第28卷,總第159期《節(jié)能技術(shù)》VoL 28，Sum. No. 1592010年1月,第1期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOCYJan. 2010, No.1煤質(zhì)對(duì)固定床氣化爐氣化性能影響的工業(yè)試驗(yàn)研究宿鳳明,劉江,米文真(中國(guó)電能成套設(shè)備有限公司,北京 00011)摘要:在使用 煙煤作為設(shè)計(jì)氣化燃料的Lurgi 固態(tài)排渣氣化爐上,進(jìn)行了褐煤氣化實(shí)驗(yàn),獲得了褐煤固定床氣化的工業(yè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn),確定了煤質(zhì)改變條件下的Lurgi固定床氣化爐的最佳工藝參數(shù),并獲得了褐煤的最佳氣化指標(biāo)。研究表明,針對(duì)煤質(zhì)的特殊性采取一些針對(duì)性措施，可以在使用煙煤的固定床氣化爐上完成褐堞氣化,為設(shè)計(jì)褐煤固定床氣化提供有力的參考。關(guān)鍵詞:氣化;固定床;工業(yè)試驗(yàn);褐煤中圖分類號(hào):TK229. 8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002 - 6339 (2010) 01 -0021 -04Industrial Test Research on the Influence of CoalTypes to Fixed - bed GasifierSU Feng - ming, LIU Jiang, MI Wen - zhen(Electric Power Complete Set of Equipment Co. , Ldd, Bejing 1001, China)Abstract: The gasification tests were performned on a Lurgi gasifier by using the lignite as the gasified fu-el, whereas the original designed fuel of this gasifier is bituminous coal. According to the data obtainedfrom the optimized tests , the optimum conditions under specialized coal types were determined, and theoptimum gasification courses were researched under these conditions. It was indicated that lignite gasifica-tion is possible on gasifter with bituminous coal as the originally designed fuel, but some special measure-ments to the practical fuel were necessary during the gasification.Key words :Gasification; Fixed - bed; Industrial test; Lignite以來(lái)到現(xiàn)在,我國(guó)有3000多臺(tái)固定床氣化爐在運(yùn)0前言行,其中國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的爐型為由原聯(lián)邦德國(guó)煤炭作為我國(guó)最主要的一-次能源,占我國(guó)能源魯奇公司開(kāi)發(fā)的Lurgi加壓固定床氣化爐。消費(fèi)比例的70%以上。高效清潔地利用煤炭對(duì)于Lurgi氣化爐對(duì)煤種和煤質(zhì)有一定要求,適合使保障我國(guó)的能源供應(yīng)安全,實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持用弱黏結(jié)、高灰熔點(diǎn)的煤種，對(duì)強(qiáng)黏結(jié)性、熱穩(wěn)定性續(xù)發(fā)展具有重要的意義。煤的氣化技術(shù)是潔凈煤技差、灰熔點(diǎn)低以及粉狀煤則難以使用,因此Lurgi氣術(shù)的一部分,在潔凈煤技術(shù)中占有重要的位置。從化爐設(shè)計(jì)煤種-般以煙煤為主。 