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氣化評價指標含義及相關性

時間:2016-05-19 20:42:07  來源:道博客  作者:網絡

    為考察氣化爐的運行情況,相關的科研工作者學者與行業從業人員制定了一系列的氣化評價指標。這些評價指標單獨使用,能夠在一定程度上反映氣化爐的運行效率;然而,由于各有側重,無法完全反映氣化爐的實際運行情況。因此,在實際的研究與工業生產中,往往采用一系列氣化評價指標來檢驗氣化爐的運行效率。為了監理全面系統的氣化評價指標體系,有必要了解各個氣化評價指標的含義及其相關性。tKi氣化網
各氣化評價指標的含義tKi氣化網
從不同的統計目的出發,相關的科研工作者與行業從業人員制定了一系列的氣化評價指標,行業應用比較廣泛地氣化評價指標及其含義具體統計如下:tKi氣化網
一、氣化能力指標tKi氣化網
1、氣化強度tKi氣化網
該指標具體含義是單位時間、單位氣化爐截面積上處理的原料煤質量或產生的煤氣量。氣化強度越大,氣化爐生產能力越大,由于具體含義有區別,采用的單位主要有:以消耗的原料煤量計為Kg/(m2•h);以產生的煤氣量計為Nm3/(m2•h);以生產煤氣的熱值表示為MJ/(m2•h)。tKi氣化網
2、單爐日投煤量tKi氣化網
該指標具體含義是單位時間內氣化爐處理最大量的原料煤質量。單爐日投煤量越大,氣化能力越大。與氣化強度相比,該指標未考慮氣化爐截面積因素。tKi氣化網
采用的單位主要有:國內以消耗的原煤量計為t/d;國外以消耗原料煤的熱值計為MW。后者比前者煤種適應范圍更廣。tKi氣化網
與氣化強度相比,該指標簡單直觀,應用更加廣泛。tKi氣化網
3、單爐生產能力tKi氣化網
通常采用Nm3/h的單位,其具體含義是單位時間內,氣化爐所產生的干合成氣量。該指標比較直觀的反映了氣化爐的造氣能力,即產出能力。tKi氣化網
4、相互對應關系tKi氣化網
200MW氣化爐,以標煤計算投煤量為200MW*3600s/(4.18J/K)/7000*106k/t*24h/d=590t/d,為750t/d級氣化爐;合成氣產量為5*104Nm3/h;有效期量為4~4.5*104Nm3/h。tKi氣化網
400MW氣化爐,以標煤計算投煤量為400MW*3600s/(4.18J/K)/7000*106k/t*24h/d=1180t/d,為1500t/d級氣化爐,合成氣產量為10*104Nm3/h;有效期量為8~9*104Nm3/h。tKi氣化網
800MW氣化爐,以標煤計算投煤量為800MW*3600s/(4.18J/K)/7000*106k/t*24h/d=2360t/d,為3000t/d級氣化爐,合成氣產量為20*104Nm3/h;有效期量為16~18*104Nm3/h。tKi氣化網
二、物料消耗指標tKi氣化網
1、比煤耗tKi氣化網
通常采用Kg/KNm3的單位,其具體含義是生產1000Nm3有效氣所消耗的原料煤質量。該數據是統計數據,由生產部門根據消耗的原料煤量與所產有效氣量計算所得。該數據反映了氣化系統原料煤耗。tKi氣化網
固定床間歇式氣化技術,比煤耗為550~590Kg/KNm3。tKi氣化網
魯奇氣化技術,比煤耗為700~800Kg/KNm3。tKi氣化網
灰熔聚加壓氣化技術,比煤耗為870~1000Kg/KNm3。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術,比煤耗為550~650Kg/KNm3。tKi氣化網
水煤漿加壓氣化技術,比煤耗為550~650Kg/KNm3。tKi氣化網
2、比氧耗tKi氣化網
通常采用Nm3/KNm3的單位,其具體含義是生產1000Nm3有效氣所消耗的氧氣體積(標準狀態下)。該數據同樣屬于統計數據,由生產部門根據消耗的氧氣量與所產有效氣量計算所得。該數據反映了氣化系統的氧氣消耗。tKi氣化網
固定床間歇式氣化技術,采用空氣進料,比氧耗為0Nm3/KNm3。tKi氣化網
魯奇氣化技術,比氧耗為160~270Nm3/KNm3。tKi氣化網
灰熔聚加壓氣化技術,比氧耗為400Nm3/KNm3。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術,比氧耗為330~360Nm3/KNm3。tKi氣化網
水煤漿加壓氣化技術,比氧耗為350~420Nm3/KNm3。tKi氣化網
3、蒸汽耗tKi氣化網
