水煤漿加壓氣化主要技術(shù)與裝備進(jìn)展

第1期(總第164期)煤化工No. 1(Total No 164)2013年2月Coal Chemical IndustryFeb. 2013水煤漿加壓氣化主要技術(shù)與裝備進(jìn)展劉樂(lè )利(兗礦魯南化肥廠(chǎng),山東棗莊277527)摘要簡(jiǎn)述了國內工業(yè)化應用較多的4種水煤漿加壓氣化技術(shù),介紹了水煤漿加壓氣化技術(shù)的關(guān)鍵設備,通過(guò)對水煤漿加壓氣化技術(shù)中工藝燒嘴、氣化爐耐火襯里、自動(dòng)控制系統等關(guān)鍵技術(shù)裝備的研究,影響裝置長(cháng)期穩定運行的一些瓶頸問(wèn)題將逐步得到解決。關(guān)鍵詞水煤漿,加壓氣化,關(guān)鍵技術(shù),裝備,工業(yè)化進(jìn)展文章編號:1005-9598(2013)-010063-03中圖分類(lèi)號:545文獻標識碼:A裝置長(cháng)周期運行的決定因素。業(yè)內對于GE水煤漿加引言壓氣化技術(shù)和四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)研究的深度和廣度大、技術(shù)配套性好,目前有著(zhù)較高的水煤漿加壓氣化技術(shù)是煤炭潔凈利用的一種先市場(chǎng)占有率。非熔渣-熔渣兩級給氧氣化包括耐火襯進(jìn)的煤炭氣化方式,自20世紀90年代E水煤漿加里爐和膜式水冷壁爐兩代技術(shù),首套膜式水冷壁水煤壓氣化技術(shù)被引進(jìn)以來(lái),已建立起了系統的氣化理論漿加壓氣化爐工業(yè)示范裝置已于近期建成投產(chǎn)。并相繼開(kāi)發(fā)了四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐、多元料漿水煤漿加壓氣化爐和水煤漿水冷壁清華爐技術(shù)。1國內工業(yè)應用的水煤漿加壓氣化技術(shù)簡(jiǎn)介選用優(yōu)質(zhì)材料提高工藝燒嘴運行周期、提高氣化爐耐火面襯里的高溫性能等裝備的配置水平、提高自動(dòng)化國內工業(yè)化水煤漿加壓氣化爐類(lèi)型及其主要特控制水平增強系統可靠性等措施是水煤漿加壓氣化征見(jiàn)表1。褒1國內工業(yè)化水煤漿加壓氣化爐類(lèi)型及其主要特征氣化類(lèi)型研發(fā)單位工藝燒嘴類(lèi)型氣化爐爐型GE水煤漿加壓氣化美國 Texaco公司預混式單噴嘴耐火襯里爐溢流床激冷流程,液態(tài)排渣四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化華東理工大學(xué)、兗礦集團預膜式四噴嘴耐火襯里爐,混合床激冷洗滌流程液態(tài)排渣非熔渣第一代:熱壁清華大學(xué)、北京達立科預混式單噴嘴,另配純氧噴嘴耐火襯里爐激冷流程液態(tài)排渣熔渣公司、山西陽(yáng)煤豐喜肥分級氣化第二代:冷壁業(yè)集團有限公司預混式單噴嘴另配純氧噴嘴膜式水冷壁激冷流程液態(tài)排渣多元料漿水煤漿加壓氣化西北化工研究院預混式單噴嘴耐火襯里爐,激冷流程,液態(tài)排渣1.1GE水煤漿加壓氣化技術(shù)預混式燒嘴或內旋式燒嘴,錐底口耐火磚將氣化爐系由美國 Texaco公司率先研發(fā)出來(lái)的以水煤漿筒體內部劃分為燃燒室和激冷室兩個(gè)功能區,爐底液為原料氧為氣化劑的加壓、并流、液態(tài)排渣的氣流床態(tài)排渣。溢流床激冷流程,原引進(jìn)裝置存在激冷室液煤氣化裝置。1993年由兗礦魯南化肥廠(chǎng)引進(jìn)首套位難于控制、激冷環(huán)及渣口易堵、合成氣帶灰帶水嚴450t/dGE水煤漿加壓氣化示范裝置。氣化爐頂配置重等技術(shù)缺陷,在生產(chǎn)運行實(shí)踐中,各企業(yè)因地制宜收稿日期:2012-10-11作者簡(jiǎn)介:劉樂(lè )利(1974—),男,山東棗莊,工程師,學(xué)士,1997年本科畢業(yè)LH中國煤化工CNMH,現主要從事煤化工工程施工技術(shù)管理工作,E-mail:gckf654sina.com。