流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)工藝探討

呂春陽(yáng)（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省火電第三工程有限公司，黑龍江　哈爾濱　150000）

流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)工藝探討

呂春陽(yáng)
（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省火電第三工程有限公司，黑龍江哈爾濱150000）

目前褐煤提質(zhì)技術(shù)處于試驗(yàn)研究和工程化初始應(yīng)用階段，各種不同的褐煤提質(zhì)技術(shù)在具有自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在明顯的缺陷。大部分技術(shù)工藝系統(tǒng)非常復(fù)雜，褐煤提質(zhì)成本高昂，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性低，對(duì)環(huán)境有著較大的污染等。流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)技術(shù)是西安熱工研究院基于流態(tài)化技術(shù)原理，在多年從事流化床發(fā)電技術(shù)研究和經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，提出的一種新型褐煤提質(zhì)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)將流化床技術(shù)與褐煤干燥、氣化過(guò)程緊密結(jié)合，并進(jìn)行系統(tǒng)整體化設(shè)計(jì)，有效降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，為褐煤提質(zhì)技術(shù)的大型化和工業(yè)化應(yīng)用開(kāi)辟了一條全新的道路。華能伊敏煤電有限責(zé)任公司擁有豐富的褐煤資源，為了合理、充分、安全利用褐煤資源，克服褐煤高水分、低熱值、易風(fēng)化、易自燃、難以長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題，華能伊敏煤電有限責(zé)任公司與西安熱工研究院擬先行在華能伊敏煤電有限責(zé)任公司廠區(qū)內(nèi)建設(shè)5萬(wàn)噸流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)試驗(yàn)項(xiàng)目。檢驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)的合理性、實(shí)用性、科學(xué)性。為擬建設(shè)的5×100萬(wàn)噸的褐煤提質(zhì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)優(yōu)化提供借鑒。

流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)；工藝探討；產(chǎn)品情況

1　5萬(wàn)噸流化床輕度氣化褐煤提質(zhì)工藝流程

原煤首先進(jìn)入破碎－篩分系統(tǒng)，滿足粒度要求的原煤（Dmax≤30mm）送入預(yù)干燥器的原煤倉(cāng)。預(yù)干燥器原煤倉(cāng)中的原煤經(jīng)給煤機(jī)送入預(yù)干燥器，原煤經(jīng)乏氣焚燒爐預(yù)熱的約165℃熱空氣流化干燥后由排煤口排出，通過(guò)刮板輸送機(jī)送入半成品倉(cāng)中，原煤中的水分由～40%干燥到～20%左右，熱空氣通過(guò)預(yù)干燥器后，溫度降低到～55℃，經(jīng)過(guò)尾部的布袋除塵器把大部分固體顆粒脫除后直接排空，被除塵器捕集下來(lái)的細(xì)粉通過(guò)刮板送入半成品倉(cāng)與預(yù)干燥器排料口排出的預(yù)干燥煤混合。預(yù)干燥煤通過(guò)給煤機(jī)送入提質(zhì)反應(yīng)器進(jìn)行深度提質(zhì)，深度提質(zhì)所用熱空氣是由乏氣焚燒爐提供的～300℃的空氣，預(yù)干燥煤在提質(zhì)反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)熱空氣流化后，在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生輕度氣化、燃燒、干餾反應(yīng)，控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度在420℃左右，褐煤中的全部水分被釋放到煙氣中，反應(yīng)器的熱量由褐煤發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)所提供。提質(zhì)反應(yīng)器會(huì)產(chǎn)生兩部分產(chǎn)品，即粗顆粒成品與細(xì)顆粒成品，其中粗顆粒成品由反應(yīng)器底部的排料口排放，粗顆粒經(jīng)排料管排放至移動(dòng)床式水冷粗顆粒成品冷卻器，溫度由～420℃降低到≤75℃后送入粗顆粒成品倉(cāng)。煙氣攜帶的一部分細(xì)顆粒成品經(jīng)由旋風(fēng)分離器后，大部分被分離下來(lái)，由旋風(fēng)分離器的下排料口排出，排出的細(xì)顆粒成品經(jīng)移動(dòng)床式水冷細(xì)顆粒成品冷卻器冷卻。溫度由～400℃降低到≤75℃后送入細(xì)顆粒成品倉(cāng)。由提質(zhì)反應(yīng)器分離器排出的煙氣是一種含少量煤粉的低熱值乏氣，該部分乏氣含有大量的有害氣體，為了保護(hù)環(huán)境，同時(shí)達(dá)到資源綜合利用，該部分乏氣被直接送入到尾部的乏氣焚燒爐焚燒利用。乏氣焚燒爐為一爐膛絕熱的循環(huán)流化床鍋爐，通過(guò)補(bǔ)燃部分褐煤和添加石灰石來(lái)實(shí)現(xiàn)乏氣的焚燒利用和降低污染物排放。乏氣焚燒爐產(chǎn)生的熱量經(jīng)由布置在尾部的空氣預(yù)熱器換熱后一部分送至預(yù)干燥器、提質(zhì)反應(yīng)器利用，一部分作為乏氣焚燒爐的熱風(fēng)加以利用。乏氣焚燒爐產(chǎn)生的含塵煙氣經(jīng)過(guò)靜電除塵器捕集后，由氣力輸送至灰?guī)?。凈化后的煙氣則由尾部煙囪排出。

