新动力洁能CFBC“清洁燃煤系统”是从循环流化床(CFBC)粉煤气化技术发展而来的,其最大特点是清洁(环保)、转化效率高(省煤)。清洁是指该技术不产生有害物排放,不产生油性物质排放;转化效率高是指煤炭的能量能最大限度地转化成燃气的能量,传统煤气化技术的转化效率约60%,该技术的转化效率高达73%。举例来说,一个传统日烧煤600吨的中小型能源用户使用该技术全年可节省16363吨煤(也就是减少碳排放1.6万吨)。以每吨煤人民币900元计,节约燃料费用价值人民币14727272元,用煤差价节约费用40909091元。传统方式下SO2排放901mg/m3,该技术SO2排放仅93mg/m3。
循环流化床粉煤气化技术是经过50年的发展,从流化床燃烧装置、快速流化床催化裂化装置、氢氧化铝焙烧反应器等一系列化工、燃烧装置中开发出的高效、低污染煤气化技术。该技术具有对煤种适应性强、燃烧效率高、操作灵活、有利于环保、燃料制备和给煤系统简单等优点。
自1979年第一台20t/h循环流化床锅炉问世以来,循环流化床燃烧技术得到了许多国家的重视。目前国际著名的锅炉制造公司都无一例外地加入到循环流化床燃烧技术产品的开发和生产的行列中。
新动力洁能CFBC“清洁燃煤系统”改进了使用几十年的CFBC流化床清洁燃煤技术,在继承CFBC技术安全、基本无有害排放等优异性能的基础上,通过工艺创新、技术创新创造了单位燃煤煤气转化率的新标准(燃煤气化率提高10%~20%)。
新动力洁能CFBC“清洁燃煤系统”由给煤系统、粉煤气化系统、自动控制系统及净化系统四大部分组成。给煤系统的功能是将原料煤处理成颗粒小于8mm、含水率小于1%且具有一定温度的煤粉。粉煤气化系统的功能是将给煤系统输送来的粉煤通过循环流化工艺气化,并将气化过程的一部分热能提供给给煤系统。自动控制系统承担整个系统的控制任务及安保任务。净化系统将根据需要收集粉尘、SO2及CO2等有害物质。
新动力洁能CFBC“清洁燃煤系统”是一项安全、环保、高效的洁净煤技术产品。该技术无煤焦油及煤酚水排放。它投入运转后不仅大大降低企业的能源成本,同时还将极大地改善企业及周边地区的环境。
传统燃煤气化技术存在的问题
在一般的煤气发生炉中,煤是由上而下、气化剂则是由下而上地进行逆流运动,它们之间发生化学反应和热量交换。这样在煤气发生炉中形成了几个区域,或称为“层”。以下绍3个关键的层。
燃烧层(氧化层)。从灰渣中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳,并放出大量的热量。它是气化过程中的主要区域之一,其主要反应是:
C+O2→CO2+97655Kcal
还原层在燃烧层的上面,赤热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的本领,所以在还原层中,二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。这一层也因此而得名,称为还原层,其主要反应为:
CO2+C→2CO-38792Kcal
H2O+C→H2+CO-28382Kcal
2H2O+C→CO2+2H2-17971Kcal
干馏层位于还原层的上部,由还原层上升的气体随着热量的消耗,其温度逐渐下降,故干馏层温度约在150~700℃之间,煤在这个温度下,历经低温干馏的过程,产生甲烷、烯烃及焦油等物质,它们受热成为汽态,即生成煤气并通过上面干燥层而逸出,成为煤气的组成部分。
通过上面的介绍不难看出,还原层是产煤气的层,这一层需要大量的热量,由于上部加入的是冷煤,而这部分冷煤同时需要升温耗热,因此需要燃烧更多的煤以获得这些热量,所以传统燃煤气化技术煤气转化率低。干馏层是产生有害物质的层,该技术注定难以达到环保要求。
Shell及GETexaco技术缺陷
荷兰Shell技术和GETexaco技术均属于加压气化技术,其技术特征是:Shell采用干式加料而Texaco则采用湿式加料技术。这两项技术最大的问题是工程应用太少,许多工程问题如材料、喷嘴、煤等均出现重大问题,大型气化装置运转成本太高,有些问题难以有效解决,目前这些设备年运转率仅为74%,平均维护时间间隔两个月。
荷兰Shell技术和GETexaco技术是清洁煤技术,但是他们本身不是节能技术。这里提供一组数据:
(1)磨煤系统电耗。根据经验数据:干磨煤粉,每吨煤约需耗电30kWh;湿磨煤粉,每吨煤需耗电20kWh。以日处理原料煤1000吨的工厂计算,耗电分别达到每年990万kWh及660万kWh。
