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| 煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用前景 發(fā)表于: 2011/12/5 16:30:50 |
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| 我國的能源供應(yīng)和消費(fèi)結(jié)構(gòu), 決定了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)該結(jié)合低碳經(jīng)濟(jì)的要求, 合理科學(xué)地利用煤炭資源, 大力開發(fā)應(yīng)用潔凈煤技術(shù)。常壓固定床煤氣發(fā)生爐氣化作為在中國應(yīng)用較早潔凈煤技術(shù), 多年來得到了廣泛的應(yīng)用, 今后仍然是工業(yè)燃料氣化的主要煤炭氣化供氣技術(shù)。通過技術(shù)創(chuàng)新, 對發(fā)生爐煤氣站在余熱利用、煤炭和電力節(jié)約、提高氣化效率、減少事故放散排放等方面強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)步, 同時(shí)采取有效措施, 強(qiáng)化發(fā)生爐水煤氣反應(yīng), 生產(chǎn)低碳煤氣, 使發(fā)生爐煤氣站符合中國能源結(jié)構(gòu)和低碳經(jīng)濟(jì)的要求, 可以有效延長其市場的生命周期。 近年來, 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 能源消耗迅速增長, CO2 排放量急劇攀升, 荷蘭研究機(jī)構(gòu)荷蘭環(huán)境評估局 ( MNP) 公布的數(shù)據(jù)顯示, 2007 年中國的CO2 排放量為67. 2 億t, 約占世界總排放量的14。哥本哈根會(huì)議前夕, 國務(wù)院作出決定, 到2020 年我國單位GDP的CO2 排放比2005 年下降40%- 45% , 作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長期規(guī)劃, 隨之低碳經(jīng)濟(jì)的概念開始引起人們的廣泛關(guān)注。我國是世界上煤炭資源較為豐富的國家之一, 煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占有舉足輕重的地位, 我國的能源狀況決定了其經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開煤。基于低碳經(jīng)濟(jì)的要求, 對現(xiàn)有的煤炭利用技術(shù)進(jìn)行全生命周期和能源利用效率的評價(jià)和測定, 以技術(shù)創(chuàng)新為手段, 以節(jié)能減排為突破口, 重新規(guī)劃其發(fā)展方向, 符合中國現(xiàn)行的產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求1、我國的能源供應(yīng)及消費(fèi)狀況：能源一般分為一次能源和可再生能源, 其中一次能源主要是化石能源( 煤炭、石油和天然氣) 。綜觀世界化石能源儲(chǔ)量, 煤炭在化石能源中占首位, 占世界化石能源儲(chǔ)量的60. 31%; 而我國又是煤儲(chǔ)量最多的國家, 占其化石能源儲(chǔ)量的92. 94%。以2009 年為例, 我國原油產(chǎn)量約為1. 895 億t, 天然氣產(chǎn)量約為830 億, 煤炭總產(chǎn)量約為30 億t, 根據(jù)專家預(yù)測, 我國以煤為主的格局在相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)難以改變, 到本世紀(jì)中葉,煤炭在我國能源消費(fèi)中的比例仍然保持在50% 左右。目前, 我國大力發(fā)展風(fēng)力、水力、太陽能和核能發(fā)電, 以求盡量改善能源構(gòu)成格局, 但從其目前在能源構(gòu)架中所占比例和發(fā)展勢態(tài)看, 在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi), 無法以此從根本上改變我國能源供應(yīng)的結(jié)構(gòu)。就能源消費(fèi)狀況而言, 2006 年煤炭、石油、天然氣在我國整個(gè)能源消費(fèi)構(gòu)架中所占比例分別為: 69. 7%、21. 1% 和3. 0%。2006 年世界前三位煤炭消費(fèi)量國家分別為中國、美國和印度, 中國煤炭消費(fèi)11. 988 億t 油當(dāng)量, 占世界38. 8%, 比美國高出20. 4 個(gè)百分點(diǎn), 比印度高出31. 1 個(gè)百分點(diǎn)[1] 。