干煤粉气化炉主烧嘴与渣口匹配性研究

干煤粉气流床气化技术已经在国内外普遍推广应用,从干煤粉气化炉的组合烧嘴、下渣口及气化炉的结构和特点出发,讨论了干煤粉气化炉主烧嘴氧气旋流角度、主烧嘴煤粉通道半径及气化炉下渣口的尺寸等对气化效率的影响。结果发现,干煤粉气化炉选择氧气旋流角为25°、煤粉通道半径为92 mm的主烧嘴与下渣口直筒段内径为500 mm的渣口进行匹配,所产生的有效气含量最高,碳转化率最高,渣、饼残碳量最低,气化反应更充分,是一种较好的匹配选择。

一次风率对煤粉气流床气化-燃烧特性及NO_(x)排放影响的试验研究

煤粉气化-燃烧技术是实现燃煤锅炉超低负荷稳燃和低氮氧化物(NO_(x))排放的重要方式。为了揭示一次风率(λ_(1))对煤粉气化-燃烧特性及NO_(x)排放的影响。采用自主搭建的对冲气流床气化-燃烧系统,研究了λ_(1)对煤粉气化特性,燃料N转化和NO_(x)排放特性的影响,采用热重分析仪和化学吸附仪对气化半焦的反应性和孔隙结构进行分析。结果表明:λ_(1)的增加会提高气化炉温度,使气化炉出口CO和CH_(4)的浓度分别降低了2.67%和2.43%;促进了固定碳的转化,其转化率增加了17.28%;燃料N的转化率增加了13.50%,其中增加了向N_(2)的转化,但降低了向NH_(3)的转化。同时,λ_(1)增加使气化焦炭具有更发达的孔隙结构,比表面积增加了95.77 m^(2)/g,孔体积增加了2倍,改善了气化焦炭的燃烧特性。气化燃料进入燃烧室后,当λ_(1)高于0.25时,燃烧室主燃区内未生成NO。λ_(1)为0.35时,燃烧室出口的污染物排放最低,NO_(x)和CO分别为115.86 mg/Nm^(3)(@6%O_(2))和39.25 mg/Nm^(3)(@6%O_(2));此时燃烧效率最高,为99.68%。因此,一次风对煤粉气化燃烧特性和污染物排放具有显著的影响,控制合适的一次风量可以降低污染物排放的同时提升燃烧效率。

新型气流床粉煤加压气化技术

气流床粉煤加压气化技术具有原料消耗低,碳转化率高,热效率高,煤种适应性强等优势。我国具有自主知识产权的气流床粉煤加压气化技术中试装置在兖矿鲁南化肥厂运行成功,各项技术指标分别为:有效气体积分数89%～93%,碳转化率98%～99%,比氧耗0.30～0.32m3/m3,比煤耗0.53～0.54kg/m3,冷煤气效率≥84%。

高温气化剂加压喷动流化床煤气化试验研究

在热输入0.1MW的小型加压喷动流化床试验装置上进行了高温气化剂煤气化特性的试验研究,考察了气化温度、压力、空气系数和汽煤质量比等工艺参数对高温空气/蒸汽作为气化介质的煤气化行为的影响。试验结果表明,在所研究的工艺参数中,气化温度对高温空气煤气化特性影响最为显著。压力对气化性能的影响主要体现在改善流化床气化炉床内流化质量。空气系数及汽煤比的影响从本质上看是通过改变气化反应温度来实现的,对于一个特定的流化床气化工艺,空气系数及汽煤比均存在一个适宜的操作区域。

水冷壁式粉煤气化炉炉衬温度场数值模拟研究

为了使水冷壁式粉煤气化炉长周期、高效化运行,利用ANSYS有限元分析软件对粉煤气化工艺的水冷壁式气化炉炉衬服役过程的温度场进行了数值模拟研究。结果表明:1)水冷壁式气化炉内挂渣层由固态层、熔融层和流动层组成,提高耐火材料的热导率有利于挂渣层的形成。2)选用耐火材料的热导率为8~10 W·(m·K)^(-1),渣表面温度为1 290~1 310℃时,炉壁挂渣状态较好。3)当炉内已实现正常挂渣厚度(15 mm以上)时,水冷管和渣钉都会在安全温度下正常运行,在挂渣厚度较低的情况下(低于15 mm),渣钉和水冷管有超温的风险。

