(高清版)GBT 41038-2021 氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算方法

氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算方法2021-12-31發(fā)布2022-07-01實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本文件由全國煤化工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC469)歸口。本文件起草單位：華東理工大學(xué)、煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、東華工程科技股份有限公司、華陸工程科技有限責(zé)任公司、空氣化工產(chǎn)品(中國)投資有限公司、中國天辰工程有限公司、北京低碳清潔能源研究院、惠生工程(中國)有限公司、清華大學(xué)山西清潔能源研究院、兗礦水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心有限公司、寧夏大學(xué)、潞安化工集團(tuán)有限公司。Ⅱ?yàn)樨瀼亍吨腥A人民共和國節(jié)約能源法《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016—2030)》等法律、法規(guī)，提高煤炭清潔利用水平和能源利用效率，制定和實(shí)施煤炭清潔高效利用規(guī)劃，促進(jìn)煤化工行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和可1氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算方法本文件規(guī)定了氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算方法。本文件適用于以煤、石油焦、半焦等為原料的氣流床水煤漿氣化單元的能效計(jì)算。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T2589綜合能耗計(jì)算通則GB31571石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。水煤漿coal-waterslurry由煤、水和少量添加劑經(jīng)過加工制成的具有一定粒度分布、流動(dòng)性和穩(wěn)定性的流體。注：水煤漿按用途分為燃料用水煤漿和氣化用水煤漿。[來源：GB/T18855—2014,3.1,有修改]將化工用原料煤輸送到磨煤機(jī)與水、添加劑等一起進(jìn)行研磨，得到適合于氣化的合格水煤漿的過程。介質(zhì)攜帶水煤漿并使其在氣化爐內(nèi)處于流動(dòng)狀態(tài)的氣化過程。合成氣syngas以一氧化碳和氫氣為主要組分的原料氣或燃料氣。有效氣effectivesyngas合成氣中的一氧化碳和氫氣。循環(huán)冷卻水recirculatingcoolingwater通過換熱器交換熱量或直接接觸換熱方式來交換介質(zhì)熱量，并經(jīng)冷卻塔降溫后循環(huán)使用的水。2經(jīng)過水處理，水質(zhì)符合規(guī)定給水標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)入鍋爐的水。脫鹽水desalinatedwater除去了全部溶解的無機(jī)鹽的水。氣化過程或變換過程中產(chǎn)生的不同溫度和壓力等級(jí)的蒸汽。氣流床水煤漿氣化能效energyconsumptionefficiencyforentrained-flowcoal-waterslurrygasification氣流床水煤漿氣化在統(tǒng)計(jì)報(bào)告期內(nèi)有效總能量輸出與總能量輸入之比。4基本規(guī)定4.1能效計(jì)算時(shí)，輸入、輸出能量采用統(tǒng)一的能源折算系數(shù)應(yīng)符合附錄A的規(guī)定。4.2在對不同氣流床水煤漿氣化工藝技術(shù)(包括激冷流程、廢鍋流程等)進(jìn)行比較評(píng)價(jià)時(shí)，比較基準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的有效氣(CO+H?)每小時(shí)的產(chǎn)量。4.3輸入/輸出能量的計(jì)算均應(yīng)按正常運(yùn)行工況考慮，同時(shí)應(yīng)考慮正常生產(chǎn)過程中的連續(xù)公用工程消耗和間斷公用工程消耗。開停車、事故、消防、臨時(shí)吹掃等工況下的消耗或產(chǎn)出不計(jì)入。正常生產(chǎn)過程中的間斷消耗或產(chǎn)出折算為平均值后再計(jì)入。生產(chǎn)系統(tǒng)中產(chǎn)生的廢氣、廢液、廢渣中未回收使用的、無計(jì)量的、沒有實(shí)測熱值以及不作為能源利用的均不應(yīng)計(jì)入能量輸出。4.4氣化使用的原料煤以干燥基為基準(zhǔn)，原料煤、燃料氣或燃料油等應(yīng)按照低位發(fā)熱量計(jì)算其攜帶的能量。4.5氧氣、氮?dú)獾鹊哪茉凑鬯阆禂?shù)應(yīng)按照GB/T2589進(jìn)行折算，不同壓力等級(jí)的氧氣和氮?dú)猱a(chǎn)品的折能系數(shù)參見附錄B。4.6外排污水要求應(yīng)按照能量輸入考慮，以滿足GB31571中規(guī)定的廢水排放指標(biāo)為基準(zhǔn)，若不能滿足時(shí)，應(yīng)考慮經(jīng)廢水處理后滿足要求，并計(jì)算廢水處理過程中的相應(yīng)能耗。4.7制漿所用其他裝置送來的廢水應(yīng)以GB31571中規(guī)定的廢水排放指標(biāo)為基準(zhǔn)，廢水指標(biāo)超出的部分，應(yīng)考慮經(jīng)廢水處理后滿足要求，并計(jì)算廢水處理過程中的相應(yīng)能耗，將該能耗作為輸出項(xiàng)。