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        气化评价指标含义及相关性

        时间:2016-05-19 20:42:07  来源:道博客  作者:网络

            为考察气化炉的运行情况,相关的科研工作者学者与行业从业人员制定了一系列的气化评价指标。这些评价指标单独使用,能够在一定程度上?#20174;?#27668;化炉的运行效率;然而,由于各有侧重,无法完全?#20174;?#27668;化炉的?#23548;试?#34892;情况。因此,在?#23548;?#30340;研究与工业生产中,往往采用一系列气化评价指标来检验气化炉的运行效率。为了监理全面系统的气化评价指标体系,有必要了解各个气化评价指标的含义及其相关性。tKi气化网
        各气化评价指标的含义tKi气化网
        从不同的统计目的出发,相关的科研工作者与行业从业人员制定了一系列的气化评价指标,行业应用比较广泛地气化评价指标及其含义具体统计如下:tKi气化网
        一、气化能力指标tKi气化网
        1、气化强度tKi气化网
        该指标具体含义是单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。气化强度越大,气化炉生产能力越大,由于具体含义有区别,采用的单位主要有:以消耗的原料煤?#32771;?#20026;Kg/(m2•h);以产生的煤气?#32771;?#20026;Nm3/(m2•h);以生产煤气的热值表示为MJ/(m2•h)。tKi气化网
        2、单炉日投煤量tKi气化网
        该指标具体含义是单位时间内气化炉处理最大量的原料煤质量。单炉日投煤量越大,气化能力越大。与气化强度相比,该指标未考虑气化炉截面积因素。tKi气化网
        采用的单位主要有:国内以消耗的原煤?#32771;?#20026;t/d;国外以消耗原料煤的热?#23548;?#20026;MW。后者比前者煤?#36136;视?#33539;围更广。tKi气化网
        与气化强度相比,该指标简单直观,应用更加广泛。tKi气化网
        3、单炉生产能力tKi气化网
        通常采用Nm3/h的单位,其具体含义是单位时间内,气化炉所产生的干合成气量。该指标比?#29616;?#35266;的?#20174;?#20102;气化炉的造气能力,即产出能力。tKi气化网
        4、相互对应关系tKi气化网
        200MW气化炉,以标煤计算投煤量为200MW*3600s/(4.18J/K)/7000*106k/t*24h/d=590t/d,为750t/d级气化炉;合成气产量为5*104Nm3/h;有效期量为4~4.5*104Nm3/h。tKi气化网
        400MW气化炉,以标煤计算投煤量为400MW*3600s/(4.18J/K)/7000*106k/t*24h/d=1180t/d,为1500t/d级气化炉,合成气产量为10*104Nm3/h;有效期量为8~9*104Nm3/h。tKi气化网
        800MW气化炉,以标煤计算投煤量为800MW*3600s/(4.18J/K)/7000*106k/t*24h/d=2360t/d,为3000t/d级气化炉,合成气产量为20*104Nm3/h;有效期量为16~18*104Nm3/h。tKi气化网
        二、物料消耗指标tKi气化网
        1、比煤耗tKi气化网
        通常采用Kg/KNm3的单位,其具体含义是生产1000Nm3有效气所消耗的原料煤质量。该数据是统计数据,由生产部门根据消耗的原料煤量与所产有效气?#32771;?#31639;所得。该数据?#20174;?#20102;气化系统原料煤耗。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;式气化技术,比煤耗为550~590Kg/KNm3。tKi气化网
        鲁奇气化技术,比煤耗为700~800Kg/KNm3。tKi气化网
        灰熔聚加压气化技术,比煤耗为870~1000Kg/KNm3。tKi气化网
        粉煤加压气化技术,比煤耗为550~650Kg/KNm3。tKi气化网
        水煤浆加压气化技术,比煤耗为550~650Kg/KNm3。tKi气化网
        2、比氧耗tKi气化网
        通常采用Nm3/KNm3的单位,其具体含义是生产1000Nm3有效气所消耗的氧气体积(标准状态下)。该数据同样属于统计数据,由生产部门根据消耗的氧气量与所产有效气?#32771;?#31639;所得。该数据?#20174;?#20102;气化系统的氧气消耗。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;式气化技术,采?#27599;?#27668;进料,比氧耗为0Nm3/KNm3。tKi气化网
        鲁奇气化技术,比氧耗为160~270Nm3/KNm3。tKi气化网
        灰熔聚加压气化技术,比氧耗为400Nm3/KNm3。tKi气化网
        粉煤加压气化技术,比氧耗为330~360Nm3/KNm3。tKi气化网
