不同气氛下煤炭部分气化系统的技术经济分析

不同气氛下煤炭部分气化系统的技术经济分析摘要石化产品是推动国家经济社会发展的基础,油气等天然资源在我国对外的依赖性比较高。同时由于我国煤炭的生产价格低廉,运输方便,在相当长的一段时间里,中国的基础设施能源和经济结构依然远远离不开固体煤,中国的基础设施和能源的供给仍然以清洁的煤炭能源为主。但是由于日益严重的煤炭环境资源污染等社会问题,煤炭的清洁高效和永续利用越来越重要。煤炭气化,是指在特定的设备内,在一定温度及压力下使煤中的有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应,将固体煤转化为含CO、H2、CH4等可燃性气体的过程利用煤部分气化技术的主要核心思想之一就是针对固体煤中不同组成部分的气化实现煤炭分级气化利用。对煤炭进行部分气化的实际利用方法和技术有很多,本论文主要是分析针对不同经济类型的企业利用煤炭所需要采取的部分气化技术方式不同,所带来的煤气成分有何不同。分析不同气化方式对不同品种的煤炭所带来的影响是否一致,以及煤气体积比是否变化。对比基于O2/H2O气氛和空气气氛两种气化方式，明确核心工艺及操作流程，数据要求。分析二者生产运作可靠性以及国内技术成熟度、经济成本投入分析。关键词：煤炭；煤炭部分气化；分级转化；循环流化床AbstractPetrochemicalproductsareimportantbasicrawmaterialsfornationaleconomicdevelopment.Chinaisatypicalcountryrichincoal,shortofoilandgasandhighlydependentonoilandgasresources.Atthesametime,duetothelowpriceandconvenienttransportationofcoal,China'senergystructureisstillinseparablefromcoalinaquitelongtime,andChina'sbasicenergysupplyisstilldominatedbycoal.However,duetotheincreasinglyseriousenvironmentalpollutionandotherproblems,thecleanandefficientuseofcoalisbecomingmoreandmoreimportant.Coalgasificationreferstotheprocessinwhichaseriesofchemicalreactionsoccurbetweentheorganicmatterinthecoalandthegasificationagent(suchassteam/airoroxygen,etc.)underacertaintemperatureandpressureinaspecificequipmentofcoal,andthesolidcoalistransformedintocombustiblegassuchasCO,H2andCH4andnon-combustiblegassuchasCO2andN2.Thecoreideaofcoalpartialgasificationtechnologyistorealizegradedutilizationofdifferentcomponentsincoal.Therearemanymethodsforpartialgasificationofcoal.Thispapermainlyanalyzesthedifferentgasificationmethodsfordifferenttypesofcoalandthedifferentgascomponentsbroughtbythem.Analyzewhethertheinfluenceofdifferentgasificationmethodsondifferenttypesofcoalisconsistentandwhetherthegasvolumeratiochanges.ComparethetwogasificationmethodsbasedonO2/H2Oatmosphereandairatmosphere,andclarifythecoreprocess,operationprocessanddatarequirements.Analyzethereliabilityofproductionoperation,domestictechnologymaturityandeconomiccostinput.Keywords：Coal；Partialgasificationofcoal；Stepconversion；Circulatingfluidizedbed

绪论研究背景及意义各国对煤炭和化石作为能源的依赖和需求与日俱增。大量地使用煤炭和化石作为能源不仅严重地加剧了全球能源危机,也严重地使得大气环境和水资源受到了严重的破坏和污染。在2019年我国的经济总量已高达14.36万亿美元,占当前世界经济总量的16.6%。但是经济发展是以巨大的人口和能源消耗速度作为经济代价的,煤炭气化技术的发展是实现煤炭资源清洁高效利用和促进煤炭绿色能源工业健康发展的一个重要途径。目前煤炭气化技术是我国钢铁,化工和电力等化工行业的重要煤炭原料和燃料利用资源,其中煤炭气化技术将其转化为以CO、H2、CH4、CO2等气体为主的热化学过程是实现煤炭清洁高效利用的重要转化途径。目前，煤炭气化技术广泛应用于煤基大宗化学品(合成氨)合成、煤基液体燃料合成、煤制烯烃、煤制天然气、IGCC发电、制氢及直接还原炼铁等过程工业[1]。