幾種干煤粉加壓氣化爐結(jié)構(gòu)特點

摘 要:干煤粉加壓氣化技術(shù)具有氧、煤消耗低、冷煤氣效率高、碳轉(zhuǎn)化率高、污水較容易處理、能氣化高灰熔點煤、煤種適應(yīng)行廣、很短時間內(nèi)即可轉(zhuǎn)化為無副產(chǎn)品的氣體等優(yōu)點。針對國外有代表性的三種干煤粉加壓氣化爐和德士古加壓氣化爐進(jìn)行對分析，闡述了各爐型在結(jié)構(gòu)的特點和差異，闡明了干煤粉加壓氣化技術(shù)爐型發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵詞:干煤粉 加壓氣化 謝爾氣化爐 普蘭福氣化爐 德士古氣化爐

中圖分類號:TH4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0088-01

干煤粉加壓氣化技術(shù)是當(dāng)今煤氣化領(lǐng)域較先進(jìn)的技術(shù)，其工藝特點是將干煤粉、氧和蒸汽一同送入氣化爐，干煤粉在很短時間內(nèi)即可轉(zhuǎn)化為無副產(chǎn)品的氣體。具有單爐氣化能力大，能耗低，碳轉(zhuǎn)化能力高，污水較容易處理，三廢排放少，煤種適應(yīng)行廣等優(yōu)點。目前國外在干煤粉加壓氣化領(lǐng)域已開發(fā)出多種爐型，各氣化爐在結(jié)構(gòu)上雖各有差異，但均采用水冷壁氣化爐結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品氣成分基本相同。本文介紹幾種有代表性的氣化爐結(jié)構(gòu)特點。

1 干煤粉加壓氣化爐

1.1 謝爾氣化爐

謝爾煤氣化工藝是由荷蘭謝爾國際石油公司在常壓K-T爐基礎(chǔ)上開發(fā)的一種加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)，采用單臺氣化爐和單臺廢熱鍋爐相連接的形式，氣化規(guī)模為2000t/d煤，產(chǎn)品氣用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

謝爾氣化爐在結(jié)構(gòu)上采用下置多噴嘴立式冷壁氣化爐結(jié)構(gòu)方式。模式水冷向火側(cè)敷有一層比較薄的耐火材料，一方面為了減少熱損失;另一方面主要是為了抗渣，充分利用渣層的隔熱功能，以渣抗渣，以渣護(hù)爐壁，可以使氣化爐熱損失減少，同時保護(hù)激冷盤管，以提高氣化爐的可操作性和氣化效率。環(huán)型空間位于壓力容器外殼和膜式水冷壁之間，目的是為了容納水∕蒸汽日輸出∕輸入管和集汽管，另外環(huán)型管還有利于檢查和維修。

氣化爐內(nèi)筒上部為氣化區(qū)，下部為熔渣激冷室。粉煤及氧氣，蒸汽在氣化爐內(nèi)燃燒和反應(yīng)，溫度最高約1700℃，氣化爐操作壓力2～4 MPa。通過控制加料量，調(diào)節(jié)氧量和蒸汽量，使氣化爐在1400～1700℃運行。

高溫煤氣經(jīng)激冷煤氣冷卻至900℃，通過廢熱鍋爐副產(chǎn)部分蒸汽，正常操作時壁內(nèi)形成渣保護(hù)層，用以渣抗渣的方式保護(hù)氣化爐襯里不受侵蝕，避免了因高溫、熔渣腐蝕、開停車產(chǎn)生應(yīng)力對耐火材料的破壞而導(dǎo)致氣化爐無法長周期運行。該爐形由于不需要耐火磚隔熱層，運轉(zhuǎn)周期較長，單爐運行相對可靠，一般不需備用爐。

1.2 普蘭福氣化爐

普蘭福加壓氣化爐結(jié)構(gòu)與謝爾氣化爐結(jié)構(gòu)基本相似，只是氣化水冷卻結(jié)構(gòu)有所不同。目前最大的一臺是1992年建的示范廠，氣化能力為2600t/d。

普蘭福氣化爐的結(jié)構(gòu)也采用多噴嘴下置加料式氣化爐。操作壓力3MPa，溫度1350～1600℃，氣化裝置可分為氣化室、熱回收鍋爐和排渣系統(tǒng)。液態(tài)排渣與其他氣化爐型原理、結(jié)構(gòu)基本相同。與謝爾氣化爐相比所不同的是它的氣化爐下部安裝的四噴嘴。熔融的渣團(tuán)聚凝結(jié)成較大顆粒，掉入水浴灰斗。氣化爐采用下置四噴嘴冷壁爐。氣化爐耐火材料較少易解決，的氣化操作過程可大大延長了氣化爐耐火材料的使用壽命，降低了耐火材料投資成本。出氣化爐的粗煤氣由輻射鍋爐回收大量的熱量，粗煤氣得到冷卻。粗煤氣的熱量被輻射鍋爐回收后，隨著粗煤氣的上升，溫度成遞減狀。經(jīng)折流板的廢鍋內(nèi)使粗煤氣與列管增加換熱時間，起到充分換熱的目的。由于折流板的作用高溫粗煤氣的廢鍋內(nèi)停留時間較長，部分氣體還不同程度的進(jìn)行反應(yīng)。有利于產(chǎn)品氣成分質(zhì)量的提高。由于普蘭福氣化爐采用多噴嘴下置式氣化爐，隨煤氣帶出的飛灰量相對較多。