煤化工2013年第1期地進(jìn)行了技改,上述問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決。因在線(xiàn)料的混合及氣化反應,與同體積單噴嘴的氣化爐相氣化工藝燒嘴僅為1只,在單爐產(chǎn)氣量方面,受高壓比,可提高產(chǎn)氣能力。該技術(shù)主要創(chuàng )新點(diǎn)是:氧氣分級煤漿輸送系統裝備大型化后制造水平、燒嘴放大后耐供給,使氣化爐一段燒嘴的氧氣量可脫離爐內部分氧用性能以及生產(chǎn)機動(dòng)性、負荷調整彈性等方面因素的化反應所需的碳與氧的化學(xué)當量比約束,使爐內溫度影響,大幅增加單爐投煤量的技術(shù)和裝備難度比較更加均勻,平均溫度提高,有利于煤的氣化;由于氧的大。國外E爐單爐最大投煤量已經(jīng)達到2000t/d,分級供給,為主燒嘴降低氧碳比創(chuàng )造了條件,降低主國內為1000t/d。受?chē)鴥茸灾魉簼{加壓氣化技術(shù)燒嘴附近的溫度,延長(cháng)燒嘴使用壽命。該爐采用獨特的影響,國家已經(jīng)不再鼓勵引進(jìn)該技術(shù)。的組合燒嘴,使系統的點(diǎn)火與投料程序一體化。非熔12四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術(shù)渣段和熔渣段的溫度控制是關(guān)鍵,通過(guò)氧氣的分級加爐頂配置有1臺開(kāi)工燒嘴(烘爐完成后,在投料人,改善了氣化爐燒嘴運行環(huán)境,使氣化爐內軸向溫前拆除爐口用耐火堵頭封閉),在拱頂和筒體結合部度分布比較合理。第一代耐火襯里爐和第二代膜式水下方,水平均布4支工藝燒嘴,形成撞擊流場(chǎng)。采用噴冷壁爐分別于2006年和2011年在山西陽(yáng)煤豐喜肥淋床與鼓泡床相結合的復合床型的洗滌冷卻室(激冷業(yè)(集團)有限責任公司建成了500t/d和750t/d的室),也是該氣化技術(shù)不同于GE氣化技術(shù)的一個(gè)重要工業(yè)示范裝置,其工業(yè)化進(jìn)程有了一個(gè)較好的開(kāi)始。的部分,它克服了GE技術(shù)在這個(gè)部位存在的缺點(diǎn)。洗14多元料漿水煤漿加壓氣化技術(shù)滌冷卻室合成氣出口的折流擋板,加大了合成氣出口氣化爐爐頂配置1只預混式噴嘴,在水煤漿中加過(guò)流面積,降低了合成氣出口的阻力;設有旋風(fēng)分離人一定的油,以減少水煤漿中水分,增加了人爐料漿器,有效減少了合成氣帶水、帶灰情況的發(fā)生。在引進(jìn)有效反應物的濃度。水煤漿加壓氣化屬多元料漿的特的GE爐原設計中,洗滌冷卻室渣口端安裝有動(dòng)力除定形式2。該技術(shù)對油制氣改煤制氣的原料結構調整渣器,因運行效果不好而在技改中被更換為靜態(tài)破渣企業(yè)有一定的適應性,因其較低的技術(shù)轉讓費對市場(chǎng)器,在新引進(jìn)的GE爐中,動(dòng)力除渣器也已經(jīng)被去掉。有一定的吸引力。2004年由山東華魯恒升集團引進(jìn)在國內首套大型工業(yè)示范裝置兗礦國泰化工有限公首套750t/d工業(yè)示范裝置司的1150t/d氣化爐中,出現了拱頂磚易被剝蝕的問(wèn)題,通過(guò)加大氣化爐的長(cháng)徑比后,該技術(shù)難題已經(jīng)2水煤漿加壓氣化主要裝備被解決。因氣化爐配置的兩對工藝燒嘴可實(shí)現帶壓聯(lián)投、無(wú)波動(dòng)倒爐以及高壓煤漿泵錯峰運行等,大大21工藝燒嘴提高了對投煤負荷變化的適應性和可控性;在向(超三流道式工藝燒嘴是水煤漿氣化技術(shù)的核心裝大型化水煤漿氣化發(fā)展方面,四噴嘴對置式水煤漿加備之一,在設計和制造等方面均有尖端技術(shù)在噴嘴上壓氣化爐噴嘴的負荷,有易于達到經(jīng)濟規模的優(yōu)勢,運用。工藝燒嘴質(zhì)量性能對產(chǎn)氣量、有效氣含量碳轉氣化系統易于實(shí)現工程化配套。該技術(shù)在內蒙古伊泰化率和氣化爐耐火襯里使用時(shí)間等,均有決定性的影(單爐3000t/d)、江蘇靈谷、神華寧煤等企業(yè)大量推響。