1.2煤炭气化利用现状煤炭的可燃气化反应过程主要是一种广泛指以可燃液化煤或可用焦炭煤作为主要气化原料,以大量水和氧气(其中包括新鲜空气、富含氢氧或纯净的氧)、水蒸气或少量氢气等有机物质混合作为的气化剂,在一定的工作温度和一定压力下通过各种有机化学反应将大量的金属固体作为燃料,例如液化煤或可燃煤中的焦炭以及其中的可燃金属气体的一部分直接吸气转化而成为其他可用气体燃料的热化学反应过程。煤炭在气化时燃烧所得的有效的煤气化学成分主要分别包括CO、H2及CH4等。在气化炉中,煤气经历干燥、干馏、气化和燃烧几个过程,因气化炉类似,温度不同，反应压力不同,这几个反应过程的反应速度不同，复杂程度不同,也会交叉地进行。具体的反应过程如下:1)欠氧燃烧(放热)C+0.5O2→CO－Q2)充分燃烧(放热)C+O2→CO2－Q3)蒸汽—碳反应(气化)C+H2O→CO+H2+Q4)碳的还原反应(气化)C+CO2→2CO+Q5)甲烷生成反应(气化)C+2H2→CH4－QCO+3H2→CH4+H2O－Q6)变换反应(气化)CO+H2O→CO2+H2－Q气化炉按照其应用流体力学的流动状态或其与气固相相接触的流动方式,分为3类,分别称为是流动固定式气床、流化床和气流床[2]。1.3.1固定床气化技术固定床气化技术是早期的煤气化技术，该技术由德国人研究开发，因其工艺相对成熟且运行过程较为稳定得以在各大化工企业广泛应用，固定床气化工艺的主要原料为块煤和焦煤，气化炉内部，根据功能的不同分为：氧化层、还原层、干馏层以及干燥层，在气化炉顶部投放块煤，块煤在经过气化炉各功能区后，最后变成的粉煤渣被排除气化炉外，而气化剂经过预热后，进入气化炉中的氧化和还原层，但气化组分成分较为复杂，需经过冷凝提纯且消耗资金能量较大，使得固定床气化技术不适宜进行合成气。1.3.2流化床气化技术在目前流化床的气化工艺技术中,恩德炉气化技术相对比较具有一定的代表性。该气化技术主要是应用于流化床生产合成氨的气化原料和合成燃料的液化气。目前恩德炉的气化工艺温度多控制在1000℃左右,使用流化床煤炭的类型多为褐煤和长焰煤。由于恩德气化炉在常压条件下运行的过程中气化的效率与其它煤炭转化的效率较其它气化炉较低,这也是目前恩德气化炉的主要技术缺点。1.3.3气流床气化技术分析气流式矿床煤浆气化技术主要的工艺为将适量粉煤浆或者是粉煤与适量的气化剂共同混合加入矿床气化炉内,气化剂与其他优质粉煤或石灰煤浆在混合气化反应炉中直接进行混合气化并充分地进行燃烧。国内外比较典型的采用气流式矿床气化燃烧工艺技术具有代表性的产品主要有:destec、shell、prenflo、texaco等多种气化燃烧技术。煤炭气化的研究已经有百年的历史，很多国家因为能源紧张，更加强了对于这方面的研究，煤炭气化的方法有很多，根据煤气的发展阶段和技术特点可以分成三个阶段，第一代气化法有固定床鲁奇加压气化法,常压悬浮床柯一托气化法和常压沸腾床温克勒气化法鲁奇法是制造城市煤气的唯一气化方法;柯一托和温克勒法是制取合成原料气的气化方法目前这三种方法都已实现了工业化生产其中以鲁奇气化法使用最广泛，第二代气化法目前较有前途的有加氢气化法旧处理煤75吨),二氧化碳接受体法(日处理煤30吨)合成甲烷法(日处理煤72吨),两段气化法(日处理煤120吨)，这四种方法已进入中试阶段处于小试阶段的还有德士古法氢化法u一瓦斯法,西屋法,CO瓦斯法,灰渣热载体法等以上这些方法都是为制取高热值煤气提高煤的转化率,简化工艺流程和设备为了与天然气管网压力相一致多采用高压操作,一般压力为70公斤/厘米广泛采用流化床技术有的还采用催化气化和加氢气化来提高气化速度和煤气热值粗煤气经过变换和甲烷化,将气化生成的煤气中的一氧化碳和氢合成甲烷,使煤气热值提高到8900大卡/米“相当于天然气热值进入七十年代以来,，美国已建成日处理75吨煤的加氢气化试验厂,日处理30吨煤的二氧化碳接受体法试验厂,以及建成日处理120吨煤的两段气化法试验厂据报导美国第二代气化技术予计1985年左右投入工业性生产，第三代气化法是利用原子反应堆高温氦气的热量来进行气化,提高煤的利用率,综合利用热能目前西德开始研究两种不同的第三代气化方法拟用一座30万Kw的原子能反应堆的余热进行气化美国也在进行这方面的研究[3]。1.2本课题研究内容1.2.1本课题研究内容的重要性当今最为普遍的是煤炭部分气化利用的方式,也就是通过煤炭的直接燃烧产生的热量,热量进一步转化为蒸汽,高参数的蒸汽最后可以用于燃煤的发电。而现在对煤炭发电质量和效率的要求高,该气化技术提升的空间也越来越小。因此,业界进一步提出了对煤炭的分级燃烧和转化的技术。基于煤炭的分级燃烧和转化的技术从根本上避免了对于煤炭的单一分级利用,根据对煤炭中不同性质和组分的不同气化性质,对不同性质和组分的煤炭进行了分级燃烧和转化,用以改善和提高对煤炭的清洁利用效率。详细介绍基于煤炭的分级转化技术利用的优点煤炭空气部分燃烧和气化的技术从根本上能够有效实现对煤炭的清洁高效的利用,无论是在气体热力学的性能、经济利用性能等等方面,还是在煤炭的抗腐蚀性和市场经济风险性能方面,煤炭空气部分的气化利用技术都在国际上具有较强的市场竞争力,具有广阔的煤炭市场经济应用和发展前景。其技术的优点主要包括:1、对于煤炭部分进行梯级气化利用,同时可以生产煤气、焦油、热、电等多种气化产品,相较于传统的煤炭直接燃烧煤炭利用效率高2、技术设备成熟,设备的投资和运行成本技术要求低,主要由目前传统的煤气化、煤热解、燃气蒸汽部分联合循环等成熟的工艺组合而成,易于应用和推广3、污染物的排放低,煤气化、热解生产过程能够有效的控制和减少大气污染物的产生和排放,尤其重要的是控制和减少含硫污染物的产生和排放[4]。详细介绍煤炭部分双流气化燃烧分级太阳能转化系统技术的概念和核心思想正是基于目前煤炭的分级太阳能转化的技术概念,该分级转化系统主要的产品包括煤炭部分双流化床气化燃烧系统单元、空气分离单元、煤气太阳能净化燃烧系统单元、余热太阳能回收燃烧系统单元以及双流化燃气部分蒸汽联合循环太阳能发电系统单元。1.2.2本课题研究内容本课题以煤炭部分气化技术为背景，对比基于O2/H2O气氛和空气气氛的煤炭部分气化系统的典型特点，明确其各自的核心工艺，分别计算两者的关键技术参数（热力学性能指标），以此为基础，在技术成熟度和经济性方面（经济性指标）给出综合分析。