shell粉煤气化讲座.ppt

Shell粉煤气化,选择Shell粉煤气化工艺的原因,低能耗,用于发电，能耗比Texaco工艺低20左右,用于合成氨，能耗比Texaco工艺低8左右,煤种适应性好,烧嘴和水冷壁的寿命长,Shell粉煤气化炉操作温度高达14001700，在此温度下，大部分煤种均能气化。,烧嘴设计寿命8000h。Demkolec工厂的烧嘴和水冷壁安全运行至今。,SCGP的硫氧化物及粉尘排放量几乎为零废液基本为零排放粉煤灰可外卖作生产水泥原料炉渣可用作道路建筑材料,环保,磨煤与干燥,根据设计煤种和合成氨生产能力，以及可能的煤质变化情况，配磨煤机2台，每套能力为设备设计工况的75。,干燥用燃料设计为炼厂干气，备用燃料为合成回路尾气。,磨煤干燥流程,指标,90%的粉煤粒度90m,水分含量2,惰性气中的O2含量8,控制参数,循环气中的水含量约3.0,惰性气体发生装置出口温度150250，磨机出口温度105左右。,*为保证粉煤能被惰气带走，惰性气循环量30Kg/s，固气比约1：24（重量）,加压通过锁斗来实现，用N2对锁斗进行加压，将粉煤由大气压力加压至所需压力，该压力通常比气化炉压力高810kg/cm2。,加压进煤,粉煤输送主要靠重力自流。,采用充气锥防止煤粉架桥,加压进煤流程,关于粉煤气化的研究始于20世纪50年代初期，直到90年代才建立了第一套工业化示范装置，原因就在于长期以来未能有效解决粉煤输送这个技术难题。,干煤粉输送的关键,粉煤加压连续输送技术,1978年，和Krupp-Koppers公司联合开发出一种粉煤间断升压和加压下连续进料的半连续加煤工艺。,粉煤密相输送技术,为减少煤气中的N2量，要求提高粉煤输送的固气比，每立方米氮气可输送300400kg粉煤。,干法粉煤气化工艺关键,阀门,密封料斗系统的各类阀门开闭频繁，磨损严重，故要解决好阀门的结构及材质问题。,料斗煤位测量,特别在粉煤太湿易架桥的情况下会出现假料位，增加料位测量及输送的难度。目前大多采用Cs137或Co60同位素仪器测量。,精确计量,气流床部分氧化反应要求入炉物料精确计量，Texaco炉很易做到，而干法气化难以做到精确计量。,气化炉进料的精确计量,气化炉进料计量主要是煤的质量流量，测得的是混合流量，通过一系列计算换算成煤量，再折算成总热量，因为合成气产量是与进煤热值直接相关的。煤计量有两种：一是测线速度，二是测混合物的密度。测线速度用线速度仪，密度测量是利用射线。,煤灰呈熔融态顺壁流下，最后以渣的形式从炉底部排出。,气化炉底部用水激冷熔渣，渣水循环使用，冷却后的渣经减压由锁斗排出。,粉煤和氮气的混合气通过烧嘴进入气化炉，与纯氧、蒸汽进行反应，加入水蒸汽量的多少与煤种有关。炉内温度可达1500甚至更高，炭转化率达99以上。,粉煤气化,气化炉顶部有冷激器，通过一台循环压缩机将下游的合成气返回到气化炉顶部，使气化炉出口合成气温度由1500多降至900，合成气中夹带的熔融固体也因而固化成飞灰。,冷激后的合成气进入废锅发生蒸汽，气化炉水冷壁也产生蒸汽。蒸汽压力通常比气化炉操作压力高1015kg/cm2。废锅产汽压力以及蒸汽是否过热取决于用户要求，废锅出口工艺气温度250350。,粉煤气化,操作控制,煤种选择,长周期运行,存在问题,压力：40bar温度：1550左右O2/煤（MAF）：0.851.1（重量比）蒸汽/煤（MAF)：1020蒸汽压力：5.5MPa废锅出口合成气温度：340,气化炉操作参数,主要控制回路,根据系统负荷调整氧量，再根据合成气中的CO2含量调整氧煤比，最终确定气化炉的进煤量。,氧气/蒸汽比保持恒定,顺畅排渣,国内外对液态排渣炉的研究指出，灰渣的粘度在2540Pa.s之间方可保证液态锅炉的顺利排渣。Watt-Fereday等人对灰渣成分与灰渣粘度的关系进行了回归：Log10*7m/（t150）*2C其中，灰渣粘度，pa.st温度，C0.0415SiO20.0192Al2O30.0276Fe2O30.0160CaO3.92M0.00835SiO20.00601Al2O30.109,Shell关于灰渣粘度与灰分组成之间的关系计算较准确，通常Shell会提供客户一个预测气化炉操作条件的小程序，该程序里就包含有这个关系式。