干煤粉氣化設(shè)備的可行性介紹

曲青龍

根據(jù)我國“富煤、缺氣、少油”的能源結(jié)構(gòu)，煤炭是我國最為重要的工業(yè)與民用能源，我國能源革命主要還應(yīng)集中在煤炭的清潔、高效、可持續(xù)開發(fā)利用。為了大幅度減少煤炭造成的大氣污染，潔凈煤技術(shù)已經(jīng)成為我國當(dāng)前最為迫切的應(yīng)用，煤炭氣化技術(shù)是煤炭清潔化利用中最為優(yōu)選的技術(shù)，而干煤粉氣流床氣化技術(shù)由于其特有的清潔、高效特點(diǎn)，代表今后煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展方向。

干煤粉氣流床氣化技術(shù)是指利用射流卷吸的原理，將干煤粉顆粒（通常含水量<6%）與氣化劑（氧氣、水蒸氣）通過噴嘴高速噴入氣化爐內(nèi)，氣化爐內(nèi)特殊設(shè)計(jì)的流場(chǎng)強(qiáng)化了煤粉與氣化劑的混合，有利于氣化反應(yīng)的充分進(jìn)行。氣流床氣化爐的高溫、高壓、混合充分、煤粉顆位小等特點(diǎn)決定了它能夠在有限的單位時(shí)間、單位體積內(nèi)發(fā)揮最大潛能的生產(chǎn)負(fù)荷，并且保證氣化反應(yīng)的徹底性，因此與固定床、流化床氣化爐相比，氣流床氣化爐具有最大的煤種適應(yīng)性和更優(yōu)良的技術(shù)性能，其碳轉(zhuǎn)化率高、合成氣中不合焦油等產(chǎn)物，因此是煤基燃料氣化裝備的首選技術(shù)，代表著當(dāng)今最先進(jìn)的煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。

一、方案可行性分析

干煤粉氣化設(shè)備采用當(dāng)今最先進(jìn)的干煤粉氣流床氣化技術(shù)，以煤粉與空氣為原料，在微正壓的情況下，在特殊設(shè)計(jì)的氣流床氣化反應(yīng)器內(nèi)合成人工煤氣，高溫煤氣通過煤氣管道送到燃燒器，高溫煤氣在燃燒器內(nèi)與助燃風(fēng)相遇即開始燃燒。最大程度地滿足瀝青庫的導(dǎo)熱油加熱使用要求，相比較使用煤作為燃料，為用戶節(jié)約50～70%的燃料成本，實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

干煤粉氣化設(shè)備不僅經(jīng)濟(jì)效益明顯，操控性優(yōu)異，同時(shí)在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了更加完美的環(huán)保與安全性能，滿足當(dāng)前日益苛刻的環(huán)保要求，可以讓用戶施心使用。

二、安全保障措施

1.煤粉罐及其發(fā)料裝置

煤粉罐是用來儲(chǔ)存煤粉的裝置。根據(jù)不同的煤粉罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)煤粉罐可以儲(chǔ)存75立方的煤粉：

煤粉罐內(nèi)采用氮?dú)饣蛘叨趸急Ｗo(hù)，防止煤粉發(fā)生自燃。煤粉罐的煤粉儲(chǔ)存系統(tǒng)設(shè)置了獨(dú)立的安全自控系統(tǒng)，在沿煤粉罐高度設(shè)置了多個(gè)溫度探測(cè)器，煤粉罐的頂部安裝有氧分儀，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)煤粉罐內(nèi)儲(chǔ)存溫度偏高、煤粉罐頂部的氧氣含量超標(biāo)后，系統(tǒng)將自動(dòng)向罐內(nèi)沖入氮?dú)饣蛘叨趸嫉榷栊詺怏w，保證罐內(nèi)的氧氣濃度降低到安全范圍內(nèi)。

如果配置了制氮機(jī)系統(tǒng)，則制氮機(jī)也具備自動(dòng)啟停功能，當(dāng)?shù)獨(dú)鈨?chǔ)罐壓力偏低的時(shí)候，制氮機(jī)開始工作；當(dāng)?shù)獨(dú)鈨?chǔ)罐壓力過高，制氮機(jī)自動(dòng)停止工作。

在沿煤粉罐高度設(shè)置有多個(gè)料位計(jì)，煤粉罐的頂部安裝有布袋除塵器，布袋除塵器采用壓縮空氣脈沖反吹方式清灰，布袋除塵器采用袋式針刺毯布袋，保證達(dá)到清潔的除塵效果：除塵器出口安裝有單向閥，當(dāng)向罐內(nèi)送入煤粉的時(shí)候，單向閥打開；當(dāng)停止送粉的時(shí)候，單向閥關(guān)閉；煤粉罐的頂部還設(shè)置有安全閥，當(dāng)罐內(nèi)排氣不暢導(dǎo)致壓力升高的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)打開安全閥。