第一章是绪论，介绍我国当前化石能源现状，化石能源利用情况，具体介绍煤炭利用现状，煤炭气化利用情况；第二章具体介绍国内外煤炭部分气化技术的现状以及做出总结；第三章主要通过查阅文献，介绍分析针对不同类型的煤炭所采取的气化方式不同，所带来的煤气成分有何不同。分析不同气化方式对不同品种的煤炭所带来的影响是否一致，以及煤气体积比是否变化；第四章主要介绍对比基于O2/H2O气氛和空气气氛两种气化方式，明确核心工艺及操作流程，数据要求；第五章主要介绍基于O2/H2O气氛和空气气氛两种气化方式的生产运作可靠性以及国内技术成熟度、经济成本投入分析；第六章是全文总结部分。第二章煤炭部分气化现状当前国外大量的煤气化技术设备已经进入了中国的市场,中国已经成为了国际先进煤气化应用技术的重要工业化生产示范和基地,许多装置在目前中国都已经准备建成或者正在计划建设用于工业化生产的装置。长期以来,发达国家一直努力研究开发低能耗的煤气化新技术手段,而由于我国目前新一代的煤气化基础薄弱,未能在新兴的领域基础上取得重大的技术创新和革命性突破,技术开发在目前大部分上都只能是跟随国外的煤气化思路和技术研究的方向。在这里重点简单介绍了几个国内外比较典型的煤炭部分气化工艺技术。2.1三井煤炭部分气化技术英国皇家石油油气公司丰田三井的部分用于燃煤发油气化发电利用风力发电相关技术集中体现在其公司自主研制开发的技术agbc(airblowngasificationcycle)用于燃煤发电气化利用发电的相关技术。主要的工作流程如下表图2-1所示,煤料在高温空气中加热增压后再喷射回流床气化炉中的绝大部分燃料可以气化,气化炉的压力一般保持在2-2.5mpa,温度一般维持在960-980摄氏度,气化率一般控制在80%左右,煤气经过汽轮机和旋风式煤气分离器冷却后去掉大部分的固体化合物颗粒,再经旋风冷却后进入煤气除尘器完成进一步的固体煤气颗粒的净化和脱除,然后再用煤气脱除多余的硫化氢和氨气,净化的煤气进入燃气轮机发电器驱动其进行发电,产生固体煤气的热值大约为4mj/nm3。在该余热锅炉系统中,用低热值的燃气轮机,燃气轮机排气送入余热锅炉系统加热大量蒸汽。这种燃气轮机不仅可以用于气化炉发电，还可以直接驱动空压机。部分压缩空气直接送入气化炉燃烧室，部分压缩空气作为燃烧室气化脱硫剂的一部分送入气化炉。由于该系统所用气化炉为石灰石循环流化床气化炉，可直接加入大量石灰石和半焦作为脱硫剂。石灰石氧化后，大量的硫化氢转化为少量的硫化钙，然后硫化钙和半焦直接进入燃烧炉，硫化钙和半焦在高温氧化的气氛中转化为硫酸钙半焦氧化产生的余热可用于高参数燃烧蒸汽，部分用于气化炉发电。由于该系统简单，技术难度小，能尽快实现系统的商品化和应用，对推进我国气化炉和煤炭高效清洁综合利用工程具有一定的经济技术参考和意义。通过大量的技术研究，本试验项目在斯托克查德一座小型交流升压电站电气化试验示范电站的基础上，前期进行了一系列试验，最终取得了较为客观的技术研究进展。下一步是在电厂建设500万千瓦商业验证示范电厂之前，建设一座90兆瓦的电气化商业验证示范电厂。图2-1英国三井公司提出的AGBC系统2.2山西煤化所煤炭部分气化技术山西煤工学院首次提出了山西煤加压流化床气化燃烧技术，并在国际上建立了一套山西煤加压流化床气化燃烧一体化工程实验技术管理系统。主要技术包括：给煤、供气、气化、除尘、余热回收等单元，其中一个核心余热回收单元是经煤压处理后的流化床气化炉，其内径为200mm，上部膨胀段内径为300mm，炉膛高度为炉体4.72m，炉体顶部设有气化炉温度、压力测点，底部设有锥形配风板。气化炉配风板的设计温度和压力测量值为1.5MPa，处理后的煤质量可达100kg/h。在小型鼓泡循环流化床气化反应器中，研究了煤种、气化温度、操作气速和固体鼓泡循环流化床比对气化燃烧特性的动态影响，以半焦细粉CO2和o2为主要气化反应介质，与小型鼓泡循环流化床气化炉进行了比较。景旭亮等。采用热平方法研究了三种不同气化半焦细粉的燃烧和气化特性，并进一步研究了细粉中灰分含量对其气化和燃烧行为的动态影响。同时，采用三种不同的动态成分综合计算方法，综合分析了气化和燃烧行为动力学的影响。严其轩等。采用小气泡加压固定循环流化床差速气化反应器的计算方法，研究了3种不同煤焦气化特性，研究了气化压力对煤焦气化燃烧动力学的影响，并进行了详细的讨论提出了n阶速率方程及其在不同气化压力下的应用范围，进而提出了n阶经验速率方程，研究和预测了气化压力对煤焦气化特性的影响及其规律。山西省煤化工研究院（山西省煤化工研究院）根据煤燃烧的气化和燃烧特性，通过改变温度、压力等参数，建立了acfb燃烧的初步数学模型，可用于预测循环流化床大型中小型燃煤锅炉半焦电燃烧的研究过程。通过实验初步验证了大型燃煤锅炉燃烧带电、半焦化和燃烧一体化系统的可行性，为进一步研究奠定了基础。

2.3“展望21”计划中的部分气化模块福斯特惠勒公司在1999年美国能源部提出的“展望21世纪”计划中提出了一些气化技术。通过降低气化温度，可以减少煤炭利用过程中污染物的排放。气化剂的选择可以是空气、富氧空气或纯氧。同时可加入水蒸气或循环气体，使气体组分满足相应要求，除部分气化技术在发电中的应用外，所产生的气体还可用于液体燃料或化工产品，示意图见图2-9。部分气化发电厂的核心是煤炭部分气化装置，主要由加压循环流化床反应器、旋风分离器和除尘器组成。首先向反应器中加入石英砂床料，煤料通过给料器送入炉内，从炉底配风板加入空气和水蒸气，然后煤料和反应气体在炉内气化，反应产生的气体携带固体床物料和半焦进入旋风分离器分离气固颗粒，同时在反应器中加入适量石灰石，促进焦油裂化和脱硫。气化装置来的煤气分为两种方式，一种是冷却到650℃左右，然后送入脱硫装置脱除硫化氢，再送入固体氧化物燃料电池发电，实现煤炭的清洁高效利用。通过大量试验，研究了不同煤种下，气化床温度和不同水煤比对气化特性的影响。