GSPTM煤氣化技術(shù)的應用

第33卷化肥工業(yè)第3期GSP煤氣化技術(shù)的應用北京索斯泰克煤氣化技術(shù)有限公司100176)摘要詳細介紹了GSP煤氣化技術(shù)的發(fā)展情況以及氣化爐的結構及其優(yōu)點(diǎn)氣化爐的生產(chǎn)原理以及發(fā)展前景。關(guān)鍵詞GSPW結構應用Use of GSP M Coal Gasification TechnologyAbstract Details are given on the development of the GsP coal gasification technology thestructure of the gasifier advantages the production principle of the gasifier and prospects for develop-eywordsstructure use概況是該技術(shù)的商業(yè)化應用擴展絲毫沒(méi)有停止過(guò)。1.1技術(shù)推廣2001年,巴斯夫公司(BASF)在英國的塑料廠(chǎng)建GSP氣化技術(shù)是20世紀70年代末由前民成30MW工業(yè)裝置主要用于氣化塑料生產(chǎn)過(guò)程主德國(GDR)燃料研究所DBⅠ)開(kāi)發(fā)并投入商業(yè)中所產(chǎn)生的廢料。2005年捷克Ⅴ renova工廠(chǎng)采化運行的大型粉煤氣化技術(shù)。該技術(shù)一經(jīng)開(kāi)發(fā)成用GSPM氣化技術(shù)建設的140MW工業(yè)裝置即將功即成功地應用于商業(yè)生產(chǎn)中。1984年在德國投運其氣化原料為煤焦油用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項黑水泵市( Schwarze Pumpe)德國黑水泵公司的目(IGCC)。GSPM氣化工藝具體應用成功范例見(jiàn)前身勞柏格電廠(chǎng)采用GSPM氣化技術(shù)建立了1套表1。200MW的商業(yè)化裝置原料處理能力為30t/h。1.3在中國的業(yè)績(jì)該裝置在1986-1990年成功使用普通的及含鹽中國是能源消耗大國更是煤炭大國石油資的褐煤氣化生產(chǎn)民用煤氣。1990-1998年該裝源相對缺乏。為了更好地推動(dòng)GSP氣化技術(shù)在置的氣化原料分別為天然氣、石油、污泥和固態(tài)中國煤化工及煤制油領(lǐng)域的應用瑞士可持續技焦。1998年后,該裝置生產(chǎn)出的合成氣被用于甲術(shù)控股公司于2005年4月與中國大型煤業(yè)集團醇生產(chǎn)及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC之一的寧夏煤業(yè)集團成立合資公司——北京索斯1989年?yáng)|、西德合并之后,德國諾爾公司泰克煤氣化技術(shù)有限公司。截止2005年8月底〔Noel)收購了前東德燃料研究所氣化工藝部門(mén)北京索斯泰克煤氣化技術(shù)有限公司已經(jīng)簽訂了成為GSP氣化技術(shù)的擁有者。199年諾爾公司個(gè)技術(shù)轉讓合同,其中與寧夏煤業(yè)集團簽訂了被德國巴伯高克( Babcock)電力公司收購。2002830kt/a二甲醚一期工程的600ka甲醇氣化島年德國巴伯高克電力公司破產(chǎn)瑞土可持續技術(shù)項目合同與安徽淮化集團簽訂180kta合成氨控股公司 SUSTEC Holding Ag)收購其氣化技術(shù)和50kta甲醇氣化島項目合同。部門(mén)并成立全資子公司——德國未來(lái)能源有限責任公司。