        水煤浆加压气化技术,比氧耗为350~420Nm3/KNm3。tKi气化网
        3、蒸汽耗tKi气化网
        通常采用Kg/Kg原料煤的单位,其具体含义是消耗1Kg原料煤所消耗的水蒸气量。该数据同样属于统计数据,有生产部门根据消耗的水蒸气量与原料煤?#32771;?#31639;所得。该数据?#20174;?#20102;气化系统的水蒸气消耗。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;气化技术,蒸汽耗为0.26~0.4Kg/Kg原料煤。tKi气化网
        鲁奇炉气化技术,蒸汽耗为1~1.1Kg/Kg原料煤。tKi气化网
        粉煤加压气化技术,蒸汽耗为0.2~0.25Kg/Kg原料煤。tKi气化网
        水煤浆加压气化技术,蒸汽耗为0Kg/Kg原料煤。tKi气化网
        以上三个指标基本上?#20174;?#20102;气化炉消耗的主要物料:原料煤,氧气与水蒸气。其实,在气化系统的物料消耗中,水、电也是重要的组成部分,然而由于统计的艰难性,统计意义不大的原因,这些指标往往并不在气化评价指标之中。tKi气化网
        以上述三个指标为基础,根据不同的计算口径,产生了其他系列气化评价指标,行?#21040;?#24120;用的有:tKi气化网
        1)氧煤比tKi气化网
        该指标无量纲,其具体含义是气化所消耗的氧气质量与原料煤质量之比。该指标可由生产部门根据消耗的原料煤量与氧气?#32771;?#31639;所得。其实?#37096;?#26681;据比氧耗、比煤耗计算所得。tKi气化网
        该指标?#20174;?#20102;气化过程中氧气与煤的比值,指标的高低在一定程度上?#20174;?#20102;粗合成气组分的质量。相同的装置中,氧煤比高,气化温度提高,甲烷含量降低,二氧化碳含量提高,粗合成气质量提升;氧煤比低,气化温度降低,甲烷含量提高,二氧化碳含量降低,粗合成气质量下降。tKi气化网
        鲁奇气化技术,氧煤比为0.23~0.55。tKi气化网
        灰熔聚加压气化技术,氧煤比为0.57~0.66。tKi气化网
        粉煤加压气化技术,氧煤比为0.72~0.94。tKi气化网
        水煤浆加压气化技术,氧煤比为0.95~1。tKi气化网
        在水煤浆气化中,通常采用氧浆体积比指标代替氧煤比,即气化炉进料氧气的体积流量和进料水煤浆体积流量的比值,通常为450~500。原始开?#30331;埃?#25353;照氧碳原子数比值0.95~1计算。tKi气化网
        计算公式为:tKi气化网
        氧原子的物质的量=(氧气的标准流量/22.4*2)单位Kmol。tKi气化网
        碳原子的物质的量=(煤浆的体积流量*煤浆的密度*煤中碳原子的百分含量*水煤浆浓度/12)单位kmol。tKi气化网
        2)汽气比tKi气化网
        该指标无量纲,其具体含义是气化所消耗的水蒸气量与氧气量之比。水蒸气与氧气作为气化过程的两种氧化剂,其组成的变化直接影响着粗合成气的气体组成。汽气比高,CO?#32771;?#23569;,H2量增加,CO/H2下降;汽气比低,CO量增加,H2量降低,CO/H2提高。tKi气化网
        鲁奇气化技术,汽气比为1.8~4.23。tKi气化网
        粉煤加压气化技术,汽气比为0.21~0.35。tKi气化网
        水煤浆加压气化技术,汽气比为0。tKi气化网
        3)水蒸气分解率tKi气化网
        该指标无量纲,其具体意义是被分解掉的水蒸气与入炉水蒸气总量之比。水蒸气分解率高,所得到的粗合成气质量好,水蒸气含量低;反之,所得到的粗合成气质量低,水蒸气含量高。tKi气化网
        气化中的水蒸气分解率通常指固定床气化技术。固定?#24067;?#27463;气化技术蒸汽分解率为40~60%;鲁奇炉气化技术为40%。tKi气化网
        三、综合评价指标tKi气化网
        上述一、二部分所述的指标,仅仅是从投入与产出的视角出发对气化进行评价。本部分所述的综合评价指标则从整个气化系统出发,对气化进行评价。因此本部分的评价指标?#20174;?#27668;化更加全面,但计算更为复杂。广泛采用的综合评价指标有:tKi气化网
        1、?#30002;?#21270;率tKi气化网
        该指标无量纲,其具体含义是气化过程中消耗的总碳量与原料煤中碳量的百分比。该指标指气化过程中煤中碳的转化率,而不是表示碳的利用率。tKi气化网
        该指标其实与热煤气效率相关度大,因为燃烧产生热量的碳其实?#24067;?#20837;了转化碳的范畴。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;气化技术?#30002;?#21270;?#35797;?5%。tKi气化网
        鲁奇炉气化技术?#30002;?#21270;?#35797;?0%。tKi气化网
        ?#25945;?#28809;气化技术标称?#30002;?#21270;率高于98%,?#23548;试?#34892;来看在93~96%之间;其他粉煤气化技术标称?#30002;?#21270;率高于98%。tKi气化网