,目前国内西北化工研究院在煤质分析与评价方面做了大量的工作，也总结归纳出了灰渣粘度与灰分组成之间的关系公式，但误差为8左右，尚不能用以指导生产。,气化炉操作要点,当原料煤质发生变化时，只有及时调整气化炉入口氧碳比，将炉温控制在最佳操作温度区域才能确保顺利排渣和保护水冷壁。由于Shell粉煤气化炉内无测温装置，且目前尚难以做到对入炉粉煤量进行精确计量，特别是原料煤中C元素含量的实时检测，从而容易导致停工停炉事故的发生。,顺利排渣,保护水冷壁,若在用煤种与备用煤种的最佳氧碳比范围部分吻合，则实际操作中就有可能实现平稳切换，吻合部分越多，切换操作越平稳。如二者无吻合部分，则这两个煤种不宜在气化炉的同一个运行周期内使用。,解决措施1,通过选配煤，将不同类别、不同品质的煤经过筛选、破碎和按比例配合，改变其化学组成、物理特性和燃烧特性，使之达到煤质互补、优化产品结构、适应用户对煤质的要求。这样不仅可保证煤炭质量的相对稳定，还能拓宽煤炭采购渠道，实现煤炭的稳定供应，从而实现Shell煤气化炉的长周期稳定运行。,解决措施2,热回收,Shell认为汽包分室是必要的。因为废锅和水冷壁对锅炉水循环倍率的要求是不一样的，水冷壁要求的循环倍率很大。汽包分室比建两台汽包投资省。,干法除尘,指标,灰尘含量约1-2(最大20)mg/Nm3,湿法除尘,排渣,1煤气化原理反应机理,其涵义就是以煤、半焦或焦炭为原料，以空气、富氧(纯氧)、水蒸汽、二氧化碳或氢气为气化介质,使煤经过部分氧化和还原反应，将其中所含碳、氢等物质转化成为一氧化碳、氢、甲烷等可燃组分为主的气体产物的多相反应过程.,煤的气化工艺是在一定温度压力下，用气化剂对煤进行热化学加工，将煤中有机质转变为煤气的过程,实验证明，随温度、流体力学条件及鼓风气相组成的分压不同，所制得的煤气中碳的氧化物比例（CO:CO2）变化范围是很大的。Shell建立煤气化工艺（SCGP）机理模型过程中，由于反应温度很高（14001700），使得反应速度快，足够的停留时间(310秒)使反应可以达到平衡，假设发生以下的反应：,CO2=CO2393百万焦耳/千摩尔碳CCO2=2CO173百万焦耳/千摩尔碳CH2O=COH2131百万焦耳/千摩尔碳C2H2=CH475百万焦耳/千摩尔碳COH2O=CO2H241百万焦耳/千摩尔碳CH4H2O=CO3H2211百万焦耳/千摩尔碳,下图给出了典型的相关反应的平衡条件与温度关系,这张图给出了煤气化中，氧/碳比的变化对温度、转化率、合成气中的CO2和CH4浓度的影响。,Shell煤气化为并流反应,受气化空间的限制,反应时间很短(110s)。为弥补反应时间短的缺陷,要求入炉煤粒度很细(0.1mm),以保证有足够的反应面积。,并流气化气固相对速度低，气化反应朝着反应物浓度降低的方向进行。为增加反应推动力，提高反应速度,必须提高反应温度(火焰中心温度2000以上),液态排渣是并流气化的必然结果。,Shell粉煤气化技术特点气化炉结构较简单，内部为膜式水冷壁，无任何耐火砖，烧嘴寿命长，所以气化炉坚固耐用，操作可靠。煤种适应性好，灰熔点高时只需加入助熔剂石灰石，干粉进料,气化效率高，氧气消耗低于Texaco工艺（约15）。高效率。原料煤所含能量之中，大约8083%以合成气形式回收,另外1416以蒸汽形式回收。对称式多烧嘴，混合效果好，碳转化率高。熔渣气化,熔渣可保护膜式水冷壁,并确保产生无毒废渣及灰。高温气化，碳转化率大于99%，有效气体成份含量高，CO2含量低,几乎无CH4及酚类、焦油等生成。,Shell粉煤气化工艺的优势在于煤种适应范围较宽(能使用周边高灰熔点原料煤)工艺指标先进(煤耗、氧耗低，气化效率高，冷煤气效率可达8083%)操作和维护费用低(无耐火砖，炉子及烧嘴寿命较长)；灰渣可直接利用，有利于环保。虽然目前在合成氨装置上尚无应用业绩，但由于其产品也是合成气(H2CO)，而且Shell粉煤气化工艺在荷兰有大型化联合发电装置(其产出的合成气主要用于燃气轮机发电)已稳定运行多年。因此只要工艺流程匹配合理和前后工序衔接得当，Shell煤气化工艺实现合成氨装置的良好运行应当是有把握的。,3.1原料煤贮运原料煤通过专列直供至铁路工业站，利用电厂现有卸煤设施