方梦祥热电气多联产技术

25MW循环流化床热电气多联产装置方梦祥王勤辉岑建孟施正伦骆仲泱岑可法（浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州 310027）【摘要】介绍了一种循环流化床热电气多联产技术，将煤的气化和燃烧有机结合，实现煤的热电气多联产。

针对某企业对高热值煤气、蒸汽及电力的需求，开发了两台25MW循环流化床热电气多联产装置。

单套装置由一台130t/h的循环流化床锅炉、一台流化床气化炉及一台25MW高温高压抽凝机组构成。

通过该装置，该企业可以利用当地煤炭资源，实现了自身对热电气的需求，并可取得较好的经济效益。

【关键词】循环流化床；多联产；煤气化0 前言目前煤炭资源往往被作为单一用途来利用，大部分以煤炭利用效率极低的直接燃烧为主，其他气化、液化技术也是以单一过程为主。

在这些单一转化过程中要取得较高的转化效率，往往需要复杂的工艺和苛刻的运行条件，从而导致利用技术过于复杂，投资和运行费用过高。

为了提高煤的利用效率，合理利用煤炭资源，从整体利用的角度出发，把以煤炭为原料的多个生产工艺作为一个系统来考虑，利用系统工程原理，基于分级转化的思想，浙江大学开发了循环流化床热电气多联产技术[1，2]。

该技术把煤炭中的挥发分和易气化部分转化为煤气以作为工业用气、化工原料或民用煤气等，而把不易气化的半焦作为锅炉的燃料燃烧，生产的蒸汽用于发电、供热和制冷等。

图1为本技术的基本工艺流程图,气化室为常压流化床，用水蒸汽和再循环煤气作气化剂，运行温度为750～800℃，燃料经给料机给入气化室，首先受热裂解，析出高热值挥发份，半焦中部分碳和气化剂反应形成水煤气，气化吸热由燃烧室的高温循环物料来提供，气化后半焦随循环物料送入燃烧室燃烬，燃烧室为循环流化床，空气鼓风，运行温度为900～950℃，燃用气化室来的半焦，产生热量，产生水蒸汽和加热从气化炉来的低温循环物料变成高温物料再送至气化室提供气化吸热，从气化炉出来的高温煤气，经除尘、冷却和净化器净化，除去灰、焦油、水后变成净煤气输出供民用，在净化过程中可回收优质焦油、硫、苯、芬等。

从燃烧室出来的高温烟气经烟气冷却器冷却，除尘器除尘后，排入大气。

由燃烧炉产生的蒸汽可供汽轮机发电、工业及民用或作为溴化锂制冷和空调。

煤的气化和燃烧采用流化床,如此产生的煤灰具有良好的活性,可以生产优质建材,包括水泥、砖瓦等,含钒、铀等品位高的煤还可提取金属钒、铀。

drained ash图 1 循环流化床多联产技术基本工艺流程图该技术涉及发电、供气、供热及焦油等化学品生产等，这些生产过程在系统中通过有机的耦合集成，简化工艺流程，减少基本投资和运行费用。

通过调节系统中各产品的比例，可实现多联产系统的优化，降低各产品价格，从而提高煤资源的利用效率，降低污染排放，实现系统整体效益最优化。

该121技术已在一台1MW热态试验台上得到实证运行，而且利用该技术开发的多台75t/h循环流化床锅炉也已投入运行，运行状况良好[3]。

此外，还完成了220t/h，450t/h等10多个热电气多联产装置的可行性研究。

本文主要介绍25MW循环流化床热电气多联产装置的系统设计和特点。

1.25MW多联产装置基本工艺流程及特点针对某企业对热、电、煤气等多种能源的需求，我们采用独特的热、电、气多联产技术，为该企业开发设计了2×25MW热、电、气多联产装置。

