多富樂煤管
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煤干餾方法之一，指采用較低的加熱終溫（500～600℃）,使煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成半焦、低溫煤焦油（見煤焦油）、煤氣和熱解水過程。低溫干餾的設備稱為低溫干餾爐。與高溫干餾（即焦化）相比，低溫干餾的焦油產率較高而煤氣產率較低。一般半焦為50％～70％，低溫煤焦油8％～25％，煤氣80～100m3/t（原料煤）。 沿革煤低溫干餾技術的應用始於19世紀，當時主要用於制取燈油（或稱煤油）和蠟。19世紀末，因電燈的發明而趨於衰落。第二次世界大戰前夕及大戰期間，納粹德國基於戰爭的目的,建立了大型低溫干餾工廠,生產低溫干餾煤焦油，再經高壓加氫制取汽油、柴油。戰後，大量廉價石油的開采，使煤低溫干餾工業再次陷於停滯狀態，各種新型低溫干餾的方法多處於試驗階段。 歷史上曾出現過很多低溫干餾方法，但工業上成功的只有幾種。這些方法按爐的加熱方式可分為外熱式、內熱式及內熱外熱混合式。外熱式爐的加熱介質與原料不直接接觸，熱量由爐壁傳入；內熱式爐的加熱介質與原料直接接觸，因加熱介質的不同而有固體熱載體法和氣體熱載體法兩種。 內熱式氣體熱載體法魯奇－斯皮爾蓋斯低溫干餾法是工業上已采用的典型方法。此法采用氣體熱載體內熱式垂直連續爐，在中國俗稱三段爐，即從上而下包括干燥段、干餾段和冷卻段三部分（圖1）。褐煤或由褐煤壓制成的型塊（約25～60mm）由上而下移動，與燃燒氣逆流直接接觸受熱。爐頂原料的含水量約15％時，在干燥段脫除水分至1.0％以下，逆流而上的約250℃熱氣體冷至80～100℃。干燥後原料在干餾段被600～700℃不含氧的燃燒氣加熱至約500℃,發生熱分解；熱氣體冷至約250℃,生成的半焦進入冷卻段被冷氣體冷卻。半焦排出後進一步用水和空氣冷卻。從干餾段逸出的揮發物經過冷凝、冷卻等步驟，得到焦油和熱解水。德國、美國、蘇聯、捷克斯洛伐克、新西蘭和日本都曾建有此類爐型。中國東北也曾建此種爐。60年代初，在中國曾采用的氣燃式爐也屬此類型，後因大量廉價天然石油的開采而停產。 內熱式固體熱載體法魯奇－魯爾蓋斯低溫干餾法（簡稱l－r法）是固體熱載體內熱式的典型方法。原料為褐煤、非粘結性煤、弱粘結性煤以及油頁巖。20世紀50年代，在聯邦德國多爾斯滕建有一套處理能力為10t/h煤的中間試驗裝置,使用的熱載體是固體顆粒（小瓷球、砂子或半焦）。由於過程產品氣體不含廢氣，因此後處理系統的設備尺寸較小,煤氣熱值較高,可達20.5～40.6mj/m3。此法由於溫差大，顆粒小,傳熱極快，因此具有很大的處理能力。所得液體產品較多、加工高揮發分煤時，產率可達30％。l-r法工藝流程（圖2）是首先將初步預熱的小塊原料煤，同來自分離器的熱半焦在混合器內混合，發生熱分解作用。然後落入緩沖器內，停留一定時間，完成熱分解。從緩沖器出來的半焦進入提升管底部，由熱空氣提送，同時在提升管中燒去其中的殘碳，使溫度升高，然後進入分離器內進行氣固分離。半焦再返回混合器，如此循環。從混合器逸出的揮發物，經除塵、冷凝和冷卻、回收油類,得到熱值較高的煤氣。shell煤氣化工藝謝爾氣化工藝（sgp）作為一種將多種碳氫化合物原料轉成潔淨合成氣的方法於20世紀50年代開發。sgp不是用於煤炭氣化的，殼牌公司另有一單獨的工藝（謝爾煤炭氣化工藝，scgp）。 [sgp]該氣化爐有耐火熔材料襯裡，在大約25-30巴（在igcc范疇，生產h2的典型壓力約巴）和1300℃下運行。燃料、o2和蒸汽從氣化爐頂部經復合環形燃燒器射入。氣化發生，伴隨小量煙炱和灰（在給料中~0.5-1%的碳轉化成煙炱）。