳的转化率明显上升。,氧煤比与气化温度的关系,气化压力2.45MPa（表压）；入炉煤量（干）1.001.05t/h;煤浆质量分数为60%；铜川煤,氧煤比与碳转化率的关系,气化压力2.45MPa（表压）；气化温度1380；入炉煤量（干）1.001.05t/h；煤浆质量分数为60%,氧气比例增大可以提高气化温度有利于碳的转化，降低灰渣含碳量。,但是当氧气用量过大时，部分碳将完全燃烧，生成二氧化碳；或不完全燃烧而生成的一氧化碳又进一步氧化成二氧化碳，从而使煤气中的有效组分减少，气化效率下降。,随氧煤比的增加，氧耗明显上升，煤耗下降。,适当提高氧气的消耗量，可以相应提高炉温，降低生产成本，但提高炉温还要考虑耐火砖和喷嘴等的寿命。,故操作过程中应确定合适的氧煤比。,气流床气化操作压力的增加，不仅增加了反应物浓度，加快了反应速率；同时延长了反应物在炉内的停留时间，使碳的转化率提高。,气化压力的提高，既可提高气化炉单位容积的生产能力，又可节省压缩煤气的动力。,故德士古工艺的最高气化压力可达8.0MPa，一般根据煤气的最终用途，经过经济核算，选择适宜的气化压力。,(4)气化压力,德士古气化炉的特点是单炉生产能力大，使用的煤种较宽，能使用除褐煤以外的各种灰渣的黏度-温度特性合适的粉煤为原料。,煤气中甲烷及烃类含量极低，最适宜用作合成气。,工艺过程中所产生的三废少且易于处理，并可考虑使用排出的废水制备水煤桨。,3,.4 评价,优点：,:气化炉结构简单。,该技术关键设备气化炉属于加压气流床湿法加料液态排渣设备，结构简单，无机械传动装置。,:开停车方便。,:煤种,适应较广。,可以利用粉煤、烟煤、次烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣等,；,不受灰熔点等限制。,:合成气质量好。,CO+H280%且H2与CO量之比约为0.77，可以对CO进行变换以调整其比例用来作合成氨、甲醇等，且后系统气体的净化处理方便。,德士古气化的特点：,:碳转化率高。,该工艺的碳转化率在97%98%之间。,:单炉产气能力大。,由于德士古水煤浆气化炉操作压力较高(一般为4.0MPa6.7MPa)，又无机械传动装置，在运输条件许可下设备大型化较为容易。,:三废排放有害物质少。,缺点：,氧耗高。,是因煤浆中水分高，因而氧耗高。,需助溶剂。,当使用高熔点的煤时需要助溶剂。,需热备用炉。,备用炉必须1000以上才可投料，所以备用炉应处于热备用状态。,气化炉耐火材料寿命短。,工艺烧嘴寿命短。,德士古气化法虽然也存在一些缺点，但其优点是显著的，而且与其他许多有希望且优点突出的气化方法相比较，它最先实现工业化规模生产，已为许多国家所采用。,在中国，山东鲁南化肥厂、上海焦化厂、渭河煤化工集团和安徽淮南化工厂都已引进该煤气化工艺，并都已投入生产。,所以，德士古气化法是煤气化领域中的一个成功的范例。,气流床,德士古,商业装置（山东德州）,气流床壳牌炉,气流床壳牌炉（,Yueyang,）,4,、Shell 煤气化工艺,Shell煤气化工艺（Shell Coal Gasfication Process）简称,SCGP,，是由荷兰Shell国际石油公司开发的一种加压气流床粉煤气化技术。,1993年采用Shell煤气化工艺的第一套大型工业化生产装置在荷兰布根伦市建成，用于整体煤气化,燃气-蒸汽联合蒸汽发电,，1998年该装置正式投入商业化运行。,4,.1 工艺技术特点,Shell煤气化工艺属加压气流床粉煤气化，是以干煤粉进料，纯氧做气化剂，液态排渣。,干煤气中的有效成分CO+H,2,可高达90%以上，甲烷含量很低。,干煤粉粒度要求较灵活，一般不需要过分细磨，但需要经热风干燥，以免粉煤结团，尤其对含水量高的煤种更需要干燥。