由此可見, 無論從能源供應(yīng)構(gòu)架, 還是從目前的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)角度去審視, 我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都不能遠(yuǎn)離煤炭資源, 低碳經(jīng)濟(jì)并非無碳經(jīng)濟(jì), 合理科學(xué)地利用煤炭資源, 大力開發(fā)潔凈煤應(yīng)用技術(shù)符合中國能源安全戰(zhàn)略。2 、基于低碳經(jīng)濟(jì)的煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用前景及發(fā)展方向 2. 1、 煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用前景：煤炭氣化是煤炭潔凈利用技術(shù)的一種, 按照煤在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式, 氣化方式可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化; 按照氣化爐內(nèi)操作壓力又可將氣化方式分為加壓氣化和常壓氣化兩種。煤炭氣化技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域較多, 如化工合成原料氣、工業(yè)燃?xì)�、民用煤氣、冶金還原氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)�、燃料油合成原料氣、煤炭氣化制氫�? 不同的氣化方式適合于不同的應(yīng)用領(lǐng)域, 例如Lurgi 加壓固定床氣化爐、Texaco加壓流化床氣化爐和Shell 加壓氣流床氣化爐多用于生產(chǎn)化工合成氣和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電( IGCC) 燃?xì)? 魯奇爐多用于民用煤氣生產(chǎn); 常壓固定床煤氣發(fā)生爐多用于工業(yè)燃?xì)獾墓⿷?yīng)[ 2- 3] 。常壓固定床發(fā)生爐煤氣的主要可燃成分中含碳化合物為CO27% - 30%、CH4 及CmHn2%-4%, 另外不可燃成分中還含有4% - 6%CO2。工業(yè)燃料煤氣在加工和使用過程中, 煤氣燃燒產(chǎn)生的CO2 最多, 約占總排放量的94%, 其次是煤氣生產(chǎn)、凈化和輸配過程耗電產(chǎn)生的間接CO2 排放, 約占總排放量的5%, 燃燒輔助系統(tǒng)耗電產(chǎn)生的間接CO2排放量最少[ 4] 。發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝簡單、氣化劑供應(yīng)及煤炭預(yù)處理等工序能耗較小, 其系統(tǒng)能量利用效率較高[ 5] 。就作為工業(yè)燃料氣的CO2 排放量和系統(tǒng)能量利用效率而言, 并不遜于其他氣化工藝。常壓固定床煤氣發(fā)生爐氣化技術(shù)在我國應(yīng)用較早, 就其生產(chǎn)規(guī)模、投資成本、建設(shè)周期而言, 符合多數(shù)冶金、化工、建材和機(jī)械等行業(yè)的用氣要求, 多年來得到了較為廣泛的應(yīng)用, 目前國內(nèi)正在使用的煤氣發(fā)生爐達(dá)數(shù)千臺。從目前煤氣發(fā)生爐的應(yīng)用領(lǐng)域和推廣范圍, 以及作為工業(yè)燃料氣的CO2 排放量和系統(tǒng)能量利用效率角度綜合分析可以看出, 今后常壓固定床發(fā)生爐氣化仍然是工業(yè)燃料氣的主要煤炭氣化供氣技術(shù)。2. 2 、基于低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)生爐煤氣站的技術(shù)發(fā)展方向 2. 2. 1、低碳經(jīng)濟(jì)對發(fā)生爐煤氣站的要求：低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式, 是含碳燃料所排放的CO2 顯著降低的經(jīng)濟(jì)。與傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長模式相比, 低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)是能源高效利用, 清潔能源開發(fā)、追求綠色GDP, 核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展概念的根本轉(zhuǎn)變, 最終目的是實(shí)現(xiàn)世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6] 。對發(fā)生爐煤氣站而言, 低碳經(jīng)濟(jì)首先要求其煤氣生產(chǎn)系統(tǒng)自身具有低能耗、低污染和低排放的特點(diǎn), 其次要保證所提供的煤氣燃燒后產(chǎn)生盡量少的CO2 排放。2. 2. 2、煤氣生產(chǎn)系統(tǒng)的低能耗、低污染和低排放1) 余熱的利用。