3组主要气化工艺及8种典型气化炉图文详解!【建筑工程类独家文档首发】

  3组主要气化工艺及8种典型气化炉图文详解!【建筑工程类独家文档首发】pdf

  种典型气化炉图文详解！【建筑工程类独家文档首发】一、气化简介气化是指含碳固体或液体物质向主要成分为H2和CO的气体的转换。所产生的气体可用作燃料或作为生产诸如NH3或甲醇类产品的化学原料。气化的限定化学特性是使给料部分氧化；在燃烧中，给料完全氧化，而在热O2的情况下经过热降解。气化的氧化剂是O2或空气和，一般为蒸汽。蒸汽有助于作为一种温度调节剂作用；因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应（即吸收热）。空气或纯O2的选择依几个因素而定，所产生的气体用途和气化炉的类型。气化最初的主要应用是将煤转化成燃料气，用于民用照明和供暖。虽然在中国（及东欧）气化仍有上述用途，但在大多数地区，由于可利用天然气，这种应用已逐渐消亡。最近几十年中，气化大多数都用在石化工业，将各种碳氢化合物流转换成合成气，如为制造甲醇，为生产NH3提供H2或为石油流氢化脱硫或氢化裂解提供H2。另外，气化更为专门的用途还包括煤转换为合成汽车燃料（在南非应用）和生产代用天然气（SNG）（至今未有商业化应用，但70年代末和80年代初已受到重视）二、气化工艺的种类有多种不同的气化工艺。这些工艺在某些方面差别很大，例如，技术设计、规模、参考经验和燃料处理。最实用的分类方法是按流动方式分，即按燃料和氧化剂经气化炉的流动方式分类。正像传统固体燃料锅炉可以划分成三种基本类型（称为粉煤燃烧、流化床和层燃），气化炉分为三组：气流床、流化床和移动床（有时被误称为固动床）流化床气化炉完全类似于流化床燃烧器；气流床气化炉的原理与粉煤燃烧类似，而移动床气化炉与层燃类似。每种类型的特性比较见表气流床气化炉在一台气流床气化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）一起汇流。气流床气化炉的主要特性是其温度非常高，且均匀（一般高于1000），气化炉内的燃料滞留时间很短。由于这一原因，给进气化炉的固体必须被细分并均化，就是说气流床气化炉不适于用生物质或废物等类原料，这类原料不易粉化。气流床气化炉内的高温使煤中的灰溶解，并作为熔渣排出。气流床气化炉也适于气化液体，如今这种气化炉主要在炼油厂应用，气化石油原料。现在，运营中的或在建的几乎所有煤气化发电厂和所有油气化发电厂都已选择气流床气化炉。气流床气化炉包括德士古气化炉、两种类型的谢尔气化炉（一种是以煤为原料，另一种以石油为原料）、Prenflo气化炉和Destec化炉。其中，德士古气化炉和谢尔油气化炉在整个世界已有100部以上在运转。流化床气化炉在一个流化床内，固体（如煤、灰）悬浮在一般向上流动的气流中。在流化床气化炉内，气体流包含氧化介质（一般是空气而非O2）。流化床气化炉的重要特点（像流化床燃烧器一样）是不能让燃料灰过热，以至熔化粘接在一起。假如燃料颗粒粘在一起，则流化床的流态化作用将停滞。空气作为氧化剂的作用是保持温度不高于~1000。这表示流化床气化炉最适合用比较易反应的燃料，如生物质燃料。流化床气化炉的优点包括能接受宽范围的固体供料，包括家庭垃圾（经预先适当处理的）和生物质，如木柴，灰份非常高的煤也是受欢迎的供料，尤其是那些灰熔点高的煤，因为别的类型的气化炉（气流床和移动床）在熔化灰形成熔渣中损失大量能。流化床气化炉包括高温温克勒（HTW），该气化炉由英国煤炭公司开发，目前MitsuiBabcock能源有限公司（MBEL）销售，作为吹空气气化联合循环发电（ABGC）的一部分。在运转的大型流化床气化炉相对较少。流化床气化炉不适用液体供料。移动床气化炉在移动动床气化炉里，氧化剂（蒸汽和O2）被吹入气化炉的底部。产生的粗燃料气通过固体燃料床向上移动，随着床底部的供料消耗，固体原料逐渐下移。因此移动床的限定特性是逆向流动。在粗燃料气流经床层时，被进来的给料冷却，而给料燥和脱去挥发分。因此在气化炉内上下温度显着不同，底部温度为1000或更高，顶部温度大约500。燃料在气化过程中脱除挥发分意味着输出的燃料气含有大量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料气在出口处用水洗来除去焦油。其结果是，燃料气不需要在合成气冷却器中来高温冷却，假如燃料气来自气流反应器，它就需冷却。移动床气化炉为气化煤而设计，但它也能接受其他固体燃料，比如废物。有两项主要的移动床气化炉技术。20世纪30年代开发出早期的鲁尔干法排灰气化炉，已大范围的应用于城市煤气的生产，在南非用于煤化学品生产。在该气化炉内，床层底部温度保持在低于灰熔点，这样煤灰就可作为固体排出。20世纪70年代，鲁尔公司，然后是英国煤气公司（现在的BGplc）开发了底部温度足以使灰熔化的液态排渣炉。这种气化炉称为BGL（BG-Lurgi化炉。目前，有几台BGL气化炉在电厂安装，用来气化固态废料和共同气化煤和废物。结语：任何一个人，都要必须养成自学的习惯，即使是今天在学校的学生，也要养成自学的习惯，因为迟早总要离开学校的！