通常采用Kg/Kg原料煤的單位,其具體含義是消耗1Kg原料煤所消耗的水蒸氣量。該數據同樣屬于統計數據,有生產部門根據消耗的水蒸氣量與原料煤量計算所得。該數據反映了氣化系統的水蒸氣消耗。tKi氣化網
固定床間歇氣化技術,蒸汽耗為0.26~0.4Kg/Kg原料煤。tKi氣化網
魯奇爐氣化技術,蒸汽耗為1~1.1Kg/Kg原料煤。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術,蒸汽耗為0.2~0.25Kg/Kg原料煤。tKi氣化網
水煤漿加壓氣化技術,蒸汽耗為0Kg/Kg原料煤。tKi氣化網
以上三個指標基本上反映了氣化爐消耗的主要物料:原料煤,氧氣與水蒸氣。其實,在氣化系統的物料消耗中,水、電也是重要的組成部分,然而由于統計的艱難性,統計意義不大的原因,這些指標往往并不在氣化評價指標之中。tKi氣化網
以上述三個指標為基礎,根據不同的計算口徑,產生了其他系列氣化評價指標,行業較常用的有:tKi氣化網
1)氧煤比tKi氣化網
該指標無量綱,其具體含義是氣化所消耗的氧氣質量與原料煤質量之比。該指標可由生產部門根據消耗的原料煤量與氧氣量計算所得。其實也可根據比氧耗、比煤耗計算所得。tKi氣化網
該指標反映了氣化過程中氧氣與煤的比值,指標的高低在一定程度上反映了粗合成氣組分的質量。相同的裝置中,氧煤比高,氣化溫度提高,甲烷含量降低,二氧化碳含量提高,粗合成氣質量提升;氧煤比低,氣化溫度降低,甲烷含量提高,二氧化碳含量降低,粗合成氣質量下降。tKi氣化網
魯奇氣化技術,氧煤比為0.23~0.55。tKi氣化網
灰熔聚加壓氣化技術,氧煤比為0.57~0.66。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術,氧煤比為0.72~0.94。tKi氣化網
水煤漿加壓氣化技術,氧煤比為0.95~1。tKi氣化網
在水煤漿氣化中,通常采用氧漿體積比指標代替氧煤比,即氣化爐進料氧氣的體積流量和進料水煤漿體積流量的比值,通常為450~500。原始開車前,按照氧碳原子數比值0.95~1計算。tKi氣化網
計算公式為:tKi氣化網
氧原子的物質的量=(氧氣的標準流量/22.4*2)單位Kmol。tKi氣化網
碳原子的物質的量=(煤漿的體積流量*煤漿的密度*煤中碳原子的百分含量*水煤漿濃度/12)單位kmol。tKi氣化網
2)汽氣比tKi氣化網
該指標無量綱,其具體含義是氣化所消耗的水蒸氣量與氧氣量之比。水蒸氣與氧氣作為氣化過程的兩種氧化劑,其組成的變化直接影響著粗合成氣的氣體組成。汽氣比高,CO量減少,H2量增加,CO/H2下降;汽氣比低,CO量增加,H2量降低,CO/H2提高。tKi氣化網
魯奇氣化技術,汽氣比為1.8~4.23。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術,汽氣比為0.21~0.35。tKi氣化網
水煤漿加壓氣化技術,汽氣比為0。tKi氣化網
3)水蒸氣分解率tKi氣化網
該指標無量綱,其具體意義是被分解掉的水蒸氣與入爐水蒸氣總量之比。水蒸氣分解率高,所得到的粗合成氣質量好,水蒸氣含量低;反之,所得到的粗合成氣質量低,水蒸氣含量高。tKi氣化網
氣化中的水蒸氣分解率通常指固定床氣化技術。固定床間歇氣化技術蒸汽分解率為40~60%;魯奇爐氣化技術為40%。tKi氣化網
三、綜合評價指標tKi氣化網
上述一、二部分所述的指標,僅僅是從投入與產出的視角出發對氣化進行評價。本部分所述的綜合評價指標則從整個氣化系統出發,對氣化進行評價。因此本部分的評價指標反映氣化更加全面,但計算更為復雜。廣泛采用的綜合評價指標有:tKi氣化網
1、碳轉化率tKi氣化網
該指標無量綱,其具體含義是氣化過程中消耗的總碳量與原料煤中碳量的百分比。該指標指氣化過程中煤中碳的轉化率,而不是表示碳的利用率。tKi氣化網
該指標其實與熱煤氣效率相關度大,因為燃燒產生熱量的碳其實也計入了轉化碳的范疇。tKi氣化網
固定床間歇氣化技術碳轉化率約85%。tKi氣化網
魯奇爐氣化技術碳轉化率約90%。tKi氣化網
航天爐氣化技術標稱碳轉化率高于98%,實際運行來看在93~96%之間;其他粉煤氣化技術標稱碳轉化率高于98%。tKi氣化網
水煤漿氣化技術碳轉化率高于95%。tKi氣化網
2、氣化效率tKi氣化網
該指標無量綱,分為冷煤氣效率與熱煤氣效率兩個指標。tKi氣化網
冷煤氣效率具體含義為氣化生成煤氣的化學能與氣化用煤的化學能之比。tKi氣化網