發(fā)生爐煤氣站系統(tǒng)余熱資源, 主要集中在煤氣顯熱方面, 一段爐其煤氣出口溫度達(dá)500-600 ∀ , 兩段爐下段煤氣出口溫度一般為450-550 ∀ , 這部分煤氣顯熱的回收利用可以大大提高煤氣站的系統(tǒng)熱效率。文獻(xiàn)[ 7] 介紹了煤氣顯熱的兩種利用方式, 其一, 利用煤氣顯熱蒸發(fā)汽化含酚廢水后,將酚水蒸汽作為爐底氣化劑應(yīng)用; 其二, 利用煤氣顯熱生產(chǎn)水蒸汽, 供設(shè)備及管道保溫加熱應(yīng)用。但顯熱利用后的煤氣溫度仍然在200 ∀ 左右, 這部分顯熱仍然存在再利用空間。另外, 目前常壓固定床煤氣發(fā)生爐多為濕式出灰, 從氧化層下來的高溫灰渣, 直接落入灰盤水中, 造成灰渣顯熱的無謂浪費(fèi), 改變發(fā)生爐出灰方式, 可以有效收集并利用這部分余熱資源。2) 煤炭資源的節(jié)約。發(fā)生爐煤氣站煤炭資源的節(jié)約利用, 首先應(yīng)采取有效措施降低灰渣含碳量, 因?yàn)閷τ诿簹獍l(fā)生爐而言, 灰渣含碳量的高低對煤炭氣化利用率的影響最大; 其次是減少爐出煤氣攜灰, 因?yàn)槊簹饬鲾y帶的灰塵多為未氣化的煤粉�，F(xiàn)階段煤氣發(fā)生爐灰渣含碳量多數(shù)維持在10% - 15% , 而有些煤氣發(fā)生爐由于設(shè)備工藝落后, 其灰渣含碳量有時(shí)高于20%。改進(jìn)煤氣發(fā)生爐結(jié)構(gòu)及氣化工藝, 優(yōu)化操作指標(biāo), 降低灰渣含碳量, 是提高氣化效率、減少煤氣發(fā)生爐能耗的有效途徑。一段式煤氣發(fā)生爐操作時(shí), 空層高、料層薄, 加煤、插釬和煤料熱爆產(chǎn)生大量煤粉, 被煤氣攜出, 從而造成資源浪費(fèi)。兩段式煤氣發(fā)生爐在插釬、煤料熱爆時(shí), 其下段煤氣仍有許多飛灰攜出, 與一段爐比較煤粉攜出量要少許多, 但煤炭資源的浪費(fèi)同樣嚴(yán)重。文獻(xiàn)[ 8] 介紹的干餾式煤氣發(fā)生爐, 在煤氣減少攜灰方面大大優(yōu)于一段爐和兩段爐, 在氣化段煤料熱爆產(chǎn)生的煤灰和探火打釬時(shí)攪起的煤灰, 隨煤氣進(jìn)入干餾段, 經(jīng)過厚厚的料層過濾后, 基本全部沉積下來, 到氣化段后又重新進(jìn)行氧化還原反應(yīng), 煤炭資源利用較為充分。3) 電力資源的節(jié)約。發(fā)生爐煤氣站生產(chǎn)系統(tǒng)中,電力消耗僅次于煤炭消耗, 系統(tǒng)裝機(jī)容量幾百甚至幾千千瓦, 其電力消耗最大的是空氣鼓風(fēng)機(jī)和煤氣加壓機(jī), 文獻(xiàn)[ 9] 介紹了基于電機(jī)變頻技術(shù)的用氣點(diǎn)煤氣流量變化與煤氣加壓機(jī)、空氣鼓風(fēng)機(jī)和飽和溫度的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)方案, 方案中采用變頻器控制煤氣加壓機(jī)和空氣鼓風(fēng)機(jī)兩個(gè)煤氣站電耗最大的設(shè)備, 在保證發(fā)生爐煤氣站自動(dòng)恒壓供氣同時(shí), 有效節(jié)約了系統(tǒng)的電力消耗。但發(fā)生爐煤氣站除了空氣鼓風(fēng)機(jī)和煤氣加壓機(jī)的耗電外, 還有諸如水泵、清灰機(jī)、加煤機(jī)電機(jī), 以及靜電除焦油( 塵) 器等的電力消耗, 節(jié)電空間仍然較大。4) 氣化效率的提高。通過優(yōu)化發(fā)生爐結(jié)構(gòu), 強(qiáng)化爐底均勻布風(fēng), 改善發(fā)生爐清灰狀況, 可以使發(fā)生爐氣化效率得以有效提高; 利用富氧氣化等工藝在提高發(fā)生爐氣化強(qiáng)度的基礎(chǔ)上, 還可以使煤氣熱值得以提高,使同熱值煤氣的體積得以降低, 從而降低煤氣凈化、冷卻及加壓輸送的能耗。5) 減少事故放散排放。煤氣發(fā)生爐烘爐、點(diǎn)爐送氣或事故熱備時(shí)需向外排放廢氣。其中烘爐時(shí)廢氣以CO2 為主, 點(diǎn)爐送氣前期排放廢氣以CO2 為主, 隨CO濃度增加達(dá)到送氣標(biāo)準(zhǔn), 則停止排放, 這些都屬于正常設(shè)備操作。當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)故障進(jìn)行維修時(shí), 需要將煤氣發(fā)生爐轉(zhuǎn)入熱備狀態(tài), 此時(shí)放散氣體為CO 和CO2 , 熱備時(shí)間越長, 放散氣體越多, 污染越嚴(yán)重。利用事故樹分析法分析煤氣站可能發(fā)生的各種故障, 建立故障庫和專家信息庫, 結(jié)合模糊理論等技術(shù)手段, 最終確立發(fā)生爐煤氣站專家診斷系統(tǒng), 隨時(shí)觀察記錄系統(tǒng)操作數(shù)據(jù), 將操作數(shù)據(jù)整理分析, 通過科學(xué)的方法找出不正�，F(xiàn)象的癥結(jié)所在, 將可能發(fā)生的事故消滅于萌芽狀態(tài), 降低設(shè)備系統(tǒng)故障率, 可以有效減少事故放散次數(shù)及總排放量。
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