影響工藝燒嘴使用時(shí)間的主要因素有噴嘴結構形廣應用的同時(shí),已經(jīng)成功地向美國 Valero(瓦萊羅)式和配合尺寸、噴嘴耐磨材料性能、水煤漿濃度和流能源公司的世界最大石油焦氣化制氫氣裝置進(jìn)行了速、噴嘴處工作溫度等。根據噴嘴結構形式分為預混技術(shù)轉讓,這也是我國煤氣化技術(shù)首次向經(jīng)濟發(fā)達國式、內旋式和預膜式燒嘴;根據噴嘴材質(zhì)又分為鋼質(zhì)家輸出。和襯耐磨陶瓷燒嘴。研究選用耐磨蝕、抗龜裂紋、熱障13非熔渣熔渣分級氣化技術(shù)性能好且焊接質(zhì)量可靠的金屬材料,以及在部件表面氣化爐爐頂配有一段工藝燒嘴(預混式),筒體上熱噴涂合金粉末或等離子堆焊耐磨蝕材料,是延長(cháng)噴部沿周邊還對稱(chēng)配有供純氧用的二段燒嘴。在一段嘴使用壽命的一種有效途徑。華東理工大學(xué)和北京航(非熔渣段)的預混燒嘴中,除了通純氧外,還可加入天動(dòng)力研究所相繼開(kāi)發(fā)出了新型水煤漿氣化燒嘴和C02、№2或水蒸氣等進(jìn)行預混;二段(熔渣段)燒嘴通入長(cháng)壽命燒嘴技術(shù)。將航天耐磨材料和航天熱廢材料用純氧,水煤漿在熔渣段完成氣化過(guò)程;一段、二段的給于噴嘴的制造,以提高工藝燒嘴的耐用性能;采用增氧比約為5:1。由于第二段作為熔渣段,熔渣位置下加噴嘴及冷中國煤化工澆注料、優(yōu)化燒移后,渣口處的溫度得到提高,可順利實(shí)現排渣,氣化嘴工作條件CNMH術(shù)轉化為了生產(chǎn)爐的長(cháng)徑比可加大。兩段進(jìn)料設置方式加強了爐內物力。經(jīng)過(guò)持續不斷的技術(shù)創(chuàng )新燒嘴的使用壽命從最2013年2月劉樂(lè )利:水煤漿加壓氣化主要技術(shù)與裝備進(jìn)展65初引進(jìn)國外的不足10d達到了目前超過(guò)150d的運尺寸和距離執行。長(cháng)期以來(lái),我國大型連續煤氣化裝行紀錄置全流程自動(dòng)控制系統均需進(jìn)口。建于兗礦魯南化肥22耐火襯里廠(chǎng)的國內第一套GE爐裝置控制系統系全套引進(jìn):可氣化爐耐火襯里包括向火高鉻面磚、鉻剛玉支撐編程序控制器采用美國莫迪康公司( Modicon)的磚、氧化鋁空心球絕熱磚、隔熱耐火澆注料等氧化物M-984,模擬控制系統采用美國羅斯蒙特公司(R0SE耐火材料和陶瓷纖維涂料、纖維氈等輔助材料,其中MUNT)的R3。兗礦魯南化肥廠(chǎng)在2008年建成的向火面高鉻磚是與爐內氣化介質(zhì)直接接觸的部位。向1150t/d四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐中,采用火面耐火磚一般為Cr203-A03ZrQ2系,其中質(zhì)量分數浙大中控研制的、完全國產(chǎn)化的控制系統Web達到86%-90%的Cr203,使耐火磚具有良好的抗渣蝕性 Field ecs-100DCS,這是國內大型連續煤氣化裝置首能,ZrQ2和AO3分別起到提高磚的抗熱震性能和燒次采用國產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行全流程自動(dòng)控制結成型性能的作用。隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng),向火面高鉻磚會(huì )減薄甚至脫落。造成向火面高鉻磚毀損的主要3結語(yǔ)原因是化學(xué)侵蝕、物理沖蝕和熱震力,包含了熔渣滲水煤漿加壓氣化技術(shù)自20世紀90年代初引進(jìn)透侵蝕、爐內高溫燒蝕、噴嘴煤漿偏流沖刷和操作溫以來(lái),經(jīng)過(guò)工程技術(shù)人員和科研人員的不懈努力,攻度急劇變化產(chǎn)生的熱震力等因素。氣化爐操作溫度對克了一個(gè)個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)裝備難題,并且成功開(kāi)發(fā)出向火面高鉻磚的使用壽命有決定性的影響,高溫下耐了一批具有自主知識產(chǎn)權的大型水煤漿加壓氣化技火磚的各項物理化學(xué)性能均急速下降。