自学，就是一种独立学习，独立思考的能力。行路，还是要靠行路人自己。努力学习，勤奋工作，让青春更加光彩。本文由王敏老师编辑整理，感谢大家的支持！生物质由于对CO2排放的关注，生物质在欧盟和美国越来越成为一种重要的燃料。生物质气化发电厂的发展，使之比生物质燃烧更具成本竞争力。典型项目将是利用农业和森林废料的热电联产计划，例如，在斯堪的纳维亚、中国、加拿大、印度和巴西的偏远地区。废物气化是一种好的、费用高的处理废物的方法，如对城市固体垃圾和下水道淤泥，二者均纯净并和煤进行联合气化。这种方法与废物焚烧相比有着非常明显的优点，如只产生惰性固体残渣并消除了产生有害二氧化物的可能性。与废物焚烧相比，欧洲部分关切环境的国家将首先采用废物气化，例如，德国和瑞士。到2010年欧洲新建废物处理厂约15%都将采用气化技术。生物质和废物气化技术的更进一步应用是为现有燃油、燃煤锅炉的部分增容生产燃料气。有几个项目已在运行中。生物质和废物不能在常规锅炉中直接用。原则上，其低成本或无成本可使其成为着迷的燃料，但它们不能被燃烧，因为它们不能被破碎成粉状。空气喷吹气化使其转化为燃料气，这样就可在锅炉中燃烧，提供了一种废物回收处理方法。七、有必要进行的研究与开发目前气化发电技术的弱点是基建成本高、可靠性低（至少对燃煤IGCC而言）和操作灵活性差。目前其优势是效率高和环境性能好。很明显在短期到中期内，研究与开发的重点应集中在减少相关成本和提高可靠性与可操作性。此项研究与开发可分成以下个主要领域：1．气化基础原理的研究；2．提高单个设备部件性能的研究与开发；3．改进整体工艺配置与设计的研究与开发。要求对气化的基础原理进行研究，以增加IGCC技术在燃料选择方面的灵活性。这样有必要了解气化反应速度和碳转化率并预测各种煤和其他燃料的可气化性，灰炉渣的性能及流化床气化炉脱硫的潜力。要对改进下列IGCC的组成部分进行研究与开发，使它们的可靠性更强、造价更便宜：气化炉/合成气冷却器；空分装置。对气化炉和合成气冷却器的研究与开发集中在合金性能的改进和制造工艺 上，以增强抗腐蚀性并降低这些部件的成本。 对加压煤给料系统（包括干式粉煤系统和型煤系统）需要提高其可靠性并降 低成本。 对热煤气净化系统的改进可以通过用较便宜的方法替代现在使用的常规低 温法来降低 IGCC成本。对研究与开发的要求是提高热煤气过滤器和热煤气 脱硫系统的可靠性。 IGCC燃气轮机的优先研究与开发是改进低热值合成气的燃烧系统。也要求对燃气轮机的坚固性进行进一步的研究， 使其能够燃烧未清洁或部分清洁 的合成气。 要求进行的更进一步的工作是使空分装置成功地并入 IGCC、并成为一体化。 有两点需要注意， 对高集成化的空分装置要改进控制系统， 并作好动态模拟。 从长远观点来看，还需要为常规低温空分装置寻找替代方案以减少相关成本。 IGCC研究与开发的一个关键领域是使整个厂的结构与配置最优化。 需要研究 的具体问题是： 经济优化技术范围内做综合操作性评估。八、结论 对固体、液体燃料和废物的气化为发电提供燃料气是一种在效率和环境方面都非常着迷的方法。 例如，燃煤IGCC能够在效率方面与最有效的粉煤燃烧锅炉相匹敌或略胜 一筹，并实现了排放性能的明显改进。然而目前燃煤 IGCC存在造价高、可 靠性和可操作性相对差的缺点。 这些缺点将限制 IGCC的利用，在今后 10-15 年约占新建燃煤电厂的 10%，美国和中国将成为主要市场。 炼油厂面临着质量较差的原油和对其精炼产品如柴油和汽油成分的愈加严格的要求，其残渣和石油焦的气化在原则上成为一种着迷的选择。以 炼油厂为基础的 IGCC项目对可靠性的依赖程度取决于廉价天然气的可获性 及当地电力市场。欧洲已在进行若干项燃烧重燃油的项目，接着还有更多项 目要开展；印度也可能有大量燃烧炼油厂残渣的 IGCC项目，取决于于可接 PPAs的可获性。美国进行若干项燃烧石油焦的IGCC项目。 对于生物质和废物等燃料的利用机会来讲，小规模气化厂也许是一种有吸 引力的选择，特别是在偏远地区。然而，与其它如流化床锅炉的轻化方法相 比，这些小气化厂需要具有成本竞争力。生物质和废物气化还允许现有的锅 炉能够利用这种燃料。家庭垃圾的气化在环境方面非常具着迷，在今后 10-15 年将对欧洲的废物处理起到及其重要的作用。 有许多已经商业化证实的气化炉。分为三个主要种类：气流床、流化床和移动床。气流床气化炉适用于煤和油。流化床气化炉非常适合于生物质和废 物气化及高灰煤。移动床气化炉适用于煤和固态废料。 气化技术在发电工业的成功应用将依赖于成本的降低和可靠性及可操作性的增强。这些是研究与开发的关键领域。最重要的研究与开发领域如下： 提高IGCC主要设备部件的可靠性并降低基建成本； 对整个IGCC工艺进行最优化设计。 结语：任何一个人，都要必须养成自学的习惯，即使是今天在学校的学生， 也要养成自学的习惯， 因为迟早总要离开学校的！ 自学，就是一种独立学习， 独立思考的能力。行路，还是要靠行路人自己。努力学习，勤奋工作，让青 春更加光彩。 本文由王敏老师编辑整理，感谢大家的支持！