采用气相色谱法对气化产生的气体成分进行分析，分别对气化炉底部排出的固体底渣、旋风分离器和过滤器进行取样分析。结果表明，该系统具有以下优点：一、该燃料适应性广，不仅适用于煤，也适用于石油焦。二、实现生物质与煤的混合气化。三、气体冷却系统无腐蚀，无焦油堵塞。四、它可以在富氧条件下工作。五、能够在较宽的温度范围内工作。图2-2基于部分气化的电厂煤炭气化影响因素研究3.1不同煤炭对气化影响因素分析虽然我们煤炭资源丰富,但是各类煤种的储量呈现不均衡和区域分布差异比较大的特点,并且不同种类的煤炭所组成的性质差别也比较大,同样变质程度的煤种也会因为生成的环境不同具有不同的性质,呈现不同的特点。在煤气化反应的使用和进行过程中，煤的气化性能与其密切相关，直接关系和影响到煤气化主要副产品和煤气化工艺气化原料的选择。由于不同的原料对煤气化工艺的原料和煤质要求也会有所不同，所以在选煤过程中反应的气化原料和工艺的选择过程中，要充分考虑所涉及的因素，分析所选用的原料和煤气化特性以及煤气化所产生的影响。3.1.1煤炭中水分含量由于目前煤炭生产过程中的水分和煤气含量会直接伴随着燃料煤的变质和液化程度的影响来生产和加工其原料,在煤炭生产的燃料中使用煤气或者是间接的使用煤气进行变质和液化的煤炭等原料中使用煤气,单炉的生产能力比较大,炉型的种类和结构比较复杂多变,所以所使用单炉生产出来的燃料煤气中会含有许多氰化物、焦油和许多酚类等化学物质,这对煤炭后续的工业污水处理以及对煤炭气化和净化的生产工艺和技术要求比较高,所需要使用的气化设备比较多,bgl排渣的结构使得这些煤种的气化适用性很强,气化的程度很高,生产能力强,煤炭中气化后的炭转化率和煤渣气化后的热效率比较高,也就极大地促使了煤炭的气化热效率和净化水平高,也促使煤炭的热效率水平高，对环境的污染是比较小的，但是在高压和高温的运行环境下，限制了使用效果[5]。3.1.2灰熔点和灰组成因素荣华煤用于煤固体造渣气化炉，在固体造渣气化过程中不易出现结渣，灰熔点温度较高；而在液体造渣气化炉中，灰熔点不同，灰熔点温度越低，为保证良好的温度和流动性，固液渣的温度和流动性较差，容易引起煤的严重结渣。此外，灰熔点的组成也会对灰熔点的温度产生影响。荣华煤的低温将对结渣的流动性产生影响。灰分容易引起煤的严重结渣。3.1.3煤炭的发热量和成浆性煤的平均热值是指煤在天然气中的热值，用来反映煤在天然气中的主要热和气化性能指标。单位煤热值指标越高，相应的单位煤气化技术效果越强。此外，我们还需要更加关注煤的浓度和成浆性能。使用后成浆性能好的煤的成浆浓度高于普通煤，气化效果指标较好。3.1.4煤炭的煤化程度不同煤化变质程度的煤化作用将直接使煤的结构、性质和成分产生显著差异。同时，随着煤变质组分氧化程度的逐渐加深，煤变质组分中的碳元素及其含量可能进一步增加，内部可溶性碳水、氧元素及其他挥发性水碳元素含量将逐渐降低，一般来说，会随着煤变质程度的降低而逐渐增加。3.2分析不同气化技术3.2.1固定床固定床代表的炉型为鲁奇加压排渣气化技术,目前市场上使用最多的第三代排渣气化技术是以块煤为主要原料,加压而成的移动床。它采用固态加压排渣气化炉结构,适用于不具有强黏结或弱黏结性且灰熔点较高的煤种;另一常用的bgl熔渣气化炉技术则是采用块煤和助熔剂的方式进行固态排渣气化。鲁奇加压气化技术第三代鲁奇加压移动床气化炉由主体煤锁、气化炉主体和灰锁三部分组成。煤锁与主体灰锁功能基本相似。通过程控器和各种液压阀执行机构，打开和关闭各种液压阀，对气化炉在高温高压条件下的进料、放料和连续加煤排灰、连续给煤和排渣操作。鲁奇炉要求入炉原料煤灰的水分混合物含量要求小于20%,灰分混合物含量低于20%,黏结性方面分别要求入炉原料煤坩埚的膨胀指数(csn)要求低于7,煤灰的软化处理温度(st)要求大于1200℃,煤的化学反应活性越高效果越好,北京煤化研究分院对于采用鲁奇加压移动床气化技术生产的煤气化炉进行了中试。具体的试验气化炉的数据见表3-1表3-1北京煤化研究分院鲁奇加压中试气化炉数据表从表3-1可以明显充分看出,针对不同的差异煤种,鲁奇气化炉公司可能根据需要分别采用一种相应的大幅微调粗煤汽化气氧含量比和大幅降低人工操作气化炉的工作压力等多种方法措施来加以促使其能够适应气化炉制造工艺的不同要求,然而不同的鲁奇煤种由于固定的氧化碳、灰不同熔点、煤的稳定气化性和反应性不同,必会直接影响造成粗炭型煤气的气化产率以及其可能组成粗炭的煤气主要成分的汽氧含量不同。BGL气化技术bgl熔渣气化炉工艺是为了解决和克服目前固态排渣气化炉工艺中蒸汽燃料消耗大、煤种有限、气化炉结构复杂等问题等缺点进行开发的,采用块煤和助熔灰溶剂煤作为气化炉的原料,液态排渣的气化炉和加压方法进行气化工艺。bgl固态熔渣气化炉对于原料次烟煤的反应性、灰熔融性和煤气黏结性的要求低,非常适合用于气化高挥发性且活性低的原料次烟煤,难熔灰水分含量高和气化水分较高的次烟煤不适合本气化炉.针对目前外国不同类型煤种的气化工艺效果的来看,与鲁奇炉的结论一致,也就是需要通过微调汽熔灰的含氧比和降低操作气化炉的压力等方法来判断是否适应气化工艺的要求,然而不同类型煤种的气化势必会直接造成粗煤气的产率以及其组成煤气成分的含量不同。3.2.2流化床流化床代表炉型有温克勒气化炉(Winkler)和灰熔聚气化炉(U-Gas)[6]。温克勒气化炉(Winkler)Winkler烟煤主要采用粒径1-10mm褐煤、不粘煤、长焰煤和中粘煤。要求这种原煤在空气中具有良好的高反应性。自膨胀系数一般应小于4，含水率应小于12%。适用于高活性、中高灰熔点的原煤。目前主要用于制氢、氨原料气和燃料气。gas煤气熔融气化工艺是美国燃气技术研究所开发的一种流化床灰熔融气化技术,该煤气化工艺从根本上实现了煤种具有选择性的底部排灰,克服了市场上传统的流化床灰熔局煤气化工艺底部排灰含碳量高的各种缺点,底灰的含碳量一般可降至5%以下。该气化炉对煤种的适应性较强,可以直接采用0~6mm的煤作气化原料,黏结性一般无任何特殊要求,对于灰分的高低和灰分含量的波动幅度无任何特殊要求。