GE水煤浆气化炉动力学建模与分析

利用未反应芯缩核模型建立了GE气化炉内气固反应的动力学模型,依据"小室模型"进行了气化炉中物质的质量和热量衡算。模型计算结果与文献值进行了对比,气化炉出口主要气体摩尔分数最大误差不超过2%,表明模型具有一定的合理性。分析了不同氧煤比、水煤浆浓度对合成气组成、温度及冷煤气效率的影响。研究结果表明:随着氧煤比增加,CO含量增加,H2含量减少,CO2含量几乎不变,冷煤气效率先增加后减少,其变化范围为74%~79%;随着水煤浆浓度增加,CO含量增加,H2和CO2含量有所降低,冷煤气效率变化不明显。研究了当氧煤比为0.95、水煤浆浓度为55%时,合成气组分浓度及温度在床层中的分布情况,结果显示:当气化炉高度小于0.5 m时,气化反应发生剧烈,当O2消耗完毕后,合成气温度下降。     

水煤浆水冷壁废锅气化过程的模拟研究

采用Aspen Plus流程模拟软件模拟了水煤浆水冷壁废锅气化过程,并将模拟结果与工业运行数据对比,验证了模型准确性。在此基础上,分析了气化压力和水煤浆浓度对气化温度、有效气产量、合成气组成、氧煤比、比氧耗和比煤耗等气化参数的影响。结果表明,气化压力对气化过程基本没有影响,可根据需要选择适宜压力;当保持氧气流量恒定时,随水煤浆浓度增大,有效气含量增加,气化温度升高,即提高水煤浆浓度易导致气化炉飞温,因此进一步研究了在前述模拟条件不变,且保持气化温度恒定时,水煤浆浓度变化对气化参数的影响。结果表明,随水煤浆浓度增大,氧煤比降低,有效气含量增加,比氧耗、比煤耗降低,因此在气化炉不超温的情况下,应尽量提高水煤浆的浓度,以降低系统能耗。     

水煤浆提浓技术在新能能源有限公司的应用

为提高气化水煤浆浓度,降低生产成本,新能能源有限公司于2012年引进低阶煤制备高浓度水煤浆工艺及设备对现有水煤浆制备系统进行改造,通过对比分析改造前后的气化水煤浆质量和气化各项性能指标,阐述了水煤浆浓度对比煤耗、比氧耗、有效合成气体积分数及甲醇产量的影响。结果表明,水煤浆制备系统进行提浓改造后,水煤浆质量与气化效果显著改善。水煤浆浓度由改造前的59.11%提高至61.36%,提高了2.25%,单台棒磨机原煤处理量由65 t/h提高至78 t/h,比煤耗由602.5 g/m3降至595.2 g/m3,比氧耗从392.0 dm3/m3降至384.0 dm3/m3,气化有效合成气体积分数也由81.78%提高至82.86%,最终每天增产粗甲醇47.3 m3。     

6.5MPa多喷嘴水煤浆气化工艺运行情况和模拟

总结了某厂6.5 MPa多喷嘴对置式水煤浆气化工艺运行情况,并应用Aspen Plus流程模拟软件对气化炉进行了工艺模拟。并讨论了固定煤种时氧煤比对工艺指标的影响,以及煤中灰含量变化对气化工艺指标的影响。结果显示,随着氧碳比的增加,有效气含量和产率都出现先增大后减小的趋势,最大有效气产率约为每千克煤1.91Nm3(CO+H2),最高有效气含量约为82.70%。煤中干基灰含量每增加2%,气化温度约增加50℃。保持气化温度稳定在1 238℃时,煤中灰含量对比氧耗和有效气产率影响显著。     

水煤浆浓度变化对煤气化工艺的能耗影响分析

通过对水煤浆气化炉反应过程的简化,分析了不同浓度的水煤浆对合成气成分的影响,进而从理论计算、Aspen plus软件模拟及生产统计数据三方面,验证了水煤浆浓度变化对煤气化装置比氧耗、比煤耗的影响。结果表明,煤浆浓度的提高能显著降低煤气化反应的比氧耗、比煤耗,从而为装置的节能提供数据支持。     