气流床粉煤加压气化制备合成气新技术

介绍了我国自主创新的气流床粉煤加压气化制备合成气新技术,给出了该技术在国内首套中试装置上的运行数据与工艺技术指标;运行结果表明,其合成气中有效气成分为89%￣93%,碳转化率≥98%,各项技术指标达到国际先进水平,具有广阔的应用前景。同时,介绍了目前在国际上尚未见报道的以CO2为粉煤输送介质进行气化反应的合成气成分。

不同煤种在碎煤加压气化炉上的工业应用分析

目前碎煤加压气化技术存在着一定的问题,主要是副产物多、气化废水量大和气化废水难处理等问题,这些问题的存在已经限制了碎煤加压气化技术的应用。为了解决这些问题,在仔细分析了加压固定床的气化原理后,从根本上找出产生问题的原因在于选用了不适合的气化煤种,并提出了碎煤加压气化技术对原料煤质的要求。在通过褐煤、长焰煤、贫瘦煤、无烟煤的煤质分析进行分析后,提出了无烟煤是碎煤加压气化技术最适合的煤种,又结合已经在碎煤加压气化炉上使用的褐煤、长焰煤、贫瘦煤、无烟煤的主要工业运行参数进行了分析对比,进一步确定了无烟煤是碎煤加压气化技术的最适合的气化原料煤。同时实际的工业运行结果也说明:在碎煤加压气化炉上使用无烟煤,可以从根本上降低气化废水的处理量和处理难度。

煤气化技术用耐火材料及发展趋势

介绍了目前煤气化技术的主要种类,以几种典型气化技术为代表列举了煤气化技术所用耐火材料的品种、性能和使用部位,着重总结了以水煤浆和粉煤为原料的气流床气化技术所用耐火材料的研究进展和发展趋势,并对煤气化炉技术用耐火材料的研究重点和发展方向进行了展望。

竖直上升管的煤粉密相气力输送阻力特性的实验研究

煤粉密相气力输送是气流床煤粉气化工艺中的关键单元技术。通过实验室装置（管径20，50mm）和半工业化装置（管径42mm）的煤粉密相气力输送竖直上升管压降测试，建立了可用于煤粉密相高压气力输送竖直上升管道的压降预测模型，总体偏差在±20％以内，可满足工业装置设计和优化操作的需求。固相静压降占总压降比例达35％～70％，体现了高浓度输送特性；且在管径一定的条件下，与固相弗洛德数近似成线性关系。在固相弗洛德数和管径一定的条件下，可通过竖直上升管压降估算出相应的固相质量流率，从而为工业装置上煤粉质量流率在线测定提供一定的参考。

自主创新的气流床粉煤加压气化技术

介绍国内首套自主知识产权粉煤加压气化技术的研发与运行情况。中试装置运行结果表明:该气化技术各项经济技术指标优越,有效气成分89%～93%,碳转化率98%～99%,冷煤气效率约84%,达到了国际先进水平,已具备产业化条件。

HT-L气化炉的煤气化特性研究

详细介绍了国内首套拥有自主知识产权的HT-L粉煤气化炉的气化特点,具有煤种适用广、碳转化率高、对环境污染小及投资运行费用低等优点。对濮阳龙宇的HT-L粉煤气化炉进行特性研究,通过实验数据分析可知,随着气化炉温度升高,有效气(H2+CO)含量降低,CO2含量有所增加,CH4和HCN含量逐渐减少。

Shell煤气化装置煤粉输送系统压降特性研究

在中石化安庆Shell粉煤气化装置的煤粉输送系统中,通过新增设压力与压差传感器,对2#煤线系统的压降特性进行了测试研究。在装置运行不同阶段,分别获得了煤粉循环输送系统与煤粉入炉输送系统的压力分布曲线,给出了各系统主要阻力部件煤烧嘴、煤粉流量调节阀和减压器的压降数据及其压降分率。研究表明:在煤粉循环输送系统中,减压器所占的压降分率最大,具有良好的提压作用;煤粉入炉输送系统的最大压降在煤粉流量调节阀上。针对煤粉流量较低负荷运行情况下,提出了合理设置煤粉输送压差与煤粉流量调节阀开度的优化、节能操作方法。文章还对所获测量参数进行了综合整理,给出包括煤粉速度、煤粉质量浓度、煤粉流量以及管线压降的多参数操作曲线。