温克勒气化炉与灰熔聚气化炉的运行情况及数据的对比见表3-2表3-2温克勒气化炉与灰熔聚气化炉运行数据对比表3.2.3气流床气流式矿床基层煤粉矿浆煤粉气化混合工艺技术是一种主要指人工利用煤浆气化混合剂(主要包括煤浆蒸汽与其中的氮和氧)将基层煤粉气化夹带后送入气化炉,在200度高温下连续多天进行多次煤粉气化并流动的气化化学反应的一种气化工艺。目前较具国际代表性的气化炉型主要工艺有两种ge型级水煤浆型型并流流动气化炉形工艺与g型航天炉型型水煤浆并流气化炉型工艺。ge使用水煤浆的电气化铸造工艺(用于中国太原德士古气化炉)ge主要采用水煤浆的气化工艺,煤种的适应性强,对于煤种没有严格的限制,对于煤种的适应性和选择主要根据其经济效益的程度来进行测算,根据国内各大气化企业生产和运行的效果,一般建议选用水煤浆灰分流动温度低于28%,灰分低于熔融性温度流动温度较低,含硫、氯、氟较低的气化煤。ge水煤浆的气化压力高,可有效缩小气化设备的体积,有利于大大降低设备的能耗,气化炉整体结构简单,工艺成熟。其运行气化数据可参见气化图表3-3:表3-3GE气化炉典型煤气组成表3.3不同气化方式对不同品种的煤炭的研究气化燃煤技术对于其他用途燃煤的无论气化技术种类和空气质量都好还是其他的适应性都是有一定不同程度的高要求的,并且也不是所有这些属于其他气化技术种类的专用煤被进行气化后都已经是完全可以做到能够同时产生这么大的社会经济效益。为了大大提高混煤气化混合技术对于不同煤种的生产质量和性能适应性,可以分别选择采用目前传统的分级配合混煤气化的一种方式和采用分级配煤气化的两种方式。3.3.1褐煤褐煤的含水量比较高,一般是在30%~50%左右,因此将褐煤作为气化的煤原料时,需要对褐煤进行干燥处理。其干燥处理的标准是:褐煤的含水量不能超过8%。然而采用干燥处理会加大工作量,不仅不能降低成本,反而还会加大气化的成本[7]。另外从回收褐煤中排出的褐煤水又是否真的可以作为回收褐煤进行再次处理和利用这也应该是要求首先考虑的一个问题,要更好的解决以上褐煤的干燥处理含水量大的一个问题,有两种解决方法,一种是和其他的煤种一起进行调配后再作为褐煤使用,另一种方法是直接改变了褐煤的使用质量。通过一些相关的褐煤处理实践和研究结果证明,通过褐煤低温进行干馏的褐煤在高温进行干燥气化处理以后,可以将褐煤回收制成高浓度的水煤浆进行再次使用[8]。3.3.2高灰高硫煤在我国，当粉煤和高硫煤原料的灰分水平达到20%左右时，将出现一种固定式气流床气化技术。如果灰阶过高，气化成本和能耗将大大增加，不利于节能环保。因此，以干粉和高灰分煤为主要原料进行气化时，可以考虑采用固定床流化气化技术。虽然这种气化技术能适应中高灰煤的使用，但在实际气化使用中应充分考虑气化的节能性，因此，在气化前，必须对高灰煤、高硫煤的原料进行除灰脱硫。其中一种有效的气化方法是与其它高灰分、高硫煤混合，降低这些煤在空气中的灰分含量。另外，要特别注意高硫煤在用作气化原料过程中会直接产生硫化氢，对气化设备腐蚀严重。因此，高硫煤在气化前必须进行相应的除灰脱硫处理，这无疑会大大增加气化成本，对水质造成严重污染。3.3.3高灰熔融性温度煤山西、河南、贵州等省区生产高灰熔点煤。由于温度煤的气化粘度不是很好，通常在固定床流态化过程中使用，大大降低了温度煤在气化过程中的粘度和灰分含量。一般情况下，不宜直接用这种温度煤作为固定床气化的主要原料。水煤浆用于固定床气化时可以使用这种温度的煤，但要注意FT固体粉煤灰的燃烧温度低于1350℃。采用高温水冷壁加热技术，可将ft高温粉煤灰的加热温度和熔点完全控制在1450℃以内。目前，我们希望直接降低这种新型粉煤灰的燃烧极限和燃料熔点。虽然通过添加辅助化学溶剂对其进行冷却可以直接达到上述两个目的，但还不足以达到经济环保的目的。3.4结论3.4.1同一气化炉、不同煤种同一气化炉不同的气化煤种,由于气化炉各种煤的整体挥发性水分、灰分、灰分的熔点、热解质等温度不同,需要根据气化炉各种煤质的不同特性及时调整气化炉的整体运行管理方式以及气化工艺质量管理等等参数,粗和细煤气的气化产率以及其成分组成的粗煤气主要成分的煤质含量必然不同。固定床:以鲁奇炉固定床为典型案例,同粒度不同煤种的煤,在原料煤的气化指标达到一定要求的范围内,水分低、挥发分高、灰分低、黏结指数低的原料煤有效气体产率高,反之则有效气体的产率显著降低。同煤种不同粒度的原料煤,粒度区间稳定的原料煤,气化的效率高,有效产出的气化成分高。流化床:以灰熔聚气化炉为实验实例,同粒度不同煤种的煤,在流化床原料煤指标的要求和范围内,水分低、灰分低、灰熔融性温度高的煤有效气体产率高,反之则有效气体的产率显著降低。同煤种不同粒度的气化煤,粒度和气化区间小于8mm且细粉含量越低的煤,气化产出效率高,有效产出气体成分高。4.2同一煤种，不同气化炉采用不同气化工艺：同种粗细煤分别制造需要同时采用固定流动床、流化床、气流固定床三种制造工艺,由于采用气化固定床的制造工艺技术以及加工设备对煤气压力、温度、粒度和煤气入料等温度控制运动方式的不同,必然就可能会直接影响导致粗细细煤气的最大产率以及粗细细煤气主要组成成分物料主要化学成分的元素含量不同。采用同种气化工艺，不同气化炉：a:固定重量比例下的炉床:以使用ag布鲁奇炉与使用bgl炉床作为固定重量比例,原料粒度不同、炉膛的工作温度不同,粗和细煤气的原料产率以及其成分组成中粗煤气主要成分的元素含量不同。b:粗和细煤气联合流化床:以温克勒气化炉与灰熔岩凝聚气化炉联合应用为一个典型的应用案例,操作锅炉压力不同、炉膛内部工作环境温度不同、进料输送方式不同,粗和细煤气的平均流化产率以及粗和细煤气主要组成部分流化材料成分的元素含量不同。c:粗煤气流床:以ge水煤浆的气化与gsp炉的气化为例,原料的形态不同、操作的压力不同,粗煤气的产率以及粗煤气组成成分的含量不同。第四章基于O2/H2O气氛和空气气氛两种气化方式的介绍4.1空气气氛下煤炭部分气化4.1.1实验部分肖瑞等。