该装置规模为两台130t/h循环流化床多联产装置配两台25MW高温高压抽凝机组。

装置投产后煤气生产能力为：煤气54.8×106m3/a，热值2337kJ/m3。

25MW热、电、气多联产装置方案是浙江大学在1MW燃气蒸汽多联产试验装置大量试验和扬中长旺热电厂75t/h多联产锅炉成功运行的基础上提出的。

该多联产装置本体将一台130t/h循环流化床锅炉和一台流化床气化炉紧密结合，实现在一套系统中煤气、热力和电力的联合生产。

图 2 25MW多联产装置工艺图图2为本装置的工艺流程图，气化炉为常压流化床，用水蒸汽和再循环煤气作为气化剂，运行温度为750～800℃。

燃烧炉为循环流化床，空气鼓风，运行温度为900～950℃。

破碎到0～8mm的原料煤经给煤机给入炉前流化床干燥炉，干燥后的煤经干燥炉底部的螺旋给煤机正压给入流化床气化炉后，与由锅炉来的高温循环物料混合。

原料煤在800℃左右的气化炉中受热裂解，析出高热值挥发份，干馏气化后半焦中部分碳和气化剂反应形成水煤气。

剩余半焦和循环物料一起通过返料机构进入锅炉，半焦和由直接通过锅炉给煤口加入的煤一起在锅炉内燃烧，产生水蒸汽和加热从气化炉来的低温循环物料使之变成高温物料。

高温物料通过炉膛出口的高温分离器分离后经双向返料器再送至气化炉为其提供气化所需热量。

从气化炉出来的高温煤气，在上部高温裂解器富氧燃烧使焦油几乎彻底裂解，经炉膛出口二级旋风分离器分离飞灰，分离的飞灰再送回燃烧炉燃烬。

高温粗煤气先送至废热锅炉回收热量，然后进入急冷塔除去灰尘后，经煤气排送风机送至湿式电除尘器进一步除去焦油和灰尘，部分煤气经加压风机加压和气体热交换器加热后，送回气化炉作流化气体用。

其余煤气经干式脱硫后送煤气储罐作为工业和民用。

由锅炉产生的蒸汽可供汽轮机发电、工业及民用供热或作为溴化锂制冷用气。

煤的气化和燃烧均采用流化床，产生的煤灰具有良好的活性，可以作为水泥掺合料。

经旋风分离器分离后的烟气进入锅炉尾部烟道，先后流经过热器、再热器、省煤器及空气预热器等受热面冷却至125℃左右，经电除尘、引风机、烟囱排出。

12225MW多联产装置能实现两种模式下的运行，即（1）多联产装置系统的正常运行，即气化炉投入运行。

此时，原料煤加入气化炉，返料机构运行介质为蒸汽；（2）气化炉停运，单独运行130t/h循环流化床锅炉。

此时，全部燃料直接通过锅炉给煤口给入，返料机构的运行介质为空气。

在两种模式下，锅炉都能在保证的额定蒸汽参数下运行，仅锅炉的运行温度有所不同。

多联产的煤气产量通过控制气化炉的给煤量来控制，锅炉和气化炉的运行温度通过调节给煤量和风量来控制。

上述多联产工艺，综合了燃料热解、气化和燃烧过程，工艺独特，其主要特点有：（1）采用循环流化床固体热载体技术，装置产生的煤气热值较高，可达8～12MJ/Nm3以上，CO 含量低，满足国家有关民用煤气规定，不需特殊的制氧设备和CO转换工艺，和同类产生民用煤气气化炉相比，工艺简单，投资省，运行费用低。

（2）采用循环流化床燃烧技术，气化后产生半焦直接用作锅炉燃料，送锅炉燃烬，产汽发电，使燃料中气体和固体成份都得到充分合理的利用。

因此，装置的燃料利用率较高。

（3）收到挥发份在20%以上的各种煤都适用于这种工艺，该工艺对煤粒度也没有特殊要求，只是采用普通循环床所需的煤粒度，这就避免了现有民用煤气化工艺对煤种和煤粒度有较严格限制的缺点。