煤粉罐的底部設(shè)置有煤粉發(fā)料裝置，包括破拱裝置、給料閥、煤粉泵及氣力輸送裝置等。

煤粉發(fā)料輸送時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)煤粉罐底部是否發(fā)生起拱等原因?qū)е聼o料流現(xiàn)象，然后自動(dòng)啟動(dòng)空氣炮裝置破拱，恢復(fù)正常的料流。

煤粉通過星形給料器調(diào)節(jié)給料流量，電動(dòng)星形給料器采用變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。

煤粉通過煤粉泵及其氣力輸送裝置向氣化爐送入煤粉，該裝置采用特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)煤粉的長(zhǎng)期、穩(wěn)定輸送。

2.煤粉氣化系統(tǒng)

煤粉氣化系統(tǒng)包括氣化爐、導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)、導(dǎo)熱油冷卻器、氣化風(fēng)機(jī)與燃燒器的助燃風(fēng)機(jī)等設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)的所有設(shè)備與管道全部安裝在一個(gè)鋼架內(nèi)，方便用戶安裝與使用。

氣化爐系統(tǒng)采用最先進(jìn)的粉煤氣流床氣化工藝技術(shù)，具備氣化速度快、效率高、使用壽命長(zhǎng)、氣化過程清潔等特點(diǎn)，啟動(dòng)時(shí)間10～15分鐘即可進(jìn)入氣化狀態(tài)。

氣化爐采用導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行換熱，以保護(hù)氣化爐爐襯能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。導(dǎo)熱油系統(tǒng)已經(jīng)集成在整個(gè)煤氣化系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)首先啟動(dòng)導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)，檢測(cè)該循環(huán)系統(tǒng)正常后才能給氣化爐點(diǎn)火。

3.煤氣管道與煤氣燃燒器

氣化爐產(chǎn)生的高溫煤氣（1000～1100℃）經(jīng)過煤氣管道送入燃燒器進(jìn)行燃燒，給瀝青庫的鍋爐提供熱量：煤氣管道內(nèi)壁敷有耐火材料以及隔熱材料，工作時(shí)管道外壁面溫度不超過80℃。

4.氮?dú)?二氧化碳?xì)馄炕蛘咧频b置

為了保護(hù)煤粉倉儲(chǔ)的安全性，氣化設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)當(dāng)配置一些氮?dú)饣蛘叨趸細(xì)馄?，定期向煤粉罐充入惰性氣體，保護(hù)煤粉儲(chǔ)存的安全性。

也可以選購一套不同制氮能力的制氮裝置，提供99%濃度的氮?dú)?。制氮裝置采用變壓吸附原理，以壓縮空氣為氣源，通過二個(gè)吸附器交替吸附空氣中的氧氣，實(shí)現(xiàn)制氮功能。

三、使用的煤粉技術(shù)指標(biāo)、供應(yīng)渠道

干煤粉氣化設(shè)備要求使用單一煤種磨制的煤粉，要求使用揮發(fā)份大于28%的煙煤或者更高揮發(fā)份的褐煤，煤炭場(chǎng)地優(yōu)先考慮陜西神木與府谷的高熱值低硫煤、內(nèi)蒙鄂爾多斯東勝煤田的煤炭、內(nèi)蒙東部的褐煤、云南褐煤等，價(jià)格低，品質(zhì)高，具體指標(biāo)如下：

1.發(fā)熱量：大于4000kcal/kg（低位熱值）；

2.揮發(fā)份：大于28%：

3.灰熔點(diǎn)：流動(dòng)溫度5T小于1250℃；

4.硫：推薦0.3-0.5%白勺低硫煤：

5.含水量：小于6%。

近年來，隨著天然氣作為清潔能源的廣泛應(yīng)用，天然氣價(jià)格大幅上漲，我國天然氣消費(fèi)以年均15%的速度快速增長(zhǎng)，國產(chǎn)資源已不能滿足市場(chǎng)需求，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看我國將會(huì)面臨較大的天然氣缺口。尤其冬季生活用天然氣和取暖用天然氣量非常大，限時(shí)用氣已經(jīng)成為必然，很多加氣站都沒有天然氣可加，因此，天然氣的使用風(fēng)險(xiǎn)非常大。而我國的煤炭探明儲(chǔ)量和遠(yuǎn)景儲(chǔ)量還是相當(dāng)豐富，從資源量分析，煤炭具有中長(zhǎng)期保證能力，并且生產(chǎn)和消費(fèi)的數(shù)量大，比重高，在近50年內(nèi)，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位不會(huì)改變。我國煤炭開采的過程、數(shù)量和成本基本不受國際上不確定政治、經(jīng)濟(jì)因素的影響。因此，煤炭不但是現(xiàn)在我國能源供給的主要部分，甚至是國家能源的最后退路。煤炭的科學(xué)開發(fā)、潔凈高效利用是今后的戰(zhàn)略趨勢(shì)。干煤粉氣化燃燒設(shè)備具有占地小，投資少，建設(shè)周期短，防火間距小，建站靈活，使用安全，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，易于管理，看站人員少，工作壓力低等優(yōu)點(diǎn)。干煤粉氣流床氣化技術(shù)從經(jīng)濟(jì)上、環(huán)保上、長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展上都有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。