首先在一台内径为100mm、高度为4.2m的大型常压燃煤流化床气化炉上进行了模拟试验，研究了气化炉工作温度、煤的煤油气化率、水煤气化率等直接因素对气化炉性能的影响从气气比的组成和汽煤比热值的直接波动入手，分析了气化炉各组成部分的机理和性能。试验装置由蒸汽烟气流化床的本体,蒸汽烟气散热系统,高温蒸汽烟气保温控制系统,送引风控制系统,加料控制系统,测量控制系统等部分组成(结构见图4-1),流化床的本体为一个内筒和外筒的双层结构,内筒的尺寸为100mm,外筒的尺寸为133mm,从内筒的布风板到一级旋风的入口高度为4220mm,布风板共分两层各布置18个风帽,分二层的方向布置,内圈6个,外圈12个,呈等三角形方向布置,每个风帽的两端各设置3个1mm的三角形小孔,高温输送烟气进入内筒和燃烧室外筒间的夹套,调节内筒内烟气的温度使之与煤气床内的温度基本保持一致,以有效补偿煤气系统本体的高温和散热煤气的损失,产生的高温散热煤气依次在内筒内经过一、二旋,将进入煤气系统本体中的大部分颗粒和灰尘分离排出,除尘后的高温煤气和焦油经过分离器和启动布袋除尘器后进入蒸汽系统煤气烧嘴燃烧后的烟气排放,蒸汽加热煤气系统由螺旋式蒸汽发生器和启动蒸汽系统空气过热器等部分组成,用于保温的燃烧室烟气由启动蒸汽系统燃烧室空气提供[9],燃烧室的空气燃料主要分为煤气和焦油,内设螺旋式空气燃料加热器,煤通过螺旋式空气加料装置直接加入燃料至煤气床内密相加料区,底渣由燃烧室设置在密相区的布风板燃烧室中央的螺旋式排渣管排出。试验过程中采用了一种被称为徐州优质的无烟煤。它们的化学元素的分析和无烟煤的工业化学元素分析见表4-1。试验底料一般采用无烟煤和石英砂,真实无烟煤的密度一般为2500kg/m3。无烟煤先进行破碎处理,然后进行筛分。无烟煤底料和粒径分析试验用无烟煤粒径的分布计算情况如表2所示。试验物料的平均粒径根据下式进行计算:由上式计算得到底料的平均粒径为0.5489mm;煤为0.5778mm。冷煤气热值采用下式计算:Of=(XCO×30.29+XH2×25.8+XCH4×85.6)×418.68(kJ/Nm3)其中Xco,XH2,XCH4分别为煤气中可燃气组份CO,H2,CH4所占体积份额。表4-1试验用煤的元素分析和工业分析表4-2试验用物料粒径分布表在进行热临界流态化试验之前，分析了空气分布器的冷临界流态化特性。这些数据是基于空气分布器的速度来获得空气分布器和燃烧床之间的临界流化特性、阻力临界流化特性。冷临界流化试验结果表明，当床料的临界流化速度大于0.27m/s时，床内流化良好，热态试验的原理如下:称取引风机将一定量的流化床料加入燃烧室加热后的料斗中,开启罗茨风机和启动螺旋引风机,调节一定的流化风风量使床料大于最小的流化风量,调节罗茨引风机挡板压力使流化床内悬浮区压力调整为微负压;同时开启罗茨螺旋引风机加料器,将启动床料直接加入流化床内[10];用电子火花反应发生器点燃起始床料，进入燃烧室。来自燃烧室的烟气直接进入流化床夹套，燃烧和加热床料。然后当燃烧室床层温度上升到500℃左右时，向煤中加入床料进行燃烧室试验，煤在流化床中自动点火继续燃烧。这使得床层温度迅速升高，通过控制一定的煤量和最小的流化风量，燃烧室床层温度稳定在900℃左右。床料燃烧条件稳定半小时后，增加罗茨风机供煤的流化风量，打开燃烧室进汽阀，使烟气进入燃烧室蒸汽，使燃烧条件迅速过渡到一定温度气化燃烧条件。燃烧室在一定温度气化条件下的运行参数范围见表4-3。表4-3操作参数范围4.1.2结果与讨论图4-1和图4-2显示了试验中空心煤比例对热气和冷气组分热值的影响。试验结果中汽煤比热值保持在0.35。由图4-1可知，当空心煤比由2.44增加到2.92时，CO浓度由7.8%增加到8.5%，CO2浓度由15.4%下降到15%，h2浓度由13%上升到13.8%，CH4浓度由2.5%下降到1.9%。随着空煤比增加到3.95%，CO2浓度由8.5%下降到7.5%，co2浓度由15%上升到15.9%，h2浓度由13.8%下降到12%，CH4浓度由1.9%下降到1.4%。随着空煤比的增加，氧化气分解反应的市场份额不断增加，床温升高，气化反应温度升高，有利于二氧化碳的同时还原氧化（boudouard反应）和水蒸气的分解氧化（根据水和氧化气体的分解反应）。因此，增加的CO和H2浓度继续增加，而CO2浓度继续降低，气体热值继续增加（见图4-2）。可见，试验中较好的风煤比为2.5-2.9。图4-1温度对冷煤气热值的影响图4-2空煤比对煤气成分影响提高气化温度有利于CO2还原反应，改善煤气质量，但温度过高会引起炉内结焦，操作温度范围为870℃~900℃。（2）如果风煤比过大，炉内燃烧反应份额会增加，不利于煤气热值的增加。较好的风煤比在2.5～2.9之间。4.2O2/H2O气氛下部分气化4.2.1氧煤比对部分气化特性的影响氧气与炭的煤比质量即指流通入煤煤气化炉中的质量氧气与使用煤炭作为燃料的氧气质量浓度成一个正比,氧气与煤所释放的质量煤炭之间常常会相互发生各种化学反应,释放热量,使气化温度达到所需的要求并为气化过程中的吸热反应提供热量。氧气由空气离氧分离离子装置的设备供应,空气离子分离装置设备的供应规模由供给氧气的平均量和供给量级的大小直接决定,空气离子分离装置设备的主要制造规格价我们维持蒸汽煤比0.4，讨论氧煤比从0.37到1.15对部分气化影响。图4-3氧煤比对气化温度、碳转化率及煤气热值的影响从图4-3可以明显看出,氧煤比对气化过程中的温度变化有显著的影响,当氧煤比由0.37提高到1.15时，气化反应温度由890oc提高到987oc。增加的主要原因是随着越来越多的氧气继续进入煤反应器，更多的氧气与煤反应器混合燃烧，产生大量的氧气和热量，这使得煤气化反应温度明显升高。同时，碳热转化率从79%提高到92%，这也清楚地表明，更多的碳和煤发生反应转化更多的气体。例如，当氧煤比从0.37增加到0.54时，碳热转化率从79%增加到87%，增加约8%。但当氧煤比继续提高到1.15时，碳热转化率由87%提高到92%，仅提高了5%。