中國煤化工1.2技術(shù)應用CNMH〔純噸氧氣流床氣化、液態(tài)雖然GSP氣化技術(shù)的擁有權幾經(jīng)變動(dòng)但排渣、粗合成氣激冷工藝流程。該流程包括備煤、*本文聯(lián)系電話(huà)D10-67861120轉883第33卷化肥工業(yè)第3期表1GSP1M氣化工藝應用成功范例化類(lèi)型流床氣化爐氣流床氣化爐床氣化爐用戶(hù)Schwarze PumpeBASF Plc Sealandokoloyskd uhelnd,a所在地Schwarze Pumpe德國Middlesbrough英國Resove捷克共和國試車(chē)計劃2005年反應器類(lèi)型氣流床水冷壁氣流床水冷璧氣流床水冷璧熱容量/MW壓力/MPa溫度/℃14001400反應器體積/m33.5激冷方式完全激冷局部激冷完全激冷供料系統煤粉/液態(tài)供料液態(tài)供料液態(tài)供料1984-1990年前采用普通的及含氣化原料鹽的褐煤尼龍合成過(guò)程中產(chǎn)生的液體廢440 MW IGCC的26個(gè)固定床氣199年以后采用天然氣、污泥、焦物包括含氫氰酸和硝酸鹽的副化爐產(chǎn)生的焦油與其它液態(tài)副產(chǎn)油以及生物質(zhì)等產(chǎn)物以及含硫酸銨的有機物用于ICCC和甲醇的原料氣燃料氣用于IGCC的燃氣氣化、氣體除塵冷卻、黑水處理等。GSP氣化工嘴中其中輸送煤粉線(xiàn)速度為6~8m/s:密相煤藝生產(chǎn)合成原料氣流程見(jiàn)圖1。粉量為350~450kg/m3:輸送能力為1200kg變換COS水解HS脫除脫除CO2cm·h)粉煤入爐量測量可通過(guò)帶稱(chēng)重傳感甲醇合成蒸汽蒸汽蒸汽費一托合成器的加料器與入爐煤粉管線(xiàn)上的流量計測量。干煤粉氣流輸送系統見(jiàn)圖2。干煤粉計應儲倉小渣水冷凝黑水處理CLAUS塔⊙6密相流化床干煤粉去氣化爐圖1GSP氣化工藝生產(chǎn)合成原料氣流程示意圖加料斗2.1備煤系統輸送氣預先被破碎到0~50mm的、經(jīng)過(guò)計量的無(wú)圖2干煤粉氣流輸送系統示意圖金屬的煤通過(guò)輸送機送入曆機在磨機內將煤碾2.2氣體及氣體冷卻除塵系統碎到適于氣化的微粒(≤250um,≥94%)同時(shí)加壓干煤粉、氧氣及少量蒸汽通過(guò)聯(lián)合噴嘴采用加熱的惰性氣氣流將煤粉干燥到水分含量小進(jìn)入到氣化爐中。氣化爐包括1個(gè)帶水冷壁的氣于2%化室和激冷室。經(jīng)研磨的干燥煤粉由壓縮氣體(N2或CO2)中國煤化工2.5~4.0MPa。根據送到煤的加壓和投料系統。此系統包括鎖斗和給CNMH(況氣化操作溫度控料器。鎖斗加煤后即用壓縮氣(N2或CO2)加制在1350~1600℃。高溫氣體與液態(tài)渣一起壓然后將其送至給料器。再用壓縮氣(N2或離開(kāi)氣化室向下流直接進(jìn)入激冷室熱的合成氣CO2)從給料器中將干煤粉送到氣化爐的聯(lián)合噴被噴射的激冷水所冷卻。而液態(tài)渣在激冷室底部第33卷化肥工業(yè)第3期水浴中成為顆粒狀定期從渣鎖斗中排入渣池并3GSP煤氣化關(guān)鍵設備通過(guò)鏈條輸送機裝車(chē)運出。3.1氣化爐從激冷室出來(lái)的粗合成氣經(jīng)二級文氏管洗滌氣化爐的結構包括用耐熱碳鋼制成的水冷壁后含飽和蒸汽的粗合成氣含塵量達到小于和激冷室。水冷壁由以碳化硅為屏蔽的冷卻盤(pán)管mg/m(標態(tài))送出界區所組成。由于所形成的渣層保護水冷壁的表面2.3黑水處理系統溫度會(huì )小于500℃。