氣化過(guò)程對(duì)用煤的我國(guó)煤氣化技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀來(lái)看,固定床煤氣化技穩(wěn)定性要求較為苛刻,如果氣化用煤的煤質(zhì)和設(shè)計(jì)術(shù)目前仍有其自身存在的優(yōu)勢(shì)。自20世紀(jì)50年代煤質(zhì)”:安全性和可靠性中國(guó)煤化工帶來(lái)-化的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指收稿日期2009-12 -24修訂稿日期2010-01 -19標(biāo)。YH.CNMHG:件下運(yùn)行的工作作者簡(jiǎn)介:宿鳳明( 1970~ ) ,男,博士學(xué)位。能力,對(duì)多煤種的氣化操作條件進(jìn)行優(yōu)化,擴(kuò)寬Lur-●21●gi氣化爐的煤種應(yīng)用空間,提高煤氣化效率,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。煤斗文獻(xiàn)[3]對(duì)固定床氣化過(guò)程中的關(guān)鍵影響因素對(duì)氣化過(guò)程的影響規(guī)律進(jìn)行了理論研究,重點(diǎn)考察煤債了汽氧比、氣化強(qiáng)度等對(duì)氣化指標(biāo)的影響規(guī)律;文獻(xiàn)徽冷掖[4 ,5]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究,分析了褐煤固定床氣化過(guò)程的關(guān)鍵影響因素及其- -般規(guī)律。 但上述所做黴冷器水夾套的工作沒(méi)有涉及一臺(tái)氣化爐改變煤質(zhì)條件下的氣化過(guò)程的特性規(guī)律。粗煤氣在使用煙煤作為設(shè)計(jì)氣化燃料的Lurgi固態(tài)排旋轉(zhuǎn)爐篦氣化劑渣氣化爐上,進(jìn)行了褐煤氣化實(shí)驗(yàn),獲得了褐煤固定床氣化的T.業(yè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究,確定灰債了煤質(zhì)改變條件下的Lurgi固定床氣化爐的最佳操干式出灰作條件,并獲得了煙煤和褐煤的最佳氣化指標(biāo)。圖!魯奇固定床氣化爐示意圖1試驗(yàn) 系統(tǒng)及其試驗(yàn)方案所使用的煤質(zhì)包括煙煤和褐煤兩種,其中煙煤工業(yè)試驗(yàn)在Lurgi固定床氣化爐上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)是氣化爐的設(shè)計(jì)煤質(zhì),褐煤是考慮拓寬煤種后擬采系統(tǒng)由一個(gè)氣化爐及其附屬設(shè)備組成,包括煤倉(cāng)、煤用的實(shí)驗(yàn)煤質(zhì)。煤質(zhì)情況見(jiàn)表1。試驗(yàn)用褐煤屬于鎖氣化爐、灰鎖、洗滌冷卻器、灰鎖膨脹冷凝器、廢年輕褐煤,煤中水分高、灰分適中、堆比重較小硫含熱鍋爐、粗煤氣分離器以及液壓、潤(rùn)滑系統(tǒng)等。氣化量較低,活性好,適用于作為魯奇加壓氣化的原料。過(guò)程采用的是自熱式逆流移動(dòng)床連續(xù)氣化工藝,以為考察氣化的性能,參考通用的煤氣化性能指碎煤為原料,以蒸汽和氧氣為氣化劑,在2.85 ~標(biāo)的定義,規(guī)定如下經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的定義。3.0 MPa壓力下,進(jìn)行氣化反應(yīng)生成粗煤氣。粗煤汽氧比:送入氣化爐的水蒸氣質(zhì)量和氧氣質(zhì)量氣經(jīng)氣化爐上部出氣口后進(jìn)人噴淋洗滌冷卻器,用比。循環(huán)煤氣水將粗煤氣中的大部分粉塵和焦油洗滌下粗煤氣產(chǎn)率:送入氣化爐的單位質(zhì)量的煤所產(chǎn)來(lái),并且將粗煤氣激冷到201C。生的粗煤氣的質(zhì)量。氣化爐底部的灰通過(guò)旋轉(zhuǎn)爐篦上的三把刮刀刮氣化強(qiáng)度:單位時(shí)間單位氣化爐截面上產(chǎn)生的入灰鎖。正常情況下根據(jù)人爐煤的狀況、排出灰的粗煤氣的標(biāo)準(zhǔn)體積。顏色、塊度、爐篦電流粗煤氣分析等來(lái)判斷和調(diào)整氣化效率:氣化生成煤氣的化學(xué)能與氣化用煤汽氧比。汽氧比的控制是自動(dòng)比值調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)整的化學(xué)能之比。汽氧比始終保持氣化爐在+排淹T.況下運(yùn)行。