,气化火焰中心温度随煤种不同约在16002200之间，出炉煤气温度约为14001700。,产生的高温煤气夹带的细灰尚有一定的黏结性，出炉需与一部分冷却后的循环煤气混合，将其激冷到900左右后再导入废热锅炉，产生高压过热蒸汽。,煤中约有83%以上的热能转化为有效气，大约有15%左右的热能以高压蒸汽的形式回收。,气化温度高，反应速率快，碳转化率高，灰渣残炭降低；,温度过高使熔渣黏度变小，炉壁灰渣层厚度变薄，过多的热量被水冷壁锅炉带走,较高气化温度下，气化压力对煤气组成影响不大,炉内气化反应：,煤的裂解及挥发分燃烧,粉煤和氧气加入气化炉，高温条件下迅速干燥及热裂解，释放出挥发分，在高氧条件下挥发分完全燃烧，放出大量热。,煤气中无焦油、酚、高级烃等可凝物。,煤焦的燃烧及气化,煤焦与氧燃烧，释放大量热；与水蒸气和二氧化碳反应，生成一氧化碳和氢气；气相中氢和一氧化碳与残余的氧反应，放出更多的热量。,煤焦及产物气化,在无氧条件下，煤焦等和水蒸气、二氧化碳发生气化反应，生成氢气和一氧化碳。,Shell-Koppers中试装置的设计条件和试验结果,CO+H,2,96.2%,CO/H,2,2.2/1,CO+H,2,90.7%,CO/H,2,2.51,4,.2 Shell煤气化工艺流程及气化炉,Shell煤气化工艺流程见图：,从示范装置到大型工业化装置均采用废热锅炉流程。,1）来自制粉系统地干燥粉煤由氮气或二氧化碳气经输送至炉前煤粉仓及煤锁斗；,2）再经由加压氮气或二氧化碳加压将细煤粒由锁斗送入相对布置的气化烧嘴；,3）气化所需氧气和水蒸气也送入烧嘴。,N,2,、CO,2,气动输送,N,2,、CO,2,加压,（1）煤粉及气化剂的输送：,1）通过控制加煤量，调节氧量和蒸汽量，使气化炉在14001700范围内；,2）气化炉操作压力为24MPa。,3）在气化炉内煤中的灰分以熔渣的形式排出。绝大多数熔渣从炉底离开气化炉，用水激冷，再经破渣机进入渣锁系统，最终泄压排出系统。,熔渣为一种惰性玻璃状物质。,水激冷熔渣,（2）气化及排渣：,循环冷却煤气,粗气,1）粗气夹带飞散的熔渣粒子被激冷气冷却，使熔渣固化而不致粘在冷却器壁上，然后再从煤气中脱除。,2）煤气冷却器采用废热锅炉，用来生产中压饱和蒸汽或过热蒸汽。,3）粗煤气经陶瓷过滤器除去细粉尘（20mg/m,3,)。,4）部分煤气加压循环作为循环冷却煤气用于出炉煤气的激冷。,（3）粗煤气激冷、废热回收、除尘：,（4）脱硫脱氯：粗煤气经脱除氯化物、氨、氰化物和硫（H,2,S、COS），HCN转化为N,2,或NH,3,，硫化物转化为单质硫。,工艺过程中大部分水循环使用。废水在排放前需经生化处理。,工艺流程：,1、磨煤及干燥系统,四大关键设备：磨煤机、煤粉袋式过滤器、循环风机和热风炉。,2、粉煤加压及输送系统,3、气化、激冷及合成气冷却系统,关键设备：气化炉、激冷管、输气管、合成气冷却器（SGC）,四个子系统：气化炉烧嘴系统（包括氧气供给系统）、开工及点火烧嘴系统（包括柴油系统）、气化及合成气冷却系统、水/蒸汽系统,4、排渣系统,5、干灰脱除系统（干洗）,6、湿灰脱除系统（湿洗）,7、废水汽提及澄清,渣池,气化炉,激冷管,输气导管,气体反向室,蒸汽过热器段,中压蒸汽发生器II段,中压蒸汽发生器I段,环式水冷器,合成气冷却器,高压容器外壳,膜式水冷壁,环形空间：,向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣）,内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽,容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修,内筒和外筒,筒