2　褐煤提質(zhì)產(chǎn)品情況

通過(guò)主反應(yīng)器提質(zhì)后的伊敏褐煤全水由37.74%降到5.83%左右，提質(zhì)后粗顆粒褐煤熱值由3000kcal/kg左右升高到4919.5kcal/kg左右，提質(zhì)后細(xì)顆粒褐煤熱值由3000kcal/kg左右升高到5020.3kcal/kg左右（試驗(yàn)煤樣取樣化驗(yàn)結(jié)果），達(dá)到褐煤提質(zhì)后發(fā)熱量要求。

3　需要優(yōu)化解決的問(wèn)題

3.1 通過(guò)熱態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)了主反應(yīng)器和乏氣焚燒爐系統(tǒng)、設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，初步驗(yàn)證主反應(yīng)器、乏氣焚燒爐可以對(duì)褐煤進(jìn)行提質(zhì)和對(duì)乏氣進(jìn)行燃燒，成品煤粗、細(xì)顆粒比例為4∶6，細(xì)顆粒過(guò)多，造成儲(chǔ)存、運(yùn)輸十分困難。針對(duì)成品煤粗、細(xì)顆粒比例達(dá)到約4∶6問(wèn)題，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了一次利用預(yù)干燥器對(duì)原煤進(jìn)行風(fēng)選篩分，將篩分后的塊煤利用主反應(yīng)器進(jìn)行提質(zhì)，試驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)選后的塊煤提質(zhì)后成品煤粗、細(xì)顆粒比例約6∶4，證明塊煤經(jīng)主反應(yīng)器提質(zhì)后同樣會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)粉。

3.2 在乏氣焚燒爐單獨(dú)運(yùn)行期間，進(jìn)入預(yù)干燥器風(fēng)溫較為穩(wěn)定，但主反應(yīng)器點(diǎn)火后，送入乏氣焚燒爐的乏氣本身溫度較高，乏氣和沒(méi)有被主反應(yīng)器分離器分離下的煤粉進(jìn)入乏氣焚燒爐繼續(xù)燃燒，焚燒爐出口溫度過(guò)高，由于沒(méi)有較為合理的熱平衡調(diào)溫措施，導(dǎo)致進(jìn)入預(yù)干燥器內(nèi)空氣溫度較高（＞165℃），在預(yù)干燥器運(yùn)行期間，尤其是預(yù)干燥器停運(yùn)時(shí)，由于預(yù)干燥器流化不良致使部分物料不能全部排空，導(dǎo)致了預(yù)干燥器內(nèi)3次褐煤著火。后期熱態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)中預(yù)干燥器沒(méi)有參與運(yùn)行，而是原煤直接進(jìn)入主反應(yīng)器進(jìn)行提質(zhì)，預(yù)干燥器在整個(gè)提質(zhì)工藝中是否可以運(yùn)用有待進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

3.3 粗顆粒冷卻器在滿煤后粗顆粒冷卻器中心給料機(jī)過(guò)載難以啟動(dòng)，后經(jīng)將中心給料機(jī)分料錐直徑增大后，粗細(xì)冷卻器恢復(fù)運(yùn)行，粗、細(xì)顆粒冷卻器及中心給料機(jī)設(shè)計(jì)存在缺陷，粗、細(xì)顆粒冷卻器和中心給料機(jī)連接部位沒(méi)有水冷換熱面，以及冷卻器一、二級(jí)水冷換熱面之間距離較大，使主反應(yīng)器啟動(dòng)初期不能使高溫成品煤（430℃左右）與換熱面換熱，造成成品煤在中心給料機(jī)、一、二級(jí)水冷換熱面之間著火，所以對(duì)成品煤冷卻需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)粗顆粒冷卻器不能達(dá)到連續(xù)排料的目的。

3.4 預(yù)干燥提質(zhì)的半成品煤和主反應(yīng)器深度提質(zhì)的成品煤在堆放過(guò)程中存在嚴(yán)重的自燃傾向，露天堆放試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，半成品煤堆內(nèi)部溫度在4日內(nèi)從33℃上升到72℃，在堆放23天后自燃，成品煤露天堆放2天后自燃起火。

3.5 預(yù)干燥布袋除塵器，考慮到布袋積粉而自然，本次試驗(yàn)沒(méi)有投入運(yùn)行。走的旁路排風(fēng)，為保證除塵器安全運(yùn)行，要進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

目前該試驗(yàn)項(xiàng)目已經(jīng)取得初步成功，取得了重要的運(yùn)行參數(shù)，產(chǎn)成品達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，正在研究解決試運(yùn)期間存在的問(wèn)題，同時(shí)也懇請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家提出寶貴意見(jiàn)。

[1]西安熱工研究院有限公司5萬(wàn)噸級(jí)褐煤提質(zhì)試驗(yàn)臺(tái)方案說(shuō)明書(shū)[Z].

TK16

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