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Shell煤氣化技術綜述

熱度0票  瀏覽1次 時間:2019年7月05日 10:34
  一、概述
  Shell 煤氣化技術是在原 K-T 氣流床煤氣化技術的基礎上改進而來。將粒度為100目、水分<10%的煤粉,純度為>99%的氧氣和水蒸氣在噴嘴處混合進入煤氣化爐進行氣化反應,爐內的氣化壓力為2.0~4.0MPa,溫度為1400~1600℃,氣化生成的有效煤氣成分含量為90%~94%,碳的轉化率約為99%(飛灰再循環的條件下)。
  二、Shell煤氣化反應原理
  Shell煤氣化反應原理與K-T常壓粉煤氣化相同,是以干煤粉作為原料,氧氣和水蒸氣作為氣化劑在氣流床內進行的氣-固兩相流態化反應。
  干煤粉由氮氣或二氧化碳吹入氣化爐,氣化爐內的氣化反應溫度很高,在有氧存在的條件下,以燃燒反應為主,在氧氣反應完成后進入氣化反應階段,物料在爐內的停留時間一般為3~10s,氣化反應很快就達到平衡。氣化產生的粗煤氣經粗煤氣冷卻器冷卻后,最終形成以CO、H2為主的煤氣。反應中產生的煤灰熔化后以液態的形式排出氣化反應爐。
  帶粗煤氣冷卻器(廢熱鍋爐)流程的特點如下:
  1.結構復雜,昂貴。1臺廢鍋,如2000t/d要多1個億的投資。
  2.若用于化工,則后續的調比過程需要大量蒸汽,廢鍋產生的蒸汽約60-70%用于調比,真正能量回收的好處不大,用高投資的廢鍋而取得的效益不大。
  三、原料要求
  Shell煤氣化工藝對煤種有廣泛的適應性,由于采用粉煤進料和高溫、加壓氣化,故對煤的粘結性、機械強度、水分、灰分、揮發分等要求不是十分嚴格,但從技術角度考慮仍有一定要求。水分(收到基水分):褐煤6%~10%,其它1%~6%,灰分干基<24%,灰熔點FT<1350℃,粒度<0.15mm的>90%。
  1.煤的灰熔點是加壓干粉氣化選擇原料的主要條件,一般選擇灰熔融流動溫度 FT 在 1400℃以下的煙煤,FT 超過 1500℃的煤不宜采用。
  2.煤的活性要好,一般以煙煤和褐煤為主。
  3.灰渣的粘溫特性堿性組分含量高,一般堿/酸應大于0.3。
  4.灰分一般不超過30%,小于20%為宜。
  四、Shell煤氣化工藝的關鍵設備
  Shell煤氣化工藝的關鍵設備是煤氣化爐、煤氣冷卻器和煤氣過濾器。
  Shell煤氣化爐主要由膜式水冷壁、環隙空間和高壓容器外殼構成。
  氣化爐反應室內上部空間為燃燒反應區,下部為熔渣激冷區。干煤粉、氧氣和水蒸氣的混合氣通過噴嘴進入氣化爐后在燃燒室反應。氣化爐內筒采用水(由于反應溫度過高,可考慮采用脫鹽水或軟化水)循環冷卻,在向火側涂一層耐火涂層,運行時在氣化爐內壁形成一層煤熔渣層保護或減緩水冷壁在高溫、高壓氣-固混合氣的沖刷下的磨損,延長氣化爐的運行時間。氣化爐環隙空間的目的是為了容納水/蒸汽的輸入/輸出集汽管。Shell氣化爐一般將噴嘴安裝在內筒側壁的下部位置,安裝有4~8個噴嘴呈中心對稱分布,根據負荷進行噴嘴增減。氣化爐噴嘴的使用壽命不低于7500小時,滿足裝置一年的運行時間要求。爐底關鍵部件還有鎖斗上下的卸渣閥。
  煤氣冷卻器(廢熱鍋爐)用于回收高溫粗煤氣的顯熱,產生高壓過熱蒸汽。煤氣冷卻器一般采用水管式結構,由水管焊上管板組成,管板上設置有在線清洗裝置,沖洗管壁上的積灰,以免影響換熱效果。
  過濾器用于除去粗煤氣中的煤粉塵,一般采用陶瓷過濾器或旋風分離器,由于進料煤氣的溫度、壓力均較高,要求除塵設備能夠安全、穩定、長周期運行。粗煤氣經過濾后,煤氣中的含塵量應<20mg/Nm3。
  五、Shell 煤氣化工藝概況
  Shell煤氣化工藝屬加壓氣流床粉煤氣化,是以干煤粉為原料、氧氣為氣化劑,熔渣采用液態排渣形式。具體工藝流程見圖1 SCGP氣化工藝流程(干法氣化的技術關鍵在于干粉煤的加壓進料)。
  原煤在風動磨內先破碎研磨成符合氣化要求的煤粉(粒度90%通過170目的篩孔;或粒度小于0.1mm)并經干燥處理(含水量<2%;煙煤含水量1%、褐煤含水量10%)后,借助惰性氣體,粉煤經過常壓粉煤倉、粉煤鎖斗及粉煤給料倉,由高壓氮(氮氣濃相400g/m3)或CO2將粉煤送至氣化爐噴嘴。氧氣和蒸汽一起,進氣化爐噴嘴。
  氣-固反應物料在氣化爐內壓力為 2.0~4.0MPa,溫度為1400~1600℃(通過控制加煤量,調節氧量和蒸汽量,來調節氣化溫度。)的條件下發生化學反應。氣化火焰中心溫度隨煤種不同約在 1600~2200℃之間,出爐的煤氣溫度約為 1400~1700℃。
  產生的高溫煤氣夾帶的煤粉細灰在高溫下具有一定的粘結性,為了防止煤粉細灰在設備和管道上粘結,影響設備的正常運行,將出氣化爐的煤氣與一部分經冷卻后的循環煤氣進行混合,將高溫煤氣冷卻至 900℃左右后,再將其送入廢熱鍋爐(水管式廢熱鍋爐,包括輻射室和對流室)內,與軟化水進行換熱,將其氣化產生高壓的過熱蒸汽。而煤氣經進一步冷卻后,溫度降至約300℃。
  從廢熱鍋爐出來的煤氣中僅含有的少量灰份顆粒,在陶瓷過濾器或旋風分離器中進行分離,粉煤灰進入灰鎖斗,再送至粉煤儲罐。粗煤氣經干法除塵后煤氣中的含塵量約為10mg/Nm3,經過水洗滌后煤氣的含塵為1mg/Nm3。
  在整個煤氣化過程中,煤中約有83%以上的熱能轉化為有效煤氣,約有15%左右的熱能以高壓蒸汽的形式回收利用。



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