基于Aspen Plus建立煤气化操作空间及经济性分析

采用Aspen Plus流程模拟软件模拟德士古气化炉,并结合工业运行数据对Aspen Plus模型的热损失进行校正。在此模型中通过改变进氧量和进水量来改变氧煤质量比和水煤浆中煤的质量分数,并分析氧煤质量比和水煤浆中煤的质量分数等因素对气化温度、气化产物、冷煤气效率和气化经济性的影响。结果表明:随着氧煤质量比的增大,气化温度呈两段式增长,有效气(CO+H_2)含量和冷煤气效率先升高后降低,气化成本呈相反的变化趋势。随着水煤浆中煤的质量分数的增加,比氧耗、比煤耗和比水耗都有不同程度的降低,冷煤气效率升高,气化成本降低。此外,水煤浆中煤的质量分数大于65%时,其对气化成本影响开始减弱。以气化温度为约束条件建立优化空间,可在操作空间中找到有效气含量、冷煤气效率和经济性最佳的操作点。     

煤基多联产中两种煤气化工艺的模拟与性能比较

以Aspen Plus为模拟工具,采用Gibbs最小自由能反应平衡方法建立了煤气化反应模型,分别模拟了水煤浆气流床的代表Texaco气化工艺、粉煤气流床的代表Shell气化工艺,分析了合成气成分、热值、冷煤气效率、氧耗率、煤耗率等性能指标,探讨了水煤浆浓度、氧煤比、煤种对气化性能的影响,并对两种气化工艺的模拟结果进行了比较。结果表明:在煤的成浆性允许范围内,提高水煤浆浓度有利于提高合成气有效气体含量,可获得更高冷煤气效率;在保证碳转化率的前提下,应尽量降低氧煤比,获得更优气化性能;挥发分高、灰分低的煤种,气化性能更好;粉煤气化的氧耗率、煤耗率低于水煤浆气化,其气化性能更为先进。     

同向多轴水煤浆气化数值模拟研究

为弥补现有水煤浆气流床气化技术的不足,研发了一种同向多轴煤气化装置,采用Aspen Plus建立了同向多轴水煤浆气化数值模拟模型,分析了水煤浆浓度、氧煤比和碳转化率对煤气化效果的影响。结果表明,随着氧煤比的增加,H_2、CO、有效气含量均先增大后降低,气化温度逐渐升高,最佳氧煤比为0.61,此时有效气含量最大。随碳转化率的升高,CO和H_2含量均增大,气化温度逐渐降低,对于气化炉而言,提高碳转化率可增加有效气含量。水煤浆浓度分别为60%、62%和65%时,有效气(干基)含量分别为81.3%、82.5%和84.2%,水煤浆浓度每提高1%,有效气含量增加约0.6%。     

盈德清华炉水煤浆气化工艺的影响因素研究

以过程模拟软件为工具,通过合理的简化与假设,建立了以氧气为气化剂的水煤浆气流床煤气化的研究模型,模拟计算了盈德清华炉的水煤浆气化过程,分析了煤中碳含量、灰分含量、水煤浆质量分数、操作温度、水冷壁副产蒸汽量等因素对比煤耗、比氧耗、合成气产量、合成气中各气体组分含量的影响。模型计算结果与生产实际运行数据对比表明,该模型能较好地反映运行工厂的实际生产情况。利用经过生产实际运行数据修正的研究模型,可研究煤质组成、煤浆质量分数、操作温度、水冷壁副产蒸汽量等因素对主要气化工艺指标的影响。     

水煤浆气流床的气化能效比较

以神木煤为原料,在设定的操作工况下对5种不同类型的水煤浆气化炉进行了模拟研究,分析了喷嘴类型、气化炉壁面条件、合成气水激冷及废锅等余热回收装置对气化性能的影响,并在此基础上通过氧煤比(氧气与煤的质量比)、比氧耗、比煤耗、冷煤气效率、热效率等指标进行了气化能效比较.结果表明:5种水煤浆气化的比煤耗在540kg煤/1 000m~3(CO+H_2)～560kg煤/1 000m~3(CO+H_2)之间,比氧耗在360m~3O_2/1 000m~3(CO+H_2)～380m~3O_2/1 000m~3(CO+H_2)之间,多喷嘴气化的比煤耗和比氧耗较单喷嘴气化的比煤耗和比氧耗低,碳转化率及冷煤气效率则高约2%;水冷壁炉用于低灰熔点煤,蒸汽产量较少,气化能效指标与热壁炉的气化能效指标相近;废锅可增加气化过程8%～15%的热效率;单辐射废锅较辐射-对流废锅易维护,投资低,且可回收90%以上全废锅的回收热量,是煤气化技术进一步节能增效的发展方向.     