由此我们可以清楚地看到，随着气化反应的继续，根据转化反应速率，与气体相比，相同反应程度的转化所需的氧和碳大大增加。4.2.2蒸汽煤比对部分气化特性的影响研究了水煤比对煤气成分、气化温度、碳转化率和煤气低热值的影响。当汽煤比为0.32～0.51时，CO和H2分别增加2%和9%，CO2含量由40.92%～29.93%，蒸汽的增加使H2含量显著增加，而CO含量的增加和CO2含量的降低则归因于反应。由于水蒸气的存在，多余的水蒸气吸收了反应放出的热量。随着碳与水蒸气反应的增多，碳转化率由88.3%提高到91.2%，但增幅明显小于氧煤比对碳转化率影响。当汽煤比达到0.51时，煤气低热值达到最大值，为9.1mj/nm3。图4-5蒸汽煤比对煤气组分的影响图4-6蒸汽煤比对气化温度、碳转化率及煤气低位热值的影响4.3.3碳平衡计算为了验证碳平衡试验的结果准确性,我们将根据以下的计算公式对试验的结果进行碳平衡计算。碳平衡计算的思路如下式：MC煤=MC煤气+MC半焦+MC灰MC煤（kg/h）：煤中的碳含量，MC煤气（kg/h）：煤气中的碳含量，MC半焦（kg/h）：半焦中的碳含量，MC灰（kg/h：灰分中的碳含量。MC煤气=((XCO2+XCO+XCH4)·V煤气)/22.4·12X（%）：气体体积分数，V煤气（Nm3/h）：煤气流量。MC半焦=M半焦·C半焦%MC灰=M灰·C灰%M半焦（kg/h）M灰（kg/h）：半焦和灰分的质量流量，C半焦%C灰%：半焦和灰分中的含碳量。本节将分别选取本次实验中的两个关键工况数据进行碳平衡的计算,并列于表4-4中,由于气象学的色谱仅仅不能准确地直接检测到并得出部分的碳和含碳原子气体,而且在化学实验的进行过程中不能把所有的半焦和碳抹灰分收集不了下来,就很有可能还会存在一个相应的氧化碳完全回收损失。因此,进入这个反应气的氧化碳不完全受到损失也就等于没有被充分收集保留下来的。表4-4碳平衡计算进一步讨论了气化条件下官能团反应对半焦中碳形态的影响，以及如何显示官能团在半焦中的作用。测定了拉曼光谱对半焦中二氧化碳形态的影响。采用傅立叶变换和红外光谱法测试了半焦在固体表面反应中官能团的稳定性。本章对三种气化条件下反应过程中官能团生成的官能团和半焦进行了测定和选择。反应条件及半焦数见表4-5。表4-5不同实验工况下的半焦第五章O2/H2O气氛和空气气氛两种气化方式的可靠性及经济成本投入分析5.1前言叶超，中国浙江大学学生，介绍了2018年如何利用AspenPlus软件设计和建设气化-甲醇-电力联合循环风力发电联合发电系统和常压压煤-风力发电气化-甲醇-电力联合发电系统，通过对系统经济参数如氧化气煤比、汽煤比、碳转化率、甲醇合成温度、回流比等对系统运行性能的直接影响的设计研究，得出了系统的最佳运行性能参数，并在此基础上在现有甲醇气化经济分类和转化参数的基础上，分析了多联产系统的安全性和经济性。5.2O2/H2O气氛系统模拟目前，对不同等级的煤进行转化和利用的最常用方法是直接通过煤吸收燃烧过程中产生的热量。将热量进一步转化为用于燃烧和加热的蒸汽，高参数的蒸汽最终进一步用于太阳能发电。目前，对燃煤发电的质量和效率要求越来越高，这项技术未来可以改进和提高的综合利用空间也越来越小。因此，业界进一步提出了煤气化分级改造技术。目前，煤炭分级转化利用技术已完全避免了大部分煤炭的单一气化利用。根据煤中不同性质和组分的气化特性不同，对煤的不同性质和组分进行分级转化，提高和提高煤碳的综合利用效率。5.2.1双流化床煤炭部分气化半焦燃烧反应单元根据国内外文献的报道,aspenplus广泛地应用于循环流化床反应器的研究和模拟,他们通过輔合炉膛内部颗粒和气体的流动特性和煤燃烧机理，准确预测了锅炉炉腊内部的颗粒场特性和燃烧产物分布特性。但是，这些模型最大的缺点是十分复杂，计算时对计算机性能要求太高，同时由于模型参数之间的耦合关系，计算十分耗时[11]。由于反应器的颗粒燃烧气体流场的特性一般不在本文的主要研究和预测范围内,本文主要采用了简化模型的方法用来研究和模拟循环流化床煤颗粒和反应器,简化的模型在宏观上已经能够准确地计算和预测流化床煤颗粒在反应器和炉膛内部的流动和燃烧机理过程。在模拟过程中为了简化问题，需要做出以下设定：煤料在气化炉高温下裂解元素以单元素分子存在，主要有C、H2、O2、N2、S、ASH和水。气化产物只考虑：CO、H2、CO2、O2、C、N2、NO、NO2、NH3、SO2、H2S、H2O、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8，灰分的主要成分为SiO2。（1）气-固反应：C+0.5O2=CO,△H=-110.6kJ/molC+O2=CO2,△H=-393.6kJ/molC+H2O=H2+CO,△H=131.3kJ/molC+CO2=2CO,△H=172.5kJ/molC+2H2=CH4,△H=-74.9kJ/mol（2）气-气反应H2+0.5O2=H2O,△H=-241.9kJ/molCO+0.5O2=CO2,△H=-283kJ/molCO+H2O=H2+CO2,△H=-41.2kJ/molCO+3H2=CH4+H2O,△H=-206.2kJ/mol2CO+2H2=CH4+CO2,△H=-203.3kJ/molCO2+4H2=CH4+2H2O,△H=-208.9kJ/molCH4+2O2=CO2+2H2O,△H=-866.9kJ/mol5.2.2空气分离单元模拟在模拟过程中，为了简化问题，假设空气只由氮气和氧气组成，而忽略了其他组分。具体选型及参数见表5-1。利用mhcomr/turbine模块对空压机和精馏塔的膨胀空气轮机进行了数值模拟。等熵效率参数设为0.92，机械效率参数设为0.99，换热器和空气过冷器分别用mheatx模块表示，高压和低压空气蒸馏塔用RADFRAC模型模拟，物性参数用mhcopr-BM设置。图5-1空气分离单元模拟流程图表5-1空气分离单元参数设定5.2.3甲醇合成单元甲醇合成及重整气精馏反应过程的模拟方法采用rstoic模型计算方法，对甲醇及重整气精馏过程进行分析和模拟。