水冷壁僅在氣化室的底部加激冷室和文氏管排出的黑水經(jīng)減壓后送入二以固定由氣化室和噴嘴安裝頂部的導軌來(lái)支撐級閃蒸罐去除黑水中的氣體成分閃蒸罐內的黑因此頂部產(chǎn)生熱膨脹不會(huì )產(chǎn)生熱應力。冷卻盤(pán)管水則送入沉降槽加入少量絮凝劑以加速灰水中的數量取決于氣化爐的大小和負荷。出于安全考細渣的絮凝沉降。沉降槽下部沉降物經(jīng)過(guò)濾機濾慮水冷壁盤(pán)管的壓力要比爐內操作壓力高以防出的濾餅裝車(chē)外送。沉降槽上部的灰水與濾液·盤(pán)管泄漏或損壞。氣化爐外殼設有水夾套用冷起送回激冷室作激冷水使用將其中少量污水送卻水進(jìn)行循環(huán)冷卻故外殼溫度低于60℃。氣化界區外污水處理系統爐的結構見(jiàn)圖3。原料蒸氣/氧氣干煤粉蒸氣/氧氣加壓水出口水冷壁水冷壁加壓水入口激冷水水夾套非流口合成氣出口激冷室溢流口粗煤氣/液態(tài)渣圖3氣化爐結構示意圖氣化爐可依氧氣、煤粉流量調節加以控制亦氣CO+H2)>90%相比之下采用濕法進(jìn)料的可參照在線(xiàn)分析的氣體成分和氣化室與激冷室壓水煤漿氣化爐產(chǎn)生的粗合成氣(CO+H2)>差加以調節。80%。兩種不同氣化工藝的氣化爐出囗處典型氣GSPM氣化工藝氣化干煤粉所產(chǎn)生的粗合成體組成見(jiàn)表2。表2兩種不同工藝氣化爐出囗處典型氣體組成干基)%項目N,+ArHas合計GSP氣化工藝23.60水煤漿氣化工藝36.360.1100.0GSPM氣化爐的高效率同時(shí)降低了煤和氧氣表3GSP氣化工藝的消耗指標的消耗量這意味著(zhù)生產(chǎn)中原料成本得到降低。GSP氣化工藝的消耗指標見(jiàn)表3。dYH中國煤化工肖耗指標CNMH GS KJ/kg) 564 kGSPM氣化爐可以根據用戶(hù)的要求加以設計氧氣純度99.6%)表4)蒸汽(300℃A.5MPa)6 kg如表4所示,現階段主要設計壓力為2.5注以1000m(標態(tài))合成氣計第33卷化肥工業(yè)第3期表4不同規模的GSPM氣化爐組合式氣化噴嘴結構見(jiàn)圖4外觀(guān)示意圖見(jiàn)項目大圖5。由圖4可知由中心向外的環(huán)隙依次為氧項目規模/MW氣、氧氣/蒸汽、煤粉通道。幾根煤粉輸送管均布操作壓力/MPa進(jìn)入最外環(huán)隙,并在通道內盤(pán)旋,使煤粉旋轉噴320000出。給煤管線(xiàn)末端與噴嘴頂端相切在噴嘴外形成一個(gè)相當均勻的煤粉層與氣化介質(zhì)混合后在結構水冷壁水冷壁水冷壁氣化室中進(jìn)行氣化。因此從給煤管出口到噴嘴頂尺式長(cháng)x高)200×35029052503650×6700端之間只產(chǎn)生很小的熱應力。高壓電點(diǎn)火進(jìn)展情況工藝包已商業(yè)運行完成關(guān)火焰探測器在交付中鍵計算點(diǎn)火用燃料如果更換粉煤輸送過(guò)程中的閥門(mén)組件操作冷卻水一冷卻水壓力可以提高到40MPa以上相應氣化爐的尺氧氣蒸汽一日冷卻水寸都將減小。目前在中國提供的GSP氣化爐設冷卻水煤粉計壓力均為40MPa組合式氣化噴嘴冷卻水一日該噴嘴由配有火焰檢測器的點(diǎn)火噴嘴和生產(chǎn)噴嘴所組成故稱(chēng)為組合式氣化噴嘴。受到高熱負荷的噴嘴部件由噴嘴循環(huán)冷卻系統來(lái)強制冷卻。噴嘴的材質(zhì)為奧氏體不銹鋼高熱應力的噴N∥A嘴頂端材質(zhì)為鎳合金。圖4組合式氣化噴嘴結構示意圖冷卻水氧氣/蒸汽冷卻水大然氣干煤粉冷卻水冷卻水圖5組合式氣化噴嘴外觀(guān)示意圖3.3水冷壁固態(tài)渣層變厚時(shí),最內層的固態(tài)渣在高溫下逐漸水冷壁結構示意圖見(jiàn)圖6。該水冷壁是由液熔化直至達到穩定的固態(tài)渣層厚度。