表1試驗(yàn) 用的煤質(zhì)情況ladadFCadSt,aed Qnel,arDSF煤質(zhì)%MJ/kg__ Cc煙媒6-11 16~30 25-32 38-42 0.5-0.8 4300 1 1901 2201 250褐煤19. 5115. 0631.0234.400.4315.711 1131 226(1)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)2試驗(yàn)結(jié)果及 其分析氣化經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是選擇氣化條件的最重要的因工業(yè)試驗(yàn)分為四個(gè)階段進(jìn)行,即:(1)最佳汽氧素之一。在本次固定床氣化工業(yè)試驗(yàn)中,重點(diǎn)考察比實(shí)驗(yàn)階段;(2)在最佳汽氧比條件下滿負(fù)荷穩(wěn)定了汽氧比、粗煤氣產(chǎn)率、氣化強(qiáng)度和氣化效率在氣化運(yùn)行實(shí)驗(yàn)階段;(3)高負(fù)荷試驗(yàn)階段;(4)CO2返爐爐變煤質(zhì)操作時(shí)的變化情況,同時(shí)通過(guò)對(duì)粗煤氣的試驗(yàn)階段。的成分分析,獲得了試驗(yàn)用煙煤和褐煤的煤氣成分。通過(guò)上述各個(gè)階段的試驗(yàn),對(duì)兩種煤質(zhì)的經(jīng)濟(jì)表中國(guó)煤化工比,表3為氣化煤指標(biāo)和操作特征進(jìn)行了綜合的總結(jié),獲得了變煤質(zhì)MHCNMH G煤的發(fā)熱量低于煙條件下氣化的操作條件及其氣化參數(shù)。煤的發(fā)熱量,以及由于煙煤和褐煤在氣化反應(yīng)條件●22●上的巨大差異,造成了煙煤和褐煤在氣化經(jīng)濟(jì)性和煤有關(guān)。由于褐煤的發(fā)熱量偏低,所以在褐煤的汽氣化煤氣成分上的差異。在從試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比看,在化強(qiáng)度遠(yuǎn)高于煙煤的條件下,褐煤的粗煤氣產(chǎn)率卻氣化煤氣成分上,煙煤和褐煤的主要煤氣成分，即低于煙煤。CO和H2的含量差異不大，差異在2%左右;CH4的從氣化的主要經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和煤氣成分的分析含量略有不同,褐煤偏多。從氣化的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)看,看,以煙煤設(shè)計(jì)的氣化爐進(jìn)行褐煤的氣化過(guò)程不存在獲得相同的氣化效率的前提下,褐煤的汽氧比要在問(wèn)題,但是在進(jìn)行氣化過(guò)程運(yùn)行操作時(shí),需要進(jìn)行高于煙煤的汽氧比,這主要和褐煤中C/H比低于煙特殊的考慮。表2氣化經(jīng)濟(jì) 性的對(duì)比汽氧比，煤耗，氧耗，然汽消耗，粗煤氣產(chǎn)率，氣化強(qiáng)度，氣化效率，煤質(zhì)%V/km'粗煤氣m'/km'粗煤氣y/km3粗煤氣m2/1煤 m' 粗煤氣/m2. h_ %__‘煙煤5.60.751450.861 2582 84070.5褐煤6.91.061260.879463 49870.6表3試驗(yàn) 獲得的煤氣主要成分粗煤氣熱值，Cth2CH4CO2N)2H2S C.H,W/m'煙煤2559.4. 186 819.86 39.37 10.79 29.22 0.28 0.4 0.12 0.612646*4.186817.22 38.56 13.21 29.63 0.3 0.39 0.323 0.7(2)加煤頻次漸抬高，煤鎖下部缺煤較多。試驗(yàn)證明負(fù)荷在試驗(yàn)所用的褐煤的堆密度平均為780 kg/m' ,設(shè)6 000 Nm'/h時(shí)為試驗(yàn)最大極限負(fù)荷,再要提高負(fù)荷計(jì)用煙煤的堆積密度平均為920 kg/m' ,由于褐煤中仍受加煤頻次制約。的無(wú)用組分,即全水分加灰分占48%,遠(yuǎn)高于煙煤(4)氣化爐排灰中,造成褐煤氣化時(shí),氣化爐加煤頻次增加。正常生利用設(shè)計(jì)的煙煤進(jìn)行氣化試驗(yàn)時(shí)，在產(chǎn)中要長(zhǎng)期維持高的加煤頻率是不現(xiàn)實(shí)的,這將影5000Nm'/h氧負(fù)荷時(shí)的氣化爐排灰量與褐煤相比響氣化爐的穩(wěn)定操作。偏低。