内热式中低温煤热解炉的开发与应用

1、文章编号:1000-4416(200103-0225-04内热式中低温煤热解炉的开发与应用崔乐平(山西省忻州地区煤气供热公司,山西忻州034000摘要:阐述了内热式中低温热解炉的原理、工艺流程及特点,对原料适应性、产品质量的影响因素和经济、社会效益进行了介绍。关键词:燃气制造;煤低温热解; 热解炉中图分类号:T U996;T Q523文献标识码:B1引言我国大气污染主要来源是直接燃用煤炭。因此,解决煤的深加工,提供清洁煤气,实现煤的综合利用,是一项重要工作。我们经过小试、中试和工业性试验,于1993年在山西省忻州市建成了规模为年转化原煤30000t的煤制气实验厂,将内热式中低温热解炉及其制气技

2、术用于工业生产,目前第三代炉已建成投产,运行良好。2工作原理及热解炉结构2.1内热式中低温热解炉的工作原理在内热式中低温热解炉内进行着比较复杂的物理和化学反应。第一步反应是鼓入的空气和炉内原料煤在炉内燃烧,产生的热能积蓄于料层中,为下一步热解煤、干馏煤和水蒸气的分解反应作准备,第一步反应如下:C+O2=C O2+408763k J/kgC+C O2=2C O-102375k J/kg实际由于鼓入的是空气,所以实际反应式为:2C+O2+3.76N2=2C O+3.76N2+245300k J/kg 第二步反应是以上过程所提供的热能将炉内原煤进行热解干馏(中、低温,并产生大量的挥发物,逐步将煤加热

3、至700左右,释放出中低温干馏煤气。煤、半焦、煤气的组成见表1表3。第三步反应是经热解干馏后700的半焦与炉内下部冷却喷淋水生成的水蒸气反应,吸收大量热量同时产生水煤气和半水煤气,第三步反应式如下: C+H2O=C O+H2-118799k J/kgC+2H2O=C O2+2H2-75222k J/kg炉子进入正常生产时,第一步反应中原料煤的燃烧逐步由回炉煤气的燃烧所替代,并据热解干馏炉内煤炭所需热量的多少控制回炉煤气量和鼓入空气量,从而实现热平衡和物料平衡,达到稳定运行。表1热解用陕西府谷煤分析项目名称符号分析数据分析基水分M ad 3.76%干燥基灰分Ad 2.13%干燥无灰基挥发分Vda

4、f33.62%干燥基全硫S t。D0.18%焦渣特征32.2热解炉结构及工作过程图1为处理煤33t/d的热解炉结构图。收稿日期:2000-12-24作者简介:崔乐平(1961-,男,山西盂县人,工程师,学士,主要从事煤制气及燃气输配技术管理工作。表2热解产物半焦的成份分析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热解煤气分析数

5、据%CO C 2n H mO 2CO CH 4H 2N 2低热值/(M J/m 36.40.80.614.412.422.043.49.23 图1处理煤33t/d 的热解炉结构热解炉体按工作过程自上而下分为3段。第1段为煤的预热、干燥段。冷原料煤经煤仓和布料器进入炉体内顶部,自上而下缓慢(根据热解干馏速度和出焦量控制速度向热解干馏段(700左右运动,与自下而上的荒煤气逆向接触换热,使煤逐步经过干燥、预热,同时使荒煤气温度降至70左右被煤气风机引出送入焦油回收系统。第2段为热解干馏段。经干燥、预热后的原料煤进入煤气和空气混合燃烧并达到700左右的中低温热解干馏段,该段火层厚度为2m 左右,原料煤

6、缓慢通过该区完成热解干馏,原料煤在该区域的停留时间、给风量、风压、煤气供给量、火层厚度的调节以及半焦、焦油、煤气的质量产量等均由该段进行控制调节,所以第二段是该炉体的核心工作部位。第3段为半焦冷却段。该段分两部分,第一部分为炉内冷却部分,利用炉体下部的循环、冷水夹套和水喷淋管使热解干馏后的半焦由700左右降到200左右,这一段炉内产生热交换和水煤气反应。第二部分为水封冷却和出焦部分,即将200左右的半焦经水封冷却至50左右后经出焦口排出。内热式中低温热解炉采用炉内燃烧(内置燃烧室、物料满膛(原料充填整个炉膛、逆向直接换热(物料由上而下,热载体由下而上同炉膛换热、无碍障运行(炉膛内无炉篦炉排的设

7、计方案,炉体结构紧凑,热能利用率高,能耗小,造价低,产量大,产品质量稳定,炉子运行平稳,启停灵活方便,是一种应用价值较高的实用炉型。3工艺流程及运行状况3.1煤制气实验厂工艺流程图2为处理原煤33t/d 的煤制气实验流程。图2煤制气实验厂工艺流程50±20mm 块煤经上煤机送入热解炉内,荒煤气经炉上部煤气引出管和水封除尘器进入集气槽和喷淋冷却塔,再由罗茨排风机抽出经净化后送至气柜供民用,另一部分经调压后送回炉内与离心鼓风机送入的空气混合作为加热用燃气,以上为气体循环流程。循环水泵将洗涤水从油水分离池抽出送往水封除尘器、集气槽和喷淋冷却塔及煤气引出管等设备,对煤气进行冷却和焦油洗涤,含

