常压流化床气化工艺与过程

OPERATION OF BLUE WATER GAS SET WITH FLUIDIZED-BED UNDER NORMAL PRESSURE

Zhang Jianjun　Wang Xubing　Cheng Hengxin
(Zhengzhou Jincheng Gas Station, Zhengzhou 450003,China)

　　ABSTRACT　The paper reports the operation experience of half a year from putting into operation of the Jincheng Gas station.The result indicates that the gas heating value keeps more than 10.92 MJ/m³，CO within 20 %,raw material coal kinds wide, tar ancl phenol content of gas lower,the material cost of gas 0.202 yuan/m³.
　　KEY WORDS　pulverized coal gasification, blue water gas generator with fluidized-bed

　　金成煤气站规模为φ1.6 m流化床水煤气炉三台,现已安装两台，占地7.6亩，职工总数（包括输配和用户用气维修）近三十人，产气量2 000m³/h，可供5 000户居民用气（包括采暖）。煤气站经二年安装调试，于1998年10月份正式生产至今，已累积向居民提供生活用气100 万m³，生产正常，系统稳定,安全可靠。煤气热值稳定在10.92 MJ/m³以上，一氧化碳控制在20 %以内。下面就我站近半年生产情况作一总结。

1　原料选择
　　(1) 流化床水煤气炉所用煤种范围宽，它可以是焦渣、无烟煤、烟煤、褐煤等各种变质程度的煤。因为流化床内各点温度较高且均匀，加进去的煤立即被干馏,其胶质体几乎没有形成即被分解掉，并且加进的煤立刻与炭灰混合，煤粒之间不能粘结在一起。因此，流化床水煤气炉具有较好的抗粘结性。如伊川烟煤，粘结性很强，罗加指数65，属强粘结煤。我们在操作时采取了以下措施：① 在料层静止时不加煤；② 操作时尽量加煤均匀，不在短时间内大量加煤；③ 在炉子刚点火时不用该煤。就很好地克服煤的粘结性，生产出令人满意的煤气。连续稳定运行一个月余。
　　(2) φ1.6 m流化床水煤气炉设计规定原料煤0～6 mm，且1 mm以内细粉不高于20 %。当我们试烧河南宝丰半烟煤时：最大粒径18 mm，12 mm以上达到20 %。为此，我们在操作时注意了以下几点：① 适当增大鼓风流量，使炉内尽量减少风量和压力波动。② 控制一定料层高度。防止料层过高引起炉内波动。③ 控制操作温度上限不要太高。因为当炉温波动较大时，有些大颗粒没有完全流化，其区域温度可能高于其它点温度。所以当操作温度低于灰熔点较多时，不致结渣。我们用大颗粒宝丰煤生产了一个月，生产正常，并且产气量明显高于小粒径粉煤，最高产量达到1300 m³/h。
　　(3) 我们通过对返料粒度分析测得：小于0.3 mm占24 %，0.3～0.9 mm占74 %，大于0.9 mm占2 %。因此原料煤中0.9 mm以下的煤粉应控制，若这部分细颗粒含量较大，将增大夹带量，影响气化效率。从炉中带出这部分细粉已经干馏和部分燃烧，气化反应活性很差，因此，一般只在吹风阶段进行返料才有实际意义。

2　气化过程分析
　　流化床水煤气炉和固定床水煤气炉所产煤气成份相比差别较大，具体表现为CO含量低，CH₄、H₂含量较高,煤气热值高。若使用高挥发份煤，煤气热值可以达到12.6 MJ/m³，CO接近15 %，因此作生活用煤气比较合适。若化肥行业选用该种炉子，把加煤口设计低些，在操作时，把加煤放在吹风前期，那么就可以把甲烷含量降下来。所产煤气氢气含量超过固定床水煤气炉氢气含量，CO含量又低于固定床水煤气炉CO含量，减少了合成氨工艺要求的CO变换量，因此该炉也适用于合成氨工业使用。
　　我站煤气炉加煤口位于床层流化后浓相区上部，平时生产时只在制气阶段加煤，由于流化床正常操作时炉内温度在900℃以上，高处加进的煤立即被干馏，这种干馏是在高氢气氛下进行的，干馏非常彻底，即转化为甲烷和重烃、氢气等。我们在运行中做了几组对比实验，发现在制气阶段后半期煤气中甲烷含量比制气初期煤气中甲烷含量高，因此可以得出流化床内粉煤干馏时间很短。
　　流化床水煤气炉煤气中CO₂含量较高（一般10 %以上），CO低，主要原因是流化床水煤气炉平均操作温度比固定床水煤气炉低。H₂含量高，主要是加进的煤经干馏产生大约和甲烷相当的H₂，另外在气化阶段，炉内及旋风分离器内温度较低（900℃以内）加上大量未分解蒸汽（流化床因流化需鼓入的蒸汽量较大，但分解率较低）存在，因此有利发生变换反应。（CO+H₂O→CO₂+H₂）使得煤气中CO低，CO₂高，由于以上原因，我们在操作时，降低了气化温度下限，使得CO含量降低，来满足民用煤气要求。