雖然水煤漿加術(shù)。隨著(zhù)四噴嘴對置式等水煤漿氣化技術(shù)的日益成熟壓氣化對高灰熔融性溫度的煤種適應性較強,但從技和工業(yè)運行經(jīng)驗的不斷積累,國外煤氣化技術(shù)對中國術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性方面考慮,應該通過(guò)配煤等方的長(cháng)期壟斷已經(jīng)被打破。該技術(shù)正被國際煤氣化工業(yè)式降低灰熔融性溫度,來(lái)控制操作溫度、延長(cháng)耐火襯領(lǐng)域所認識和接受,并成為大型煤(油)制氣項目的主里的使用壽命。國內已經(jīng)開(kāi)展了耐火磚燒結機理和損流技術(shù)之一。特別是“新型水煤漿加壓氣化技術(shù)”、“潔毀機理的研究,耐火磚的制造水平已經(jīng)達到了世界領(lǐng)凈煤氣發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)”等核心單元技術(shù)先水平。的研發(fā)及系統集成,在四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化23儀表控制系統裝置上取得的突破性成果,為我國以煤氣化為基礎的根據兗礦魯南化肥廠(chǎng)GE爐和四噴嘴對置式水煤多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)拓展了廣闊的發(fā)展空間。漿加壓氣化爐運行數據統計,因儀表故障原因造成的停車(chē)占到停車(chē)總次數的60%左右(包括計劃停車(chē)和非參考文獻計劃停車(chē)),所以?xún)x表控制系統對水煤漿加壓氣化裝[1]王剛勤,王國平徐峰等.江蘇靈谷化工四噴嘴煤置長(cháng)周期運行方面的影響非常大,安全聯(lián)鎖系統和順氣化裝置運行介紹[J].中氮肥,2010(6):2426.序控制系統的可靠性能至關(guān)重要。氣化爐安全系統爆[2]徐紅東,門(mén)長(cháng)貴,多元料漿氣化工藝過(guò)程模擬]化炸分級分組為ⅡCT1),氣化爐安全儀表包括ESD及肥設計,2008,46(2):9-12接口設備、檢測元件、執行元件等,其中檢測元件和執[3]張傳芹德士古煤氣化爐邏輯控制系統及PLC的應用行元件的可靠性是關(guān)鍵。水煤漿加壓氣化裝置安全聯(lián)[J].石油化工自動(dòng)化,1998(3):6-9鎖關(guān)系復雜、工藝操作邏輯性強,儀表控制與工藝系[4]張良軍,趙柱,黃德福,等.多噴嘴對置式水煤漿加統設計必須高度緊密的結合,在工藝管道施工和自動(dòng)壓氣化裝置控制策略開(kāi)發(fā)及應用[J].世界儀表與自控制閥門(mén)、儀表取源部件布點(diǎn)時(shí),嚴格按設計規定的動(dòng)化,2009(2):28-30Development of Key Technical and Equipment of Coal Water Slurry Based Pressure Gasification(Yan Kuang Lunan Fertilizer Plant, Zaozhuang Shandong 277527, China)Abstract Four kinds of coal water slurry pressure gasification technologies which were common in China were intro-中國煤化工 the key equiKey words coal water slurry, pressure gasification, technical, equipment, industrial developmet Gractory Imgeuced. It was hoped to solve the bottleneck problems that affect long and stalments applied for the coal water slurry pressure gasification technology, e.g. the bCNMH