Lurgi氣化爐主要考慮爐篦勻速轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到排灰和均勻布?xì)庹{(diào)整工況的目的，根據(jù)試驗(yàn)的灰分,建議爐篦安裝二把刮刀是適宜的。(5)溫度控制通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣化爐粗煤氣出口溫度應(yīng)控制在210~240C之間,不宜超過(guò)270C。爐頂溫度低造成夾套耗水減少，導(dǎo)致氣化爐的夾套自產(chǎn)蒸汽量少。在保證相同量氣化劑供應(yīng)的前提下,外供高溫蒸汽所占比例就會(huì)較大,這會(huì)導(dǎo)致氣化劑溫度升高,4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000 620因此通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氣化劑溫度易控制在354C左氧負(fù)荷.Nm3/h右。囝1 加煤頻次隨氧負(fù)荷的變化(6)氣化爐T.況褐煤的加煤頻次高于煙煤。試驗(yàn)中加煤頻次雖然試驗(yàn)褐煤的熱穩(wěn)定性較低,但在整個(gè)試驗(yàn)最大值出現(xiàn)在氧負(fù)荷為6000 Nm2/h的時(shí)候,加煤的過(guò)程中,氣化爐工況穩(wěn)定,沒(méi)有由于煤質(zhì)原因造成氣間隔時(shí)間達(dá)到了3.5min。正常生產(chǎn)中要長(zhǎng)期維持如化爐大幅減負(fù)荷的情況發(fā)生。此高的加煤頻率是不現(xiàn)實(shí)的,這將影響氣化爐的穩(wěn)3結(jié)論定操作。因此需要犧牲氣化過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性和安全性。(1)利用褐煤在Lurgi 型氣化爐上進(jìn)行完全工(3)氣化爐氧負(fù)荷業(yè)化試驗(yàn),結(jié)果表明試驗(yàn)褐煤用作固定床干排渣加試驗(yàn)褐煤正常氧負(fù)荷試驗(yàn)值為單爐壓氣4中國(guó)煤化工5000Nm'/h單爐負(fù)荷提高到5500Nm2/h時(shí),氣化TH.CN M H G件下,褐煤的正常爐仍能正常運(yùn)行，這應(yīng)該是氣化試驗(yàn)的最大負(fù)荷。負(fù)荷為500Nm/h,遇過(guò)咼負(fù)何試驗(yàn),褐煤的最大當(dāng)負(fù)荷提高到6000Nm'/h時(shí),煤鎖閥下溫度高點(diǎn)逐負(fù)荷為5500Nm'/h。在煤質(zhì)穩(wěn)定和加煤系統(tǒng)正常的●23●情況下,試驗(yàn)褐煤的極限負(fù)荷為6000Nm'/h,在此參考文獻(xiàn)負(fù)荷下短時(shí)間運(yùn)行也是可行的。[1]尤彪，詹俊懷，固定床煤氣化技術(shù)的發(fā)展及前景(3)褐煤氣化試驗(yàn)獲得的凈煤氣中氫碳比為[J]. 中氮肥, 2009(5): 1-7.1.86,而甲烷含量較高,H2含量偏低，這是由褐煤的[2]黃戒介，房倚天，王洋.現(xiàn)代煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與進(jìn)展[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2002, 30(5): 385 -391.特性決定的。(4)由于氣化爐煤質(zhì)的改變,氣化爐的排灰量[3]項(xiàng)友謙,朱素英.固定床煤炭加壓氣化過(guò)程的模擬會(huì)發(fā)生變化,褐煤氣化時(shí)排灰量要少于設(shè)計(jì)用煙煤與優(yōu)化[J].煤氣與熱力, 2003, 23(10): 587 -590.. [4]戢緒國(guó),步學(xué)朋，王鵬，褐煤固定床加壓氣化的特的排灰量,這會(huì)造成氣化爐下面爐篦轉(zhuǎn)速的變化。性[J].煤氣與熱力, 2004, 24(3): 119 - 121. .為了有效協(xié)調(diào)氣化爐排灰和均勻布?xì)獾拿?需要[5]戢緒國(guó).煤加壓固定床純氧氣化的試驗(yàn)研究[J].改變爐篦的數(shù)量,保證在減少排灰能力的條件下,保煤氣與熱力, 2005, 25(2): 1-4.持合適的布?xì)狻?(上接第17頁(yè))由于只有5~7月份的部分?jǐn)?shù)據(jù),可能未覆蓋所坐標(biāo)代表這個(gè)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的冷負(fù)荷。