1.3 GSP干煤粉氣化爐

GSP干煤粉氣化爐結(jié)構(gòu)也采用水冷壁式結(jié)構(gòu)，但在加料方式上采用單噴嘴上置下噴加的形式。氣化爐為一圓柱形反應(yīng)室，加料噴嘴安裝在氣化爐上部的中心線上。氣化爐四周為環(huán)型水冷卻盤管，冷卻盤管用銷固定在爐壁內(nèi)側(cè)，用炭化硅基耐火材料覆蓋成圓桶形，表面厚度約20mm。氣化操作時，耐火材料在冷卻盤管的作用下，表面溫度低于熔渣的凝固溫度，熔渣碰擊在耐火材料壁時，可形成一個凝渣層，即部分灰渣掛在氣化爐壁上，最后成為向下流動的熔—— 固渣膜，熔、固渣在氣化爐壁上建立平衡。該平衡取決于氣化爐操作溫度，耐火材料和冷卻盤管的冷卻強度。夾帶飛灰和熔渣的粗煤氣出氣化爐后，再經(jīng)廢熱鍋爐熱量回收進(jìn)入后系統(tǒng)。渣和部分飛灰進(jìn)入渣排出。

GSP氣化爐操作壓力3.0MPa，氣化操作溫度1450～1650℃，由于采用上置下噴的加料形式，帶出氣化爐的飛灰較少。采用水冷卻盤管式冷壁爐后，冷卻水帶走的氣化反應(yīng)熱較多，相對熱壁爐煤耗、氧耗有所增大。

2 結(jié)構(gòu)對比

三種氣化爐均采用氧氣、蒸汽和粉煤加壓氣化，粉煤粒度要求為100％小于100目，煤粉采用高壓氮氣流化后，直接送入氣化爐，由于粉煤升壓較困難，壓力控制的小于4.0MPa，較水煤漿加壓氣化壓力低。

氣化爐進(jìn)料由于采用了干煤粉進(jìn)料法，原始開車投料氣化爐溫度要求較低，所以均采用冷壁氣化爐。采用冷壁氣化爐后，氣化爐耐火材料質(zhì)量要求相對降低，減少了運行過程中生產(chǎn)成本，氣化爐操作溫度較德士古相比較高，增加了氣化操作能力，煤種適應(yīng)性更寬。

氣化爐由于采用冷壁式氣化爐，在氣化操作過程中部分熱量被冷卻水帶走，相對增加了氣化爐的熱損失，所以氣化物流消耗相對較大。

謝爾和普蘭福氣化爐在結(jié)構(gòu)上采用下置式多噴嘴氣化爐結(jié)構(gòu)方式，在常壓干煤粉氣化爐K-T爐中，希臘的Ptolemals和土耳其的Kulakya工業(yè)化裝置結(jié)果表明，入爐煤中灰分的40％～60％隨煤氣帶走。這樣給后系統(tǒng)的輻射鍋爐和廢熱鍋爐容易造成飛灰堵塞，給氣化連續(xù)操作帶來一定困難，并增加凈化系統(tǒng)負(fù)荷。

GSP氣化爐結(jié)構(gòu)上采用單噴嘴上置下噴式加料方式，與現(xiàn)已在技術(shù)上成熟的德士古水煤漿加壓氣化爐的加料方式和結(jié)構(gòu)基本相似。所以GSP氣化爐在排渣方式上與德士古氣化爐相同，粗合成氣所帶出的飛灰較謝爾和普蘭福氣化爐相比少的多。

3 結(jié)語

干煤粉加壓氣化技術(shù)與德士古氣化技術(shù)相比雖然存在技術(shù)難度，但干煤粉加壓氣化是今后煤氣化發(fā)展的方向，與其他煤氣化工藝相比有較大竟?fàn)幜Γ且豁椨星熬暗拿簹饣夹g(shù)。謝爾、普蘭福和GSP等爐型，GSP爐型結(jié)構(gòu)簡單、與德士古氣化爐結(jié)構(gòu)相似，又有成熟的德士古氣化爐的經(jīng)驗借鑒，因此，GSP氣化爐將更廣泛的應(yīng)用到煤氣化領(lǐng)域，為我國能源建設(shè)做出貢獻(xiàn)。