控制原料煤灰分对粉煤气化制合成氨成本的影响

结合灰分对粉煤气化能耗的影响,以粉煤气化的数据为例进行经济分析,并根据分析结果对灰分的一些控制方式产生的不同控制成本进行了阐述和对比。结果表明灰分的高低对粉煤气化成本影响很大,并且采用低灰煤成本远低于高灰煤。     

无烟煤在GE水煤浆气化装置的成功应用

对世界上首套以无烟煤为原料的金赤化工GE水煤浆气化装置所使用的原料煤煤质以及运行参数、性能指标进行分析,结果表明,气化炉产能、有效合成气成分、比煤耗、比氧耗等主要性能指标均优于设计值,无烟煤在本装置上的应用非常成功。     

平顶山高灰熔融性温度煤的气化反应性研究

介绍了平顶山地区有代表性的7种煤样在800℃～1 200℃下,其脱灰煤焦-CO2气化反应活性的实验,主要考察了煤种、灰含量及粒径对煤焦反应性的影响,实验结果表明:煤种对煤焦-CO2气化反应有明显影响;煤中灰分对煤焦气化反应的影响主要表现在两个方面,一是灰成分对煤焦气化反应的催化作用,二是灰熔融性影响煤焦气化排渣行为。脱灰既可以除去煤焦中具有催化作用的矿物质,又可以增大煤焦的内表面积。     

配煤对煤灰熔点的影响及灰熔点预测模型研究

针对皖北刘桥二矿煤（A）属于高灰熔点煤,无法满足Shell气化炉液态排渣的需要。考察了采用配煤技术降低煤A的灰熔点的效果,结果表明,配煤可以显著的降低煤A的高灰熔融性。使其能够满足Shell气化炉液态排渣工艺的要求。并采用最小二乘法对灰熔点与煤灰灰成分之间建立并回归了预测模型,预测模型方程表明,若能增加配煤煤灰中MgO的含量可显著降低煤灰熔点,增加配煤煤灰中CaO的含量可使煤灰熔点降低,在煤灰中SiO2和Al2O3总含量一定的条件下,高硅低铝的配煤煤灰可进一步降低煤灰熔点。同时该模型能较好地预测三种原煤配煤的灰熔点。     

HT-L与Shell及Texaco粉煤气化技术的比较

介绍了HT-L粉煤气化技术的工艺特点,并从比氧耗、有效气成分、煤气化效率、能耗等方面与Shell 及Texaco粉煤气化技术进行了分析比较.结果表明:HT-L粉煤气化技术具有高效节能、煤种适用范围广、气化效率高、能耗低、建设和运行成本低、工艺成熟可靠并具有自主知识产权的优点,具有广阔的发展前景.     

秸秆灰对煤焦气化反应性的影响

钾、钙对煤焦气化反应性具有重要影响,秸秆灰中含有丰富的钾、钙。以神木煤为制焦原料,通过STA409PC同步热分析仪研究了秸秆灰对煤焦气化反应性的影响,并通过测定煤焦的碘吸附值对其比表面积及孔隙结构进行了分析。结果表明：煤与玉米秸秆共焦化所得煤焦的气化反应性明显优于单独煤焦,且与玉米秸秆的添加比例有关;采用脱灰玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦的气化反应性与单纯煤焦相近;将与玉米秸秆等效的秸秆灰添加到煤焦中,煤焦的气化效果明显优于等效玉米秸秆与煤共焦化所得煤焦。煤焦碘吸附值测定结果表明,脱灰秸秆与煤共焦化所得煤焦的碘吸附值最大,单纯煤焦的碘吸附值最小,说明玉米秸秆及秸秆灰对煤焦的比表面积及孔隙结构具有重要的影响,与煤焦的气化反应性评价结果基本一致。     

煤制合成天然气工艺技术经济分析

在同一基础条件下,选择移动床液态排渣气化、移动床干排渣气化、水煤浆气流床气化进行煤制合成天然气工艺的技术经济分析比较。比较了这三种气化工艺流程、装置能力和原材料及动力消耗指标,分析了三种气化工艺的CO_2排放、工艺能耗及工艺废水处理等。技术经济分析表明:移动床液态排渣气化工艺合成天然气原料、动力消耗最低,投资最低,经济效益最好,随着该技术长周期运行可靠性的提高,可为煤制合成天然气提供最有竞争力的技术。     

汽氧比对义马长焰煤加压气化的影响

针对义马长焰煤变质程度低、活性高、灰分及硫分高等特点,为避免煤炭结渣,在生产运行中不断调整汽氧比。通过研究汽氧比对气化炉操作工况、粗煤气主要成分及水蒸气耗量的影响,确定出最佳汽氧比为5.3kg/m3￣5.6kg/m3,此时,气化炉可高负荷稳定运行且经济性较合理。