粗合成氣和雜質在氣化爐底部排出，在合成氣冷卻器內冷卻，冷卻器由平行的螺旋形旁管組成，浸入在豎立的蒸汽發生器中。這種配制在~100bar下產生飽合蒸氣。氣體從合成氣冷卻器入口時的~1300℃冷卻，到出口時的<400℃。然後氣體可在煙炱和灰潔淨之前進一步冷卻。這在淬冷管內進行，粗氣體用水噴淋，以去除現存的大部分固態顆粒。夾帶的顆粒作為分離器內廢渣排出。然後氣體轉至洗滌器，洗滌器中的兩個充填床用來減低顆粒濃度至<1mg/m3。之後粗合成的氣適宜用來脫硫和使用。從氣體中脫硫的灰和煙炱在由謝爾和魯奇開發的煙炱灰脫除裝置中處理。熔渣經過濾，碳質濾餅被焚化，產生高釩灰殘渣。sgp與scgp的主要區別為：(i)非（未）冷卻的氣化爐；(ii)燃燒管合成氣冷卻器；(iii)淬冷用非再循環冷卻合成氣；(iv)氣化爐內溫度較低。使用sgp的唯一氣化發電廠是在鹿特丹的殼牌煉油廠的per+綜合企業。三個sgp系列用殘渣生產合成氣；67%的合成氣用於制h2，其余用來發電。[scgp]殼牌公司的氣化歷史可回溯到20世紀50年代，那時第一個sgp裝置交付使用。1972年，殼牌公司開始煤的氣化工藝的研究工作。在阿姆斯特丹建設了一座6t/d中試廠後，殼牌公司於1978年在德國漢堡附近哈爾堡建一座150t/d示范廠。殼牌公司采用所獲得的經驗在美國休斯頓的迪爾帕克現有的石油化工聯合企業建一座廠。該廠規模為氣化220t/d（每天250美國短噸）煙煤成365t/d(每天400美國短噸)的高濕、高灰分褐煤。1987年迪爾帕克氣化爐投入運營，並證實了scgp氣化多種類型煤的能力。1989年，在荷蘭的buggenum的一座igcc電廠宣布選擇使用scgp，它成為采用scgp的唯一商業化電廠。謝爾氣化爐如圖8所示。該氣化爐容器由碳素鋼壓力外殼構成，裡面有一氣化室，氣化室由耐火襯裡的膜壁封閉。通過膜壁的循環水用來控制氣化室壁溫度及產生飽合蒸汽。干式pf、o2和蒸汽經氣化爐底部的對置燃燒器送入，氣化爐操作壓力~25-30巴。氣化在1500℃和此溫度以上發生，確保煤灰熔化並形成熔渣。熔渣在氣化爐壁內表面下行，在氣化爐底部一水槽內淬冷，一部分熔渣粘在氣化爐壁上並冷卻，形成防護層。煤的氣化形成一種粗燃料氣，主要成分是h2和co，及少量co2和一些夾帶的渣粒。在氣化爐出口，粗氣以再循環的冷卻的燃料氣淬冷，使溫度降至~900℃以下。冷卻使渣粒凍結，使它們粘性減小，不易在表面掛渣。其後，燃料氣在合成氣冷卻器中冷卻到~300℃，產生高壓和中壓蒸汽。與殼牌公司的石油氣化工藝的合成氣冷卻器完全不同，scgp合成氣冷卻器在殼側有氣體。因此，合成氣冷卻器有一套復雜的管道，包括各種節省器、中壓及高壓汽化器和一些過熱器。冷卻的合成氣利用陶瓷過濾器過濾。之後大約50%的冷卻合成氣再循環至氣化爐頂部作氣體的淬冷介質使用，其余的合成氣被洗滌，去掉鹵化物和nh3，然後送至脫硫裝置。3.3.3.1shell煤氣化工藝的結構特點(1)煤粉制備和送料系統。shell煤氣化工藝采用干煤粉進料系統。原煤的干燥和磨煤系統與常規電站基本相同，但送料系統是高壓的n2氣濃相輸送。與水煤漿不同，整個系統必須采取防爆措施。經預破碎後進入煤的干燥系統，使煤中的水分小於2%，然後進入磨煤機中被制成煤粉。對煙煤，煤粉細度r90一般為20%～30%，磨煤機是在常壓下運行，制成粉後用n2氣送入煤粉倉中。然後進入2級加壓鎖斗系統。再用高壓n2氣，以較高的固氣比將煤粉送至4個氣化爐噴嘴，煤粉在噴嘴裡與氧氣(95%純度)混合並與蒸汽一起進入氣化爐反應。(2)氣化爐。由對稱布置的4個燃燒器噴入的煤粉、氧氣和蒸汽的混合物，在氣化爐內迅速發生氣化反應，氣化爐溫度維持在1400～1600℃，這個溫度使煤中的碳所含的灰分熔化並滴到氣化爐底部，經淬冷後，變成一種玻璃態不可浸出的渣排出。