4.8制漿所用其他裝置送來的污泥等危險(xiǎn)固體廢棄物制漿時(shí)，應(yīng)考慮制漿所用危險(xiǎn)廢棄物以傳統(tǒng)處理方式處理時(shí)的單位能耗，將該能耗作為輸出項(xiàng)。4.9氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算規(guī)定見附錄C。5計(jì)算5.1計(jì)算范圍如圖1所示，氣流床水煤漿氣化單元包括：水煤漿制備和水煤漿輸送、氣化和排渣、粗合成氣初步洗滌、工藝黑水處理和灰水利用以及粗合成氣能量回收部分(包括粗合成氣的激冷冷卻、輻射廢鍋冷卻，后續(xù)單元可利用壓縮功等)、粗合成氣變換等。3GB/T41038—2021新鮮水脫鹽水儀表空氣電氮?dú)馓砑觿U水濾餅粗渣氣化及合成氣洗滌循環(huán)水脫鹽水副產(chǎn)蒸汽1合成氣變換副產(chǎn)蒸汽口渣水處理煤漿制備合成氣原煤廢氣氧氣圖1氣流床水煤漿氣化單元能效計(jì)算范圍示意圖5.2氣化單元總能量輸入輸入的能量統(tǒng)計(jì)包括：原料煤、氧氣、燃料氣/油、電、水蒸氣、新鮮水、循環(huán)冷卻水、脫鹽水、鍋爐給水、外排廢水、壓縮空氣、儀表空氣、氮?dú)獾群哪芄べ|(zhì)以及壓力補(bǔ)償功耗，不包括開停車、事故、消防、臨時(shí)吹掃等的能量消耗。5.3氣化單元總能量輸出輸出的能量統(tǒng)計(jì)包括：變換合成氣(含粗合成氣能量回收)、高壓閃蒸氣、副產(chǎn)水蒸氣、廢水(利用其他裝置廢水制煤漿)、對外熱交換輸出等。5.4能效計(jì)算氣流床水煤漿氣化系統(tǒng)的能效按式(1)計(jì)算：式中：EE——?dú)饬鞔菜簼{氣化系統(tǒng)能效；E?！?dú)饣瘑卧?含變換)總能量輸出，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E?！鲎儞Q有效氣(CO+H?)能量輸出，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E。出氣化副產(chǎn)蒸汽能量輸出，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E。s——出變換副產(chǎn)蒸汽能量輸出，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E?！M(jìn)氣化磨煤廢水按能量輸出，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E;——?dú)饣瘑卧?含變換)總能量輸入，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E——原料煤(干基)能量輸入，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);Eg——氧氣能量輸入，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E——公用工程能量輸入，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E——變換出口粗合成氣冷卻熱能量輸入，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h);E——壓力補(bǔ)償功耗能量輸入，單位為兆焦每小時(shí)(MJ/h)。煤氣化單元能量輸入和能量輸出匯總表見附錄D。4(規(guī)范性)煤氣化單元能源及耗能工質(zhì)折算標(biāo)煤系數(shù)煤氣化單元能源及耗能工質(zhì)折算標(biāo)煤系數(shù)見表A.1。表A.1煤氣化單元能源及耗能工質(zhì)折算標(biāo)煤系數(shù)序號(hào)能源名稱折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)國際單位制下的折算系數(shù)1電0.314kgce/(kW·h)9.21MJ/(kW·h)2標(biāo)準(zhǔn)油41868MJ/t3標(biāo)準(zhǔn)煤29308MJ/t4柴油43124MJ/t5燃料氣/油按低位熱值按低位熱值6蒸汽—7新鮮水0.21kgce/t6.28MJ/t8循環(huán)冷卻水0.09kgce/t2.51MJ/t9軟化水0.29kgce/t8.37MJ/t除鹽水41.87MJ/t9.29kgce/t272.14MJ/t凝汽機(jī)凝結(jié)水41.87MJ/t需除油除鐵的120℃凝結(jié)水230.27MJ/t可直接回用的120℃凝結(jié)水8.57kgce/t251.21MJ/t污水46.05MJ/t凈化壓縮空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.054kgce/m3非凈化壓縮空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.040kgce/m3一氧化碳(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)氫氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)甲烷(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)35.7892MJ/m3注：一氧化碳、氫氣、甲烷能耗折算引用自《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(第四版)》。其余數(shù)據(jù)引用自GB/T50441,采用GB/T50441中的統(tǒng)一能源折算值時(shí)，涉及原材料、耗能工質(zhì)等的溫度、壓力狀態(tài)參數(shù)偏差，需要充分考慮因溫度、壓力的不同導(dǎo)致的耗能差異。