流程图如下，如图5-2所示，甲醇合成反应流程图如下。重整甲醇反应所需的高纯甲醇蒸汽气主要来自汽轮机排气，经过多次重整后，气体中CO:H2的比例可达1:2。改造后的气体进入改造后的气体压缩机后加压。压缩机采用mcompr型，三级增压。排气反作用压力为6.97mpa。加压后的高纯甲醇气送至后续甲醇精馏塔合成反应器。CH4+CO2=2CO+2H2△H=+247.9kJ/molCO+H2O=CO2+H2O△H=-41.16kJ/molCO2+3H2=CH3OH+H2O△H=-49.5kJ/molCO+2H2=CH3OH△H=-90.7kJ/molCO2+H2=CO+H2O△H=-41.6kJ/molCO2+3H2=CH3OH+H2O△H=-49.5kJ/molCO+2H2=CH30H△H=-90.7kJ/molCO2+H2=CO+H2O△H=41.16kJ/mol图5-2甲醇合成单元模型5.3计算方法分析了煤部分气化联合循环发电系统的热力经济性能，得到了发电效率、气化效率和投资回收期的结果。5.3.1热力学性能指标气化炉的输出气化炉料效率公式计算基本方法公式是主要指基于气化炉料的热力学第一部分定律,气化炉料的输出煤气系统锅炉产生的输出煤气气化能量与锅炉输入的热转煤料气化能量比值之比,用于综合计算和分析评估整个大型气化锅炉系统的输出煤气和热转化炉料的能量和气化效率,其主要计算公式结构如下所示:ψ=esyn/ecoal,其中ψ(%),则代表当时煤炭的经过气化或水处理导热效率,esyn(mw)ψ(%),则代表当时煤气的导热值,ecoal(mw),则代表当时煤炭经过气化处理输入的煤气能量。系统的发电能量转化效率的比值是指一个系统输出煤产生的电能与系统输入煤的总转化能量之间的绝对比值,是直接评价一个系统发电兴性能的总和全局性的一个关键参数,其能量转化效率的高低直接意味着该一个系统的发电能量转化效率,计算公式如下所示。ηt=Wnet/mcoal·LHVcoal其中ηt代表系统的发电效率，Wnet（MW）代表系统的净发电量，mcoal（kg/s）代表了给煤量，LHVcoal（MJ/kg）代表了煤的低位发热量。5.3.2经济学性能指标对于大型工程项目，通常采用以下步骤对其应用经济性能进行综合分析，确定整个工程项目各个环节的可行性和假定的经济条件，如工程设备价格、原材料价格、销售价格等对产品及其投资收益分析的假设；根据投资分析的假设，计算整个项目的可行性和动态经济投资；计算固定资产的年度运营成本和维护成本、收益等动态经济指标，以投资分析中假设的实际投资为基础的支出和利润；并计算内部投资回报率（irrat）厄弗顿：内部收益率)、投资回收期等动态经济指标，分析整个项目的投资可行性。从效率和能耗来看，各系统生产过程中风机及辅助用电能耗约占系统总发电量的16%-20%，各风机及压缩机的燃气用电占比最大，在甲醇电气中动力大气压系统，由于要求附加压缩机加装燃气压缩机，以满足进入燃气轮机的压力功耗要求，因此对这类压缩功耗的要求远远大于其他两类燃气压缩功耗。从降低碳耗和氧耗的角度出发，IGCC气化系统目前采用的气化技术是基于煤粉循环气流床气化技术。为了获得气化过程中最高的碳氧含量和转化适应效率，气化温度一般需要达到1384℃左右，所需的碳氧耗量要高得多，部分煤气化系统采用循环流化床气化技术。气化温度一般在1000℃左右，具有降低碳耗和氧耗的优点。从煤部分气化技术的煤种选择来看，气流床气化技术对各种煤种的气化温度要求严格，煤气化适应范围窄，循环流化床气化技术能够很好地适应各种煤种，特别是对各种低阶燃料难以同时转化的情况，具有其独特的气化适应优势。不仅如此，该系统的煤炭部分采用气化技术还可以很好地实现多种产品同时气化生产，满足不同类型用户的多样化需求。5.4煤炭空气气氛部分气化5.4.2基于煤炭空气部分气化技术的联合循环发电系统2003年，浙江大学热能工程研究所提出了部分法气化-热电循环-空气发电-分级煤电床系统的设计方案。循环发电技术将与流化床分级发电和循环发电技术紧密结合，双流化床煤气化热电半焦燃烧发电机组能有效实现清洁化，高效可持续利用双流化床煤。煤流化床空气部分发电机组气化热电循环流化床发电系统主要由煤部分气化半焦联合燃烧发电机组、煤气部分净化发电机组组成，余热部分回收发电机组和煤气部分蒸汽联合发电机组。发电系统原理图如图5-3所示，如图5-4所示，煤料通过气化炉给料机直接送入气化炉。气化炉主要采用煤作为循环空气流化床的气体反应器。煤与气化炉内的煤-空气流化床多通道反应产生大量的气体，并非所有的煤都能直接转化为天然气或天然气。只有露天煤气化是部分煤气化。目前我国使用的臭氧气化炉主要是天然臭氧空气，因此气体中N2含量的热值较高。根据最后一次燃料气中N2含量的计算结果，天然气的热值约为5.4mj/nm3，进一步换算为1291kcal/nm3，其中天然气的热值明显低于石油和天然气，天然气只能用于石油和工业用气，因为它可以满足工业用户的正常使用和操作[12]。图5-3煤炭空气部分气化联合循环发电系统图5-4煤炭空气部分气化热电燃气联产系统5.4.3双流化床煤炭空气部分气化半焦燃烧单元该气体燃烧燃料系统的主要燃料核心气体燃烧燃料单元为双流体液化气体床料燃烧单元和大型煤炭混合气化半焦气体燃烧燃料单元,其总体结构设计示意图如下表图5-5所示。CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+(n/2)H2OCmHn+(m/2)O2=mCO+(n/2)H22CO+O2=2CO22H2+O2=2H2OCH4+2O2=2H2O+CO2(2)气-固反应C+O2=CO22C+O2=2COC+H2O=H2+COC+2H2O=2H2+CO2(3)气-气反应CO+H2O=H2+CO2CO+3H2=CH4+H2OCO2+4H2=CH4+2H2O2CO+2H2=CH4+CO2H2S+CO=COS+H2图5-5双流化床煤炭空气部分气化单元示意图5.5分析方法5.5.1系统经