上部为燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室,水冷壁是由,:,液体熔渣、,固体熔渣、,膜式壁、,碳化硅耐火填充料、,加压冷却水管、抓钉,连续运行,10,年水冷壁内侧图片,连续运行,10,年水冷壁外观图片,Shell气化炉以渣抗渣原理：,生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁重力方向下流,;,当渣层较薄时，由于耐火衬里和金属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰熔点固化附着,;,当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时，熔渣流淌减薄；,当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚,;,这样不断的进行动态平衡。,shell气化炉内渣层对保护耐火层理和水冷壁管至关重要,;,以下一张照片是停车中温降过快造成的,垮渣,，一张是炉内温度波动（高温）造成的,渣层损坏,。,结果：,容易烧蚀损坏原来被渣层保护的耐火衬里和金属销钉，当保护层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁的保护，伤害到本体，气化炉反应热平衡也将失衡。,加压气流床粉煤气化（Shell炉）21世纪煤炭气化的主要发展途径之一。,4,.3 Shell煤气化工艺技术特点,采用干法粉煤进料及气流床气化，可使任何煤种完全转化，对煤种适应广。对煤的性质诸如活性、结焦性、水、硫、氧及灰分不敏感。,煤种适应广,能源利用率高,由于采用高温加压气化，因此其热效率很高。,在典型的操作条件下，Shell气化工艺的碳转化率高达99%。,采用了加压制气，大大降低了后续工序的压缩能耗。,设备单位产气能力高,在加压下（3MPa以上），气化装置单位容积处理煤量大，产气能力高。,在同样的生产能力下，设备尺寸较小，结构紧凑，占地面积小，相对的建设投资也比较低。,Shell煤气化工艺脱硫率可达95%以上，并产生出纯净的硫磺副产品，产品气的含尘量低于2mg/m,3,。,气化产生的熔渣和飞灰是非活性的，不会对环境造成危害。,工艺废水易于净化处理和循环使用，通过简单处理可实现达标排放。,环境效益好,气化在高温下进行，且原料粒度很小，气化反应进行的极为充分，影响环境的副产物很少，因此干粉煤加压气流床工艺属于,“洁净煤”,工艺。,5、,GSP粉煤气化法,GSP粉煤加压气化技术，是德国未来能源开发的工艺技术，既有Texaco气化工艺的特点，又有Shell气化工艺的特点。,气化炉的操作压力为2.54.0MP。,气化温度操1350,o,C-1600,o,C之间。,5.1,工艺流程,包括备煤、气化及气体除尘冷却、黑水处理等。,加压干煤粉，氧气及少量蒸汽通过联合喷嘴进入气化炉。,高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷室，热的合成气被喷射的激冷水所冷却。而液态渣在激冷室底部的水浴中成为颗粒状，定期从渣锁斗中排入渣池。,5.2,GSP气化炉,结构包括：水冷壁的气化室和激冷室。,组合式喷嘴,组合式喷嘴由配有火焰检测器的,点火喷嘴和生产喷嘴,所组成，故称为组合式气化喷嘴。,受到高热负荷的喷嘴部件由喷嘴循环冷却系统来强制冷却。,喷嘴的材质为奥氏体不锈钢，高热应力的喷嘴顶端材质为镍合金。,喷嘴由中心向外的环隙依次为氧气、氧气,/,蒸汽、煤粉通道。,这是GSP气化炉照片，用于神华宁煤集团煤基烯烃项目.,三种主要制气方法的比较,气 流 床 气 化,结 束,