8、油洗涤水从各设备底部返回油水分离池,夏季气温超过35°C 时,启动凉水泵经凉水塔进行凉水循环,保证洗涤水温度适中,经油水分离池分离出的中低温焦油在焦油热分离池中处理6h后经焦油泵送入焦油罐,以上为水循环流程。3.2运行情况分析设计中采用 1.8m内热式中低温热解炉3台(2开1备,生产城市煤气,主要技术参数如下:炉膛截面积:2.54m2原料煤:弱粘煤、不粘煤原料粒度:50±20mm单炉处理原料煤:33t/d单炉产焦:18t/d单炉产气:1.9万 /d单炉产焦油:1.8t/d生产强度:540kg/(m3h气燃比:1:1.9干燥段料层温度:200热解干馏段料层温度:700冷却段料

9、层温度:200运行情况分析:(1原料要求:除对粒度要求外,最重要的是粘结性要求,该炉要求原料煤在炉内热解干馏时不成块结焦。通过对多种煤的试验,证明该炉在连续运行时Y值应小于20mm,该炉在间歇运行时Y值应小于18mm。原料强度适中,弱粘煤优于不粘煤,因为煤在炉内呈运行状态,使其不致结焦成大块。同时,由于其弱粘特点可使煤热解过程中的小粒度煤粘成块从而减少炉内粉尘量,提高了炉子的透气性,降低炉内物料阻力,增加产焦量。原料煤成分对炉子运行无大的影响,但是影响产气、产焦、产油率和产品的质量。(2鼓风量(炉温与产品的关系给风量配比一般为1.9,当鼓风量增加时,炉温也增加,半焦、煤气及焦油质量提高,生产能

10、力增加。改变煤气质量、提高煤气热值的重要手段是:加大鼓风量,提高炉温;改鼓风为送氧。(3炉内结渣问题及影响因素连续生产基本不结渣,间歇生产易结渣。根据工业试验结果表明,每日早8时启动,下午2时停炉。运行三个月,炉内干馏段结渣使 1.8m的炉膛直径变为 70cm左右,结渣厚度近60cm,影响炉子正常运行,而连续生产的炉子运行6个月后,停炉检查,干馏段结渣不足10cm。内热式干馏炉运行操作中,除把好原料粒度和质量关外,重要的是调节好空气、回炉煤气、入炉煤量、出焦量和冷却水供给量,只有这5个参数协同调节才能确保干馏炉内火层厚度适当,运行平稳。4热解炉应用效益分析(1经济效益分析据四炉三运行排列(40

11、000m3/d规模工厂的经济效益分析表明,持平成本为:煤气0.23元/m3,焦炭180元/t,焦油500元/t。(2社会及环境效益分析40000m3/d煤气可供1.5万户居民生活用,每年可替煤63000t,节煤33000t,减少煤渣13000t,减少烟尘7000t,减少S O2700t。5结论内热式中低温干馏热解炉经过长期的工业运行,表明有以下特点:(1可以使用褐煤、长焰煤、弱粘和不粘性烟煤,能合理利用煤炭资源,降低制气成本。(2启动、停炉自如,可机动灵活地调节煤气产量和热值,适于中小城市的煤气供应。(3具有占地少、投资省、规模小产量大、操作方便、易于管理等特点。同时该工艺可以多炉组合、分合自

12、如、一套净化、便于扩大生产规模。(4初级产品经济效益好,且深加工产品市场十分广阔,利润率高。(5环保效益十分明显。总之,内热式中低温热解炉工艺成熟可靠,适于中小城市及工矿区特别是中西部一些地区能源的综合利用和环境质量的改善,具有广阔的应用前景。参考文献:1陈贤仁.煤的流态化低温干馏J.煤气与热力,1986,(4:3-10.2张维华.旋流床干馏炉和气化炉原理J.煤气与热力,1986,(5:3-13.3郭树才,罗长齐,尤隆渤,等.黄县褐煤固体热载体干馏试验研究J.煤气与热力,1987,(2:3-7.4刘学智,逄进.煤加压低温干馏的研究J.煤气与热力,1989,(3:14-22.5白雪峰,郭树才.平

13、庄褐煤干馏半焦的合理利用J.煤气与热力,1989,(3:22-26.6刘学智,逄进.煤加压干馏特性的研究J.煤气与热力,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页4结语从上述分析可以看出,流化床水煤气中C O含量低于20%是可能的,造成这一现象的原因有3个:流化床水煤气炉内平均温度较低,流化床水煤气炉内水蒸气量较大,流化床水煤气炉内快速热解较多。参考文献:1王立群,王同章.流化床水煤气炉的开发与应用J.煤气与热力,1999,(5:12-15.2G B136121992,人工燃气标准S.3项友谦.煤气化过程热力学平衡组

16、成的理论计算J.煤气与热力,1986,(1:3-10.4E.Batholome et.Ullmmanns Encyllopaedie der technischen ChemieD,Band14,W enheim:Verlag Chemie,G mbH,1977.5项友谦,张利平.固定床煤气化过程的数学模型与模拟计算J.煤气与热力,1999,(5:8-11.6郭树才,罗长齐,尤隆渤,等.黄县褐煤固体热载体干馏试验研究J.煤气与热力,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