(2)原料煤干燥系统的煤耗差别。如原料含水按10%计,每吨原料煤干燥所需原煤约10kg,以日处理原料煤1000吨计,每年干燥系统煤耗约3300吨,以每吨煤900元计价,每年约需2970000元用于煤干燥。
(3)输煤系统电耗差别。对于干粉进料,以输送1000t/d输煤系统用气量8000m3/h计,输煤系统高压氮气(5.2MPa)耗量为8000m3/h,电耗为1600kW,电价按0.45元/kWh计,每年耗电费约570万元。低压氮气(0.6MPa)耗量为4500m3/h,电耗为367kW,电价按0.45元/kWh计,每年耗电费约130万元。
以上两项合计,每小时电耗为1967kWh,每年耗电费约700万元。对于水煤浆系统,按日处理原料煤1000吨,电耗为225kW,电价按0.45元/kWh计,每年耗电费约801900元。
(4)备煤及输煤系统投资差别。按日处理1000吨原料煤计,干煤粉制备及输煤系统投资比水煤浆制备及输水煤浆系统约多5000万元。
由上述数据比较可看出,Shell、Texaco技术均属投资大、成熟度不高的技术,且不属于节能技术。
CFBC燃煤气化的特点和优势
循环流化床(CFBC)是将固体燃煤颗粒在炉床内经气体流化后进行燃烧的技术。燃煤颗粒在炉体及炉体外分离器之间循环运行。煤气产生的原理同传统燃煤气化并无不同,但加料及燃烧的方式不同,使燃煤气化过程发生显著变化,该技术没有干馏层。
由于CFBC设备独特的流体动力特性和结构,使其具备许多独特的优点,简述如下:
1.燃料适应性:这是CFBC设备主要优点之一。CFBC设备的流体动力特性使得气、固和固、固体燃料混合非常好,因此燃料进入炉膛后很快与大量床料混合,燃料被迅速加热至明火温度,同时床层温度没有明显改变。CFBC设备既可用优质煤,也可烧各种劣质煤,如高灰分煤、高硫煤、高灰高硫煤、煤矸石、泥煤及油页岩、石油焦、炉渣树皮、废木料、垃圾等。
2.设备简单,相对Shell和Texaco技术投资成本大大降低,仅相当于Shell和Texaco气化装置价格的10%。
3.燃烧效率高:CFBC设备的燃烧效率要比链条炉高97.5%~99.5%,可与煤粉炉相媲美。CFBC设备炉燃烧效率高是因为下述特点:气、固混合良好,燃烧速率高,特别是对粗粉燃料,绝大部分未燃尽的燃料被再循环至炉膛再燃烧,同时,循环流化床锅炉能在较宽的运行变化范围内保持较高的燃烧效率。
3.高效脱硫:CFBC设备的脱硫比其他炉型更加有效,典型的CFBC设备脱硫可达90%。与燃烧过程不同,脱硫反应进行得较为缓慢,为了使氧化钙(燃烧石灰石)充分转化为硫酸钙,烟气中的二氧化硫气体必须与脱硫剂有充分长的接触时间和尽可能大的反应面积。CFBC设备中石灰石粒径通常为0.1~0.3mm,无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的脱除率,循环流化床锅炉都比其他锅炉优越。
4.氮氧化物(NO2)排放低:氮氧化物排放低是CFBC设备一个非常吸引人的特点。运行经验表明,CFBC设备的二氧化氮排放范围为50~150PPM或40~120mg/MJ。NO2排放低的原因:一是低温燃烧,此时空气中的氮一般不会生成NO2,二是分段燃烧,抑制燃料中的氮转化NO2,并使部分已生成的NO2得到还原。
5.燃烧强度高、炉膛截面积小、炉膛单位截面积的热负荷高是CFBC设备的主要优点之一。CFBC设备的截面热负荷约为3.5~4.5MW/m2,接近或高于煤粉炉。
6.给煤点少:CFBC设备因炉膛截面积较大,同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少,只需一个给煤点,简化了给煤系统。
7.燃料预处理系统简单:CFBC设备的给煤粒度一般小于10mm,因此与煤粉炉相比,燃料的制粉系统大为简化。此外,CFBC设备能直接燃用高水分煤(水分可达30%以上)。当燃用高水分煤时,也不需要专门的处理系统。
8.易于实现灰渣综合利用:CFBC设备因燃烧过程属于低温燃烧,同时炉内优良的燃烧条件,使得锅炉灰渣含碳量低,易于实现灰渣的综合利用。如灰渣作为水泥掺和料或做建筑材料,同时因高温烧透也有利于稀有金属的提取。
9.CFBC设备内不布埋受热面管:CFBC设备的床内不布置埋管受热面,不存在磨损问题。此外,启动、停炉、结焦处理时间短,同时长时间压火之后可直接启动。
CFBC燃煤气化技术和装备具有传统燃煤气化技术不可比拟的特点和优势,经过前期的研发和长时间的试运行证明节能、排放、安全等各项指标均优于国家要求的标准,该技术已经完全成熟。科达机电CFBC燃煤气化技术和装备的问世为我国绿色经济的发展,尤其是为陶瓷产业当前实现清洁化绿色生产改造的任务提供了成熟的解决方案。