蒸汽按對應(yīng)溫度、壓力下的焓值進(jìn)行折算。5(資料性)不同壓力的單位空氣產(chǎn)品折算標(biāo)煤系數(shù)不同壓力的單位空氣產(chǎn)品折算標(biāo)煤系數(shù)見表B.1。表B.1不同壓力的單位空氣產(chǎn)品折算標(biāo)煤系數(shù)序號(hào)能源名稱折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)國際單位制下的折算系數(shù)10.0MPa級(jí)氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.210kgce/m36.171MJ/m328.5MPa級(jí)氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.203kgce/m25.940MJ/m335.2MPa級(jí)氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.197kgce/m35.756MJ/m343.0MPa級(jí)氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.189kgce/m35.526MJ/m351.2MPa級(jí)氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.173kgce/m35.066MJ/m360.7MPa級(jí)氮?dú)?標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.019kgce/m30.553MJ/m370.35MPa級(jí)氮?dú)?標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.009kgce/m30.230MJ/m38<0.03MPa級(jí)氮?dú)?標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)0.0006kgce/m30.018MJ/m3不在列表中的不同壓力的空氣產(chǎn)品折標(biāo)煤系數(shù)，可以采用插值計(jì)算。6(資料性)能效計(jì)算C.1能效計(jì)算出口界區(qū)條件能效計(jì)算出口界區(qū)包含變換，如圖C.1所示，出變換有效氣溫度40℃,出變換的壓力按5.7MPaG。粗合成氣Ti變換爐q合成氣(CO+JI?)或II?冷凝液水洗塔或其他注：T.為變換爐出口粗合成氣溫度，T?≤40Q?為釋放熱量?！鏁r(shí)，粗合成氣冷卻熱取0。圖C.1粗合成氣出變換冷卻熱C.2壓力補(bǔ)償功耗氣流床水煤漿氣化技術(shù)的常見操作壓力有4.0MPaG、6.5MPaG、8.7MPaG等三個(gè)等級(jí)，以6.5MPaG氣化爐應(yīng)用最為普遍。因此，選定6.5MPaG氣化爐為基準(zhǔn)，考慮系統(tǒng)壓降，出氣化界區(qū)粗合成氣壓力為6.3MPaG,出變換出口合成氣壓力確定為5.7MPaG。若氣化爐操作壓力較低(如4.0MPaG),則將出變換出口合成氣壓力折算到5.7MPaG,所需壓力補(bǔ)償功耗計(jì)入能量輸入項(xiàng)。若氣化爐操作壓力較高(如8.7MPaG),同樣將出變換出口合成氣壓力折算到5.7MPaG,膨脹所釋放的能量按負(fù)數(shù)計(jì)入壓力補(bǔ)償功耗能量輸入項(xiàng)。為簡化計(jì)算，需要具體給出壓縮機(jī)計(jì)算時(shí)的入口溫度、壓縮機(jī)多變效率、壓縮機(jī)機(jī)械效率等影響因素。操作壓力不同的氣化工藝的可利用壓縮/膨脹功計(jì)算，以5.7MPaG為基準(zhǔn)，將出變換單元干基有效氣壓縮/膨脹到5.7MPaG所需要壓縮/膨脹功(全網(wǎng))計(jì)為能量輸入，其中壓縮功計(jì)算按入口溫度40℃、壓縮機(jī)多變效率0.75、壓縮機(jī)機(jī)械效率0.99,忽略壓縮機(jī)的段間冷卻水消耗。GB/T41038—2021(資料性)煤氣化單元能量輸入和能量輸出匯總表煤氣化單元能量輸入和能量輸出匯總表見表D.1。表D.1煤氣化單元能量輸入和能量輸出匯總表類目狀態(tài)參數(shù)消耗量/產(chǎn)出量能源折算值能量MJ/h備注溫度℃壓力MPa單位數(shù)量單位數(shù)量能量輸出變換合成氣m3/hMJ/m3有效氣2蒸汽IMJ/t氣化副產(chǎn)，不同等級(jí)可補(bǔ)充3蒸汽ⅡMJ/t變換副產(chǎn)，不同等級(jí)可補(bǔ)充4制漿用廢水MJ/t來自其他裝置用于制漿5其他合計(jì)—————能量輸入1煤常溫常壓MJ/t2氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)m3/hMJ/m399.6%(體積分?jǐn)?shù))純度3燃料氣/油(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)m3/hMJ/m34電MJ/5可利用壓縮功 一 一MJ/h 一 一6高壓蒸汽MJ/t7中壓蒸汽MJ/t8低壓蒸汽MJ/t9新鮮水MJ/t循環(huán)冷卻水MJ/t脫鹽水MJ/t鍋爐給水1MJ/t鍋爐給水2MJ/t蒸汽冷凝液MJ/t外排廢水MJ/t氣化外排廢水凈化壓縮空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)m3/hMJ/m3儀表空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)m3/hMJ/m3氮?dú)?標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)m3/hMJ/m3變換出口合成氣冷卻熱合計(jì)能效[1]GB/T18855—2014