干煤粉加压气化装置控制系统研究

以干煤粉加压气化技术为基础,分析该类型气化装置的运行特点和控制要求,重点讨论气化炉负荷控制和合成气质量控制的关系,提出氧气流量作为气化炉负荷控制主控变量、氧煤比作为合成气质量控制主控变量的控制策略,并制定详细的控制系统设计方案。

七种煤常压纯氧固定床气化的特性

对7种煤煤质进行了可气化性分析;在Φ100mm加压固定床上,分别对它们进行了常压纯氧气化工艺特性研究,总结出它们的一般气化特性。

加压气化炉给料系统变水分输送特性

在高压浓相输送试验台上进行煤粉输送试验,考察煤粉含水率对压损特性、质量流量的影响规律。结果表明:随着含水率的增加,褐煤的质量流量逐渐减小,烟煤的质量流量先增大后减小,相同含水率下褐煤的流动性较好。

国内外先进煤气化工艺技术的研究

针对我国煤化工产业的特点和缺陷,综述了国内外先进煤气化工艺技术,如GSP干粉煤加压气化技术、Shell干煤粉煤气化技术、两段式干煤粉加压气化技术、Texaco水煤浆加压气化工艺技术、多喷嘴水煤浆加压气化工艺技术等,并做了比较。

新型两段式煤气化工艺进料系统的研发

干煤粉加压密相输送是干法煤气化的关键技术之一。介绍西安热工研究院有限公司研发的两段式干煤粉加压输送技术及其工艺流程和试验研究结果。该系统中试装置已累计运行5000 h以上,获得了许多重要的试验数据和运行经验,为煤气化工业试验奠定了良好的基础。

Shell干煤粉气流床气化炉数值模拟研究

针对Shell气化炉在国内运行现状,利用数值模拟方法对国内某化工厂Shell气化炉进行三维建模,采用Realizable k-ε模型封闭湍流方程,应用随机轨道模型计算煤粉颗粒流流动,利用未反应核缩芯模型和涡扩散模型(Eddy-dissipation concept,EDC)分别模拟颗粒表面的化学反应和均相反应过程,采用P1辐射模型考虑了热辐射气体的辐射传热作用。研究结果表明:Shell气化炉采用中下部四喷嘴切向进料,炉内涡旋流动明显,流场十分复杂,颗粒在旋流夹带和离心力作用下在烧嘴以上和气化炉底部甩向壁面附着形成液态渣膜,干煤粉气化过程在较小的空间内完成,旋流同时延长了物料在炉内的停留时间,物料在Shell气化炉内的停留时间最长超过11s,此外,气化炉内合成气组成分布与温度分布存在一对应变化关系。

GSP干煤粉气化关键技术优化研究

为解决GSP干煤粉气化技术出现的点火烧嘴无法点火、烧嘴端面烧损、水冷壁烧穿、粗煤气带灰严重、洗涤水固含量高等问题,对气化炉组合烧嘴和粗煤气洗涤系统进行优化改造,并对改造效果进行分析。采用高能量点火方式,提高氧气喷头的耐高温能力,通入一定比例高压蒸汽,改变点火烧嘴冷却水冷却方式,增加气液分离罐、鼓泡塔、塔盘,重新设计洗涤水流程,优化旁路闪蒸系统,设置静态混合器等方法,实现了点火烧嘴点火成功率由40%提高至98%以上,合成气含尘量由20.5mg/m^3降至0.5 mg/m^3以下,有效气产量达到143 856 m^3/h,水冷壁热损降低,气化炉运行时间延长,2012年5台气化炉的累计运行时间是2011年的2~3倍,解决了装置长期低负荷运行的技术瓶颈,实现了装置满负荷、长周期稳定运行。

干煤粉分级气流床的气化特性

针对根据无焰氧化技术设计的分级气流床气化炉,运用试验和数值模拟计算的方法对干煤粉在炉内的气化过程进行研究,分析不同进料方式及氧碳摩尔比对合成气中CO,H2和CO2体积分数、合成气热及碳转化率的影响。研究结果表明:实验结果与模拟结果基本吻合;相同进料方式下随着氧碳摩尔比的增大,合成气中CO和H2体积分数、合成气热先增大后减小,而CO2体积分数和碳转化率一直上升;相对于另外2种进料方式,三层喷嘴进料方式能使炉内温度场更均匀,平均温度提高,气化强度增加,由此表明气化炉结构和进料方式使炉内实现了基于无焰氧化技术煤粉空间气化反应的基本特征;同时,氧碳摩尔比最佳范围为1.0～1.1。