粗煤氣隨氣流上升到氣化爐出口，經過一個過渡段，用除塵後的低溫粗煤氣(150℃左右)使高溫熱煤氣急冷到900℃，然後進入對流式煤氣冷卻器。在有一定傾角的過渡段中，由於熱煤氣被驟冷，所含的大部分熔融態灰渣凝固後落入氣化爐底部。shell氣化爐的壓力殼內布置垂直管膜式水冷壁，產生4.0mpa的中壓蒸汽。向火側有一層很薄的耐火塗層，當熔融態渣在上面流動時，起到保護水冷壁的作用。demkolecigcc電站的氣化爐直徑約5～6m，高約50多m，標高達到60多m。氣化爐的運行壓力約2.6～2.8mpa。(3)煤氣冷卻器。粗熱煤氣在煤氣冷卻器中被進一步冷卻到250℃左右。低溫冷卻段產生4.0mpa的中壓蒸汽，這部分蒸汽與氣化爐產生的中壓蒸汽混合後，再與汽輪機高壓缸排汽一起再熱成中壓再熱蒸汽。高溫冷卻段產生13mpa的高壓蒸汽，它與余熱鍋爐裡的高壓蒸汽一起過熱成主蒸汽。demkolec電廠的煤氣冷卻器直徑約4m，高約64m，冷卻器頂部標高約74.5m，是氣化島的最高點。冷卻器的壓力外殼裡布置有8層螺旋管圈，上下共分成5段，熱煤氣由上而下在螺旋管外流動與螺旋管內的水換熱。每一層螺旋管圈都有一個氣動錘振打清除積灰。由於shell氣化爐組成的igcc系統采用的是干法除塵，所以，它的黑水和灰水處理系統相對比較簡單，但其主要的流程與texaco相似，在此不再贅述。3.3.3.2shell煤氣化工藝的性能及技術經濟指標分析(1)shell氣化爐的煤氣中co和h2含量遠大於texaco煤氣，而co2和h2o卻遠小於texaco煤氣。由於可燃氣成分較高，其冷煤氣效率較高(約80%～83%)，組成的igcc電站發電效率也較高(43%lhv)。而水煤漿進料的冷煤氣效率一般僅為74%～77%。組成的igcc效率也較低(41%lhv)。(2)由於煤氣中水分含量較少(2.0%)，shell氣化爐組成的igcc因常溫淨化而損失的熱煤氣能量較小，而水煤漿進料的煤氣中一般都含有16.8%左右的水分，那麼當熱煤氣冷卻到常溫時，必然損失大量的顯熱和潛熱。水煤漿進料氣化工藝對高溫淨化的需求更迫切。(3)shell氣化爐的噴嘴和水冷壁壽命較長，在demkolec電站累計運行10000h以上未見損壞，氣化爐的可用率已達到95%。(4)由於采用干法進料，氣化過程的氧耗比水煤漿進料少，煤氣中的co2含量也遠小於水煤漿進料的煤氣。對於相同容量的氣化爐，shell氣化所需的空分站可小於15%～25%。(5)采用干灰再循環，提高了碳的轉化率(可達到99%)。(6)干法進料系統與水煤漿相比要復雜得多，操作和保護也要嚴格得多。進料系統的防爆和防洩漏問題十分關鍵。進料系統的占地和造價比水煤漿大。此外，干法進料系統的粉塵排放遠大於水煤漿進料系統。(7)由於shell氣化爐采用4個(或更多)噴嘴運行，易於在低負荷和高負荷下運行，操作的靈活性大，實現大型化的可能性大。據介紹，shell氣化爐的最低負荷可達到25%，即一個噴嘴運行。(8)shell氣化爐運行過程中最重要的控制參數如下：氣化爐出口溫度；合成氣冷卻器進口溫度；煤氣成分；蒸汽的參數(流量、溫度、壓力)；爐渣的排出量及外觀狀況。(9)氣化爐的變負荷率每分鐘大於5%，igcc的變負荷率每分鐘接近3%。3.3.3.3demkolecigcc電站中shell氣化爐曾出現過的問題及解決辦法在demkolec電站運行中，shell氣化爐及其輔助系統的運行基本正常，可用率也較高。在運行初期出現過以下問題：(1)排渣的鎖斗堵塞；(2)細微爐渣影響黑水處理系統。上述2個與氣化工藝有關問題的原因及解決辦法與前文相同，在此不再贅述。 據說使用shell煤氣化技術的工廠目前沒有一個運行穩定的……中國被shell當成了氣化技術的實驗田……
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