圖中顯示實(shí).有頻譜,造成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)部分誤差,其次,流際值與仿真值相當(dāng)吻合,說(shuō)明建立的模型精度較高。量計(jì)裝在冷水機(jī)組側(cè),即旁通閥內(nèi)側(cè),特別在過(guò)渡季6000節(jié),為了保證冷水機(jī)進(jìn)水流量穩(wěn)定,部分水直接從旁通閥進(jìn)入回水管道,這時(shí)流量計(jì)所測(cè)的流量是負(fù)荷4500水和旁通水之和,將直接影響我們所計(jì)算的空調(diào)冷負(fù)荷的準(zhǔn)確度和負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度。350030004總結(jié)25002000(1)本文采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)空調(diào)負(fù)荷進(jìn)15005010150200250300330400450300行預(yù)測(cè),取得了較好的預(yù)測(cè)結(jié)果,為下一步利用已建時(shí)間.min圄3 5-7 月份數(shù)據(jù)建模結(jié)果立的模型進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)控制打下基礎(chǔ)。(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性映射能力,對(duì)具有預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1大滯后非線性的中央空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷建模帶來(lái)了方表1 9月份預(yù)測(cè)結(jié)果便。MRECFFP預(yù)測(cè)結(jié)果0. 09450.10560. 0813(3)由于城建國(guó)際大廈位于浦東區(qū),而采用的圖4橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)意義同圖3。圖中顯示模室外氣象參數(shù)來(lái)自徐匯區(qū),兩地存在一定的地理距型的9月份輸出值(即預(yù)測(cè)值)能較好的跟蹤實(shí)測(cè)離。若能獲得浦東的室外氣象參數(shù),相信能進(jìn)一步值。表1顯示相對(duì)誤差低于10% ,通過(guò)Excel統(tǒng)計(jì)提高預(yù)測(cè)精度。分析得到預(yù)測(cè)值和實(shí)際值的相關(guān)系數(shù)為0. 833,達(dá)到工程上0.75的要求,說(shuō)明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)空調(diào)冷負(fù)[1]趙哲身公共建筑空調(diào)能耗分析和節(jié)能[C].第三屆國(guó)際智能、綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì).北京,2007.荷是比較可靠的。[2]陳柳,吳冬梅.空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)探討[J].制冷,2007,26(3):32 -34.4000 ...俊.[3]李元旦.建筑物空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法及冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制研究[ D].上海:同濟(jì)大學(xué)202.6.[4]岳前進(jìn),季順迎.遼東灣冰季太陽(yáng)輻射分析[J].海洋與湖沼2000,31(5) :562 - 567.[5]周開(kāi)利,康耀紅.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及其MATLAB仿真程序設(shè)計(jì)[ M].北京:清華大學(xué)出版社,2005. 7.1000204060 80100 720中國(guó)煤化工load pedicion for thenext 2and a neural network圖49月份數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果[J].MYHCNMH G86- 200●24●