恩德粉煤气化炉灰渣再利用分析_许清波

恩德粉煤气化炉灰渣再利用分析
许清波
(吉林长山化肥集团有限公司,吉林松原　131109)
[中图分类号]T Q 038.7　[文献标识码]B [文章编号]1004-9932(2005)03-0031-02
[收稿日期]2005-01-10
[作者简介]许清波(1973-),男,吉林长岭人,助理工程师。

恩德粉煤气化炉采用循环流化床气化技术制气,为了避免结渣,流化床底部在900～950℃条件下进行氧化和气化,在这种条件下,要求原
煤的活性和灰熔点高,褐煤和长焰煤是最合适的原料。

我公司恩德粉煤气化炉设计时是以内蒙免渡河长焰煤为原煤,设计灰分含量15.59%,但由于铁路运输及设计煤种煤矿储藏和开采能力等影响,现实际使用的原煤大多为内蒙古褐煤,煤质较差,灰含量高达30%～50%,气化炉虽能正常生产,但排灰渣量大,灰渣中带出可燃物相对增多,飞灰残碳高达28%左右,炉渣残碳在10%左右,灰渣可利用价值较大。

如何处理和综合利用这些灰渣残碳,既是提高气化炉效率的需要,也是环境保护和充分利用资源的需要。

1　灰渣再利用的必要性
恩德粉煤气化炉的设计热效率为80%,碳的利用率为91%。

而实际测试气化炉的热效率为78.26%,碳的利用率为86.99%。

要提高气化炉的热效率,含碳飞灰和灰渣必须加以利用。

1.1　灰渣的基本特性
流化床气化炉排出的灰渣系颗粒物料,分为细灰(包括除尘灰和沉降灰)及大渣(底部排渣)两大类。

细灰颗粒直径<0.8mm ,温度150～450℃;大渣颗粒直径≥2.5mm ,温度850～900℃。

1.2　灰渣量
设计值/t ·h -1 正常运行值/t ·h -1灰渣量
　1.48
1.912
飞灰量　2.86 5.87
1.3　经济效益分析
以恩德粉煤气化炉正常运行时产生的灰渣量
计算。

灰渣发热量
Q =(1.912×0.1012×7825+5.87×
0.2613×7825)÷(1.912+5.87)=
1736.87kcal /kg =7260.12kJ /kg
以每焦尔0.0132元计算,吨灰渣价值95.83元。

每台炉年灰渣量为56030t ,按80%
利用率计算,两台炉灰渣再利用的年经济效益约为860万元,效益十分可观。

2　灰渣再利用可行性分析及方法
恩德粉煤气化炉制出的煤气和煤气所夹带的炭粒经炉膛出口高温分离器分离后,大部分粗炭粒由下料管进入气化炉下部。

从高温分离器出来的粗煤气中含有大量高含碳量的细灰,如直接将这部分细灰分离下来送回气化炉内,由于颗粒太细,会立即从炉内被吹走。

飞灰的利用办法是将其与气化炉大渣混合后与煤掺混,送入锅炉作为锅炉燃料,这样不仅可以提高碳的综合利用率,而且使灰转变成惰性物质,可用做水泥熟料、制砖或铺路,碳的利用率可达到95%,热效率可达到85%～90%。

气化炉灰渣由于灰分高,挥发分低,因此需要采用燃渣锅炉,或选用燃煤掺烧造气灰渣锅炉。

根据恩德粉煤以及循环流化床锅炉(简称CFB )的特点,废渣锅炉采用循环流化床锅炉较好。

因为循环流化床燃烧方式具有如下特点。

(1)环保性能好。

流化床燃烧温度800～870℃,属低温燃烧,是钙基脱硫剂最佳脱硫温度。

当钙硫比Ca /S =2～2.5时,循环床脱硫率
第3期2005年5月中　氮　肥
M -Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No .3May 2005
可达80%,最高可达95%。

由于是低温燃烧和分级供风,可减少NO x的生成,而且由于深床运行,与还原性物质接触机会多,NO x生成量大为减少。

(2)燃料适应性强。

每秒钟加入床料中的燃料仅占灼热床料的百分之几左右,对煤炭种类及含灰量、灰成分、灰的结焦性等变化的反应不敏感,可燃用低热值、高水分、低挥发分的燃料,如低热值无烟煤、劣质烟煤、矸石、油页岩、油渣、生物质燃料、链条炉渣和氮肥厂造气炉渣、泥渣态燃料、液固混合废渣等。