3　环保效益
　　对于煤气站来讲，主要污染是酚。酚是煤干馏时的一种产物，流化床气化时由于炉内温度高（800 ℃以上），炉子顶部空间大，煤气在炉内停留时间长，因此焦油和酚能完全分解。我站运行半年经验证明，只要炉顶温度在800 ℃以上，对于所有煤种的煤所产煤气焦油和酚含量都很少。有时备炉时间较长，刚启炉时炉顶温度低，洗涤水能见到微量焦油，但焦油馏分和重度较高，因此，很容易洗涤下来。我站循环洗涤水半年从未向外排放，一直补充水运行，现水质通过化验，焦油、酚含量很少。建站时安装的电捕焦油器从未使用过。所产的煤气通过化验,焦油量低于城市煤气国标规定。我们用户燃器具从未发现堵塞现象。所以流化床水煤气炉给环保解决一大难题。

4　工艺与操作要点
4.1　工艺过程
　　鼓风选用罗茨风机，由变频器控制。空气经余热锅炉出来的400 ℃烟气加热到150 ℃入炉流化燃烧。把料层燃烧到需要的温度停止鼓风（一般1 000～1 100 ℃），从炉中出来的烟气温度很高，携带的热量大部分被余热锅炉回收。余热锅炉采用热管技术，效率高，体积小，寿命长。余热锅炉保证进出口烟气温度差400 ℃以上，产生的蒸汽经稳压后,进入位于炉子上部的夹套过热后进入炉内流化气化。由于流化燃烧，烟气中带有大量煤尘，因此我站选用高温高效布袋除尘，烟气完全达标排放（灰尘含量低于100 mg/m³）。产生的粗煤气进入余热锅炉放出大量热量后，进入洗气箱初步除尘和降温后,再进入洗气塔，再次洗涤降温进入中间气柜，根据需要中间气柜的煤气经风机加压，且被活性炭脱硫后进入大气柜外供。
4.2　流化床水煤气炉操作要点
　　(1) 根据煤的粒度与料层厚度选择合适鼓风量是操作关键，一般地说对于我们这种低倍率流化床，有一个相对稳定的起始风量和一个相当长流化段，但要做到节煤、高产、炉子稳定几点，我们认为鼓风量能使炉内煤料流化即可。较高风量一般只在大颗粒原料煤时使用。
　　(2) 根据原料性质，选择合适的操作温度。操作时首先参考原料灰熔点，一般地讲操作温度低于灰熔点200 ℃以上时，只要操作得当，就可以做到不结渣。为了得到较高产量与较好煤气质量，要在实践中掌握煤种高低温活性，并且适当下调温度下限可以降低CO含量。
　　(3) 掌握炉内适当炭灰比是使炉子长期稳定运行的关键因素，流化床炉内炭是制气的有用成份。如果为提高气化强度，一味追求保持炉内碳的高比例组分，必须加大排渣量，增加热损失。灰可以帮助炉内传热，并且灰中有些成份可以起催化剂作用，底层渣也可以起保护风帽作用，但灰渣含量过高，影响气化产量，增加结渣的可能性，对操作十分不利。因此，保持适当炭灰比对于炉子很关键，要做到这一点，就是要做到以下几点：① 保持排渣口畅通；② 掌握煤中灰分，尤其是块矸含量；③ 参照料层厚度与产量之间的关系，随时掌握炉内碳灰比例，以确定排渣多少与加煤速度。
　　(4) 选择合适的操作温度区间是做到能量合理转化的关键。流化床水煤气炉具有相当大的操作弹性，它有一个自身平衡的问题（即所产蒸汽和消耗蒸汽平衡），只有在这个平衡基础上选择合适的操作工况，保证煤气质量、产量、热效率等。具体地讲就是追求煤气/空气和煤气/蒸汽最大比值。
4.3　安全可靠性
　　(1) 流化床水煤气炉整个生产只有吹风、制气两个过程，无论是吹风或制气气流均是向上的，从而从根本上避开了煤气和空气混合接触，发生爆炸。
　　(2) 流化床水煤气炉整个炉子是密闭的，加煤斗的煤位足以把炉内气体封住。因此，我站主操作区经CO探测仪检验，几乎不含CO。
　　(3) 流化床水煤气炉蒸汽自产与炉子一体。蒸汽自产自供，不会发生煤气窜入生活用蒸汽管道。
　　(4) 由于流化床水煤气炉生产只有两个过程，气流管道也简单。为此，我们备炉时用烟气把中间气柜前的煤气管道置换干净，这就从根本上避免由于煤气管道或设备负压而混入空气发生爆炸可能性。
　　(5) 流化床水煤气炉在操作时不用探火，不用打渣，在生产时，炉内温度均匀，操作准确，不会结渣，热电偶测得温度就是炉内真实温度，非常可靠。
　　(6) 我站现分为三个运行班，每班5人，可同时操作两台炉子。工人劳动强度很小，和相当产量的固定床水煤气炉相比，至少每班少1-2个操作工。
　　流化床水煤气炉结构简单，使用座板阀数量少，夹套又位于耐火材料层内部，没有磨损与腐蚀。加上炉体又是直筒状，结构简单，受力较好，因此炉子正常维修很少，只是定期更换少许风帽即可。净化系统简单,维修量较少。

5　投资与经济性分析
　　(1) 材料成本
　　我站生产半年来，根据生产报表统计，从各种原料消耗来计算，成本相当低。每1 000m³煤气需900 kg煤、50 kWh电、2.5 t软水、1.5 t水,蒸汽全部自给有余。材料成本计算结果为0.202元/m³。
　　(2) 煤气站总投资
　　我站由金成房地产公司投资1 500 万元，永泰公司总承包（包括站房、生产、设备、全部管网、贮气柜及附属全部电器、仪表设备）。规模为三台炉，现安装两台。实际每小时供气2 000 m³煤气，可满足5 000户居民用气（包括采暖)。