固定床間歇氣化技術冷煤氣效率60~70%。tKi氣化網
魯奇爐氣化技術冷煤氣效率70~80%。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術冷煤氣效率78~83%。tKi氣化網
水煤漿氣化技術冷煤氣效率70~76%。tKi氣化網
熱煤氣效率具體含義是氣化生成的煤氣的化學能與氣化爐和熱煤氣顯熱利用系統中產生的蒸汽之焓值增量二者之和與氣化用煤的化學能之比。“蒸汽之焓值增量”是指顯熱利用系統中產生蒸汽的焓值與其給水的焓值之差。tKi氣化網
固定床間歇氣化技術熱煤氣效率約80%。tKi氣化網
魯奇爐氣化技術熱煤氣效率約85~90%。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術熱煤氣效率95~98%。tKi氣化網
水煤漿氣化技術熱煤氣效率90~95%。tKi氣化網
用一個粗略簡明的公式來表示:tKi氣化網
冷煤氣效率=煤氣化學能/原料煤化學能tKi氣化網
熱煤氣效率=(煤氣化學能+系統利用能量)/原料煤化學能=冷煤氣效率+系統利用能量/原料煤化學能。tKi氣化網
從該公式可以看出,冷煤氣效率僅關注氣化部分的能量轉移;而熱煤氣效率則增加了系統能量利用。后者比前者更加真實的反映了氣化的能量轉移。tKi氣化網
但對于氣化而言,冷煤氣效率更加重要。系統能量轉移100%全部進入煤氣部分,這樣意味著能量損失的減少。即使能量能夠全部回收利用,如果冷煤氣效率低,那意味著這個過程更多的是燃燒而不是氣化。氣化爐變成了鍋爐,對于氣化而言就毫無意義了。tKi氣化網
3、熱效率tKi氣化網
根據比較系統的不同,熱效率分為氣化熱效率與系統熱效率兩個指標。氣化熱效率指氣化爐內部系統能量利用程度;系統熱效率指整個氣化系統能量利用程度。tKi氣化網
氣化熱效率=(所有產品所含能量+回收利用能量)/供給氣化爐總能量tKi氣化網
系統熱效率=(所有產品所含能量+回收利用能量)/(供給氣化爐總能量+其他動力消耗)tKi氣化網
系統熱效率統計較為復雜,在相關的文獻中沒有看到相關的資料。通常所統計的數據為氣化熱效率;而且文獻往往將熱煤氣效率混淆為氣化熱效率。tKi氣化網
固定床間歇氣化技術氣化熱效率75~80%。tKi氣化網
魯奇爐氣化技術氣化熱效率約82%。tKi氣化網
粉煤加壓氣化技術氣化熱效率88~92%。tKi氣化網
水煤漿氣化技術氣化熱效率86~87%。tKi氣化網
4、第2與3部分指標比較tKi氣化網
從概念上來講,氣化效率與熱效率都指能量的轉化效率,不過比較的對象不同。氣化效率偏重于原料煤能量的轉化;熱效率偏重于所有能量的轉化。前者關注的面較窄,后者較寬。單從氣化而言,氣化效率指導意義更大;從系統的角度而言,熱效率更有代表性。
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典型氣化技術評價指標表
技術項目 UGI 魯奇爐 航天爐 Shell GSP 德士古 華東四噴嘴
有效氣成分% 65-70 50-70 85-90(神木) ~90 ~90 78-82 ≥83
單爐日投煤量t/d 180 550-1000(Mark IV) 750-2000 1000-2500 720-2000 1000-2000 700-2500
單爐生產能力104Nm3/h 1.2(Ø3.6m) 3.5-6.5 5月13日 7月17日 5月13日 7月13日 5月17日
比煤耗Kg/KNm3 550-590 700-800 550-650 550-650 550-650 550-620 550-600
比氧耗Nm3/KNm3 0 160-270 330-360 330-360 330-360 400-430 350-400
蒸汽耗Kg/Kg 0.26-0.4 1-1.1 0.2-0.25 0.2-0.25 0.2-0.25 0 0
蒸汽分解率% 40-60 40 -- -- -- -- --
碳轉化率% 85 ~90 93-96 >98 >98 95-97 >98
冷煤氣效率% 60-70 70-80 78-83 78-83 78-83 70~76 73
熱煤氣效率% 80 85-90 95 98(廢鍋) 95(激冷) 90-95 95
氣化熱效率% 75-80 ~82 ~90 90 88-92 86 87
系統熱效率% -- -- -- -- -- -- --
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