CFB对煤种适应性比煤粉炉、层燃炉好。

(3)燃烧效率高。

循环流化床锅炉中,燃料在多次循环中完成燃烧,煤燃烬率高,即使烧劣质煤,燃烧效率也可达97%以上,国外循环流化床锅炉的燃烧效率甚至高达99%。

我国设计投运的循环流化床锅炉的燃烧效率也高达95%～98%。

(4)灰渣综合利用好。

CFB低温燃烧产生的灰渣活性好,可燃物仅1%～2%,为综合利用提供了有利条件,可作为各种建材最好的掺合料,在水泥行业、制砖行业利用最广泛,能变废为宝,充分发挥煤炭的综合效益。

从循环流化床锅炉的上述特点看,其燃料采用燃煤掺烧造气炉渣完全可行。

将造气炉渣与煤混合送到循环流化床锅炉燃烧,能使恩德粉煤气化炉灰渣燃烬问题得到较好解决。

新建循环流化床锅炉的选型应根据已确定的燃料特性及与灰渣混合后的特性、热负荷和单台炉容量、锅炉污染物的容许排放标准、建设单位的技术经济条件以及与之相应的CFB炉型设计和实际运行情况、设备造价等进行综合比较后决定。

3　灰渣燃用需进一步进行的工作
要实现灰渣综合利用,应按照干湿分排、粗细分排和灰渣分排的原则设计系统,新建一台燃煤掺烧造气炉渣循环流化床锅炉,并对现造气灰渣系统、除尘系统进行相应改造。

3.1　现灰渣系统现状
3.1.1　除渣系统
恩德气化炉炉渣经下渣管经过闸阀进入水冷螺旋除渣机,除渣机下来后进入贮灰斗,贮灰斗内设有喷水降温喷头,降温后的灰渣用除灰车运到灰场。

现存在的问题是:①水冷螺旋除渣机故障频繁;②贮灰斗内喷头喷水时水量很难控制,灰渣粘结斗壁上,至今喷水未正常投入,灰渣温度高,威胁除灰车的安全。

3.1.2　除尘除灰系统
气化煤气除尘为湿式除尘,水力输送。

气化炉出口煤气进入旋风分离器,带出物在分离器内被部分分离下来返回气化炉,其余由煤气带出进入废锅及除尘系统。

除尘系统包括:空心喷淋塔、填料洗涤塔、文氏管带水膜。

除下来的灰经灰浆泵送入灰处理场。

3.2　造气灰渣系统改造
3.2.1　除渣系统
由于造气气化炉排渣温度高达850～950℃,而一般的灰处理机械、输送设备的上限温度大多在150～300℃之间,人身不直接接触的安全温度为80℃。

如何用干式方法将灰渣冷却至80℃以下,有效利用回收的热量,并能安全而方便地将灰渣运出,此乃使用冷渣设备的基本目的。

使用冷渣机不但可以降低炉温,且由于采用连续排渣,渣量可以在大范围内连续调节,故可以保持气化炉燃烧层厚度,有利于稳定气化炉床压和降低渣的含碳量,降低非正常停车概率。

除渣系统灰渣排放采用高温耐热螺旋冷渣机或高温排放阀控制渣量,灰渣冷却采用冷渣机。

冷渣机可以从下列型式选取:螺旋冷渣机、滚筒冷渣机、盘管笼屉式冷渣器、流化床式冷渣机。

3.2.2　除灰系统
废锅省煤器后煤气温度为240℃,煤气除尘可以采用布袋式除尘器,滤料采用覆膜滤料,干式排灰,飞灰与炉渣一起送至燃渣锅炉燃烧。

灰渣系统改造具体方案正在形成之中。

4　循环流化床锅炉掺烧炉渣应用实践
我公司2001年油改煤工程时扩建过两台四川锅炉厂的75t/h循环流化床锅炉,运行至今掺烧过链条炉渣、无烟煤屑、焦粉。

2004年3～4月,为了节能降耗,公司决定采用双鸭山煤、链条炉飞灰、恩德炉渣进行试烧,掺烧比例为1∶1∶1。

经过20多天试烧,两台锅炉运行良好。

掺烧不但经济效益可观,而且缓解了供煤紧张的问题。

·32　·中氮肥第3期。