當設備初體熔渣、固體熔渣、膜式壁、碳化硅耐火填充料、加始運行時(shí)固態(tài)渣層會(huì )逐漸積累直至達到穩定的壓冷卻水管和抓釘組成的。在氣化反應過(guò)程中,固態(tài)渣層厚度。在氣化過(guò)程中固態(tài)渣層可以自爐內溫度很高燃燒產(chǎn)生的液態(tài)熔渣被噴嘴以小動(dòng)調節始終保持在穩定的厚度此即為以渣抗渣渣滴的形式噴至水冷壁上在水冷壁內層上形成原中國煤化工亍修復功能使得水冷固態(tài)渣層。該固態(tài)渣層的厚度取決于爐內火焰溫CNMHG以上。度和熔渣的黏結特性。水冷壁可以通過(guò)固態(tài)渣層厚度的變化自動(dòng)調節氣化爐的運行工況。氣化過(guò)4GsP煤氣化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)程中水冷壁的溫度分布見(jiàn)圖7。當系統故障而使(1)采用干煤粉(水分含量<2%)作氣化原第33卷化肥工業(yè)第3期液態(tài)渣8)旒流體上進(jìn)下出,單噴嘴水激冷流程設膜式壁備和工藝簡(jiǎn)單投資省建設周期短。加壓、冷卻水5GsSP煤氣化技術(shù)應用領(lǐng)域(1)合成氨耐火料2004年中國合成氨產(chǎn)量達到42222kt預計到2010年對合成氨的需求量大約為47000kt中國的合成氨裝置除少數使用天然氣、重油外大圖6水冷壁結構示意圖多數都用無(wú)煙塊煤為原料且采用常壓固定床間歇氣化技術(shù)生產(chǎn)能力小能耗高環(huán)境污染嚴重所以急需技術(shù)改造。這為用粉煤為原料采用先進(jìn)的GSP氣化技術(shù)開(kāi)辟了廣闊的市場(chǎng)。(2)甲醇甲醇在中國不僅是化學(xué)工業(yè)中重要的中間產(chǎn)而且是正在迅速發(fā)展的汽車(chē)燃料。中國現有的甲醇生產(chǎn)裝置大多數生產(chǎn)規模小,技術(shù)也較落后缺乏競爭力。因此中國的甲醇工業(yè)應以煤為原料通過(guò)先進(jìn)的煤氣化技術(shù)(如GSP氣化技術(shù))來(lái)擴大現有的生產(chǎn)能力增強市場(chǎng)競爭力。(3)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)水冷壁厚度/mm改革開(kāi)放以來(lái)中國的電力需求持續高速發(fā)圖7水冷壁溫度分布示意圖展預計到2010年中國總裝機容量將達到5.5料根據后續化工產(chǎn)品的要求煤粉可用氮氣或二億kW其中以煤為燃料的發(fā)電為3.45億kW大氧化碳輸送故操作十分安全。由于氣化溫度高量二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等都排入大氣故對煤種的適應性更為廣泛從較差的褐煤、次煙中造成嚴重的環(huán)境污染和溫室效應必須盡快改煤、煙煤、無(wú)煙煤到石油焦均可使用,也可以?xún)煞N變這種狀態(tài)采用煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電「(IGCC)煤摻混使用。對煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍比其它氣發(fā)電將有著(zhù)廣闊的前景。關(guān)鍵在于選定先進(jìn)的煤化工藝更寬即使是高水分、高灰分、高硫含量和氣化技術(shù)￡P(guān)氣化技術(shù)將起重要的作用高灰熔點(diǎn)的煤種也能使用。(4)制氫(2)氣化溫度高,一般在1450~1600℃。煤經(jīng)過(guò)氣化后產(chǎn)生的合成氣主要為CO和碳轉化率達99%以上煤氣中甲烷含量極少(