因此，装置的燃料适应性广。

（4）本工艺可实现灰渣综合利用，经循环流化床燃烧后产生的灰渣具有很高活性，可作为水泥掺合料。

（5）利用循环流化床高效脱硫、脱硝特点可实现较低的污染物排放。

因此，多联产技术实现了煤的各种成分的合理有效清洁利用，完全满足国家煤清洁利用要求。

（6）本工艺分项技术成熟可靠，多联产装置实际是将循环流化床锅炉和流化床气化炉有机结合，而这两项技术都是很成熟的，从而保证了本技术的可靠性。

（7）采用炉内焦油催化裂解和高温氧化技术使裂解煤气中的焦油基本完全裂解，保证了煤气系统运行的可靠性。

2.25MW多联产装置设计根据25MW多联产工艺的要求，需要保证15～25倍循环倍率的固体物料在循环流化床锅炉和气化炉之间循环。

因此，循环流化床锅炉设计采用了一种目前国际上应用最广的高倍率循环流化床锅炉。

该设计采用了双循环回路结构，既可进行多联产方案运行，也可进行循环流化床锅炉独立运行。

这样保证气化炉故障和检修时，仍能保证电厂正常发电。

整个装置的主要设计参数如表1。

以义马烟煤为设计煤种，新安烟煤为校核煤种，煤的元素分析见表2。

2.1多联产装置主要设计参数锅炉炉膛截面为7.2×4.24m，炉膛高31m，一、二次风比为0.6:0.4。

在锅炉炉膛出口布置两只高温旋风分离器，分离高温循环物料。

气化炉为圆柱形结构，布风板直径为Φ2.4m，并逐渐扩大，在离布风板高2m处扩大到直径约为3.5m。

在离布风板高6m处再开始扩大，然后在离布风板高8m处扩大到直径为4.8m，气化炉总高为15m。

气化炉出口布置两级旋风分离器，粗煤气中飞灰和碳粒分离后送锅炉燃烬。

表1主要设计参数1231242.2 燃料特性 2.2.1 烟煤所用烟煤为当地烟煤，以义马烟煤为设计煤种，新安烟煤为效核煤种，给煤粒度为0～8mm ，其典型的元素分析及工业分析见表 2。

表 2烟煤煤质分析2.2.2 半焦半焦为烟煤在气化炉内经干馏气化后的产物，其主要成分为碳和灰份，另外还有少量的挥发份，见表 3。

表 3半焦成分2.325MW多联产装置的设计计算2.3.1热力特性多联产装置既能在气化炉运行时正常运行，而当气化炉停运锅炉单独运行时也能保证设计的额定蒸汽参数，两种运行工况下的热力特性表见表4。

2.3.2多联产装置煤气产量和成分自气化炉出来的粗煤气经两级分离器分离后进入煤气净化系统，经蒸汽过热器、锅炉初级省煤器和煤气热交换器冷却到300℃左右后再送到洗涤塔、湿式电除尘器，经冷却、除尘和净化后，部分净化后的煤气通过煤气再循环风机加压后再送回气化炉底部，作为气化炉的流化介质，其余部分送往煤气储罐，作为用户生产用气。

表5和表6分别为煤气成分和飞灰特性。

125表6煤气中飞灰成分3.结论本文详细介绍了所开发的两台25MW热、电、气多联产装置的设计思想和结构特点。

大量的试验研究表明，该多联产装置具有高效、低污染、结构紧凑及燃料适应性广等特点。

技术经济分析也表明，多联产气源厂初投资和运行费用均比常规煤气厂低很多。

作为一种煤洁净利用的新技术，热、电、气多联产技术能提高煤的整体利用效率，降低工程的初投资和运行费用，非常适合于中小企业低效工业锅炉及燃油锅炉的改造，也是我国目前中小城市走城市煤气化道路一条切实可行的途径。

参考文献[1]岑可法，倪明江，骆仲泱，等. 循环流化床燃气蒸汽联产工艺及装置[P].中国专利：ZL92100503.2，1995-06.[2]岑可法，骆仲泱，方梦祥. 新颖的热、电、燃气三联产装置[J].能源工程，1995，17-20.[3]王勤辉，骆仲泱，方梦祥等. 12MW热电气多联产装置的开发[J].燃料化学学报，2002，30（2）：141-146.[4]Fang M.X.，Luo Z.Y.，Li X.T.，et al. A multi-product cogeneration system using combined coal gasification and combustion[J] Energy，1998，23（3）：203-212.126。