        水煤浆气化技术?#30002;?#21270;率高于95%。tKi气化网
        2、气化效率tKi气化网
        该指标无量纲,分为冷煤气效?#35270;?#28909;煤气效率两个指标。tKi气化网
        冷煤气效率具体含义为气化生成煤气的化学能与气化用煤的化学能之比。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;气化技术冷煤气效率60~70%。tKi气化网
        鲁奇炉气化技术冷煤气效率70~80%。tKi气化网
        粉煤加压气化技术冷煤气效率78~83%。tKi气化网
        水煤浆气化技术冷煤气效率70~76%。tKi气化网
        热煤气效率具体含义是气化生成的煤气的化学能与气化炉和热煤气显热利用系统中产生的蒸汽之?#25163;?#22686;量二者之和与气化用煤的化学能之比。“蒸汽之?#25163;?#22686;量”是指显热利用系统中产生蒸汽的?#25163;?#19982;其给水的?#25163;?#20043;差。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;气化技术热煤气效?#35797;?0%。tKi气化网
        鲁奇炉气化技术热煤气效?#35797;?5~90%。tKi气化网
        粉煤加压气化技术热煤气效率95~98%。tKi气化网
        水煤浆气化技术热煤气效率90~95%。tKi气化网
        用一个粗略简明的公式来表示:tKi气化网
        冷煤气效率=煤气化学能/原料煤化学能tKi气化网
        热煤气效率=(煤气化学能+系统利用能量)/原料煤化学能=冷煤气效率+系统利用能量/原料煤化学能。tKi气化网
        从该公式可以看出,冷煤气效率仅关注气化部分的能量转移;而热煤气效?#35797;?#22686;加了系统能量利用。后者比前者更加真实的?#20174;?#20102;气化的能量转移。tKi气化网
        但对于气化而言,冷煤气效率更加重要。系统能量转移100%全部进入煤气部分,这样意味着能量损失的减少。即使能量能够全部回收利用,如果冷煤气效率低,那意味着这个过程更多的是燃烧而不是气化。气化炉变成了锅炉,对于气化而言就毫无意义了。tKi气化网
        3、热效率tKi气化网
        根据比较系统的不同,热效率分为气化热效?#35270;?#31995;统热效率两个指标。气化热效率指气化炉内部系统能量利用程度;系统热效率指整个气化系统能量利用程度。tKi气化网
        气化热效率=(所有产品所含能量+回收利用能量)/供给气化炉总能量tKi气化网
        系统热效率=(所有产品所含能量+回收利用能量)/(供给气化炉总能量+其他动力消耗)tKi气化网
        系统热效率统?#24179;?#20026;复杂,在相关的文献中没有看到相关的资料。通常所统计的数据为气化热效率;而且文献往往将热煤气效率混淆为气化热效率。tKi气化网
        固定?#24067;?#27463;气化技术气化热效率75~80%。tKi气化网
        鲁奇炉气化技术气化热效?#35797;?2%。tKi气化网
        粉煤加压气化技术气化热效率88~92%。tKi气化网
        水煤浆气化技术气化热效率86~87%。tKi气化网
        4、第2与3部分指标比较tKi气化网
        从概念上来讲,气化效?#35270;?#28909;效率都指能量的转化效率,不过比较的对象不同。气化效率偏重于原料煤能量的转化;热效率偏重于所?#24515;?#37327;的转化。前者关注的面较窄,后者较宽。单从气化而言,气化效率指导意义更大;从系统的角度而言,热效率更有代表性。
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        典型气化技术评价指标表
        技术项目 UGI 鲁奇炉 ?#25945;?#28809; Shell GSP ?#29575;?#21476; 华东四喷嘴
        有效气成分% 65-70 50-70 85-90(神木) ~90 ~90 78-82 ≥83
        单炉日投煤量t/d 180 550-1000(Mark IV) 750-2000 1000-2500 720-2000 1000-2000 700-2500
        单炉生产能力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 -- -- -- -- --
        ?#30002;?#21270;率% 85 ~90 93-96 >98 >98 95-97 >98
        冷煤气效率% 60-70 70-80 78-83 78-83 78-83 70~76 73
        热煤气效率% 80 85-90 95 98(废锅) 95(激冷) 90-95 95
        气化热效率% 75-80 ~82 ~90 90 88-92 86 87
        系统热效率% -- -- -- -- -- -- --
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