GSP氣化爐技術(shù)工業(yè)化應用

第10卷第5期012年9月VOL 10 NO 5神舉技ep.2012GSP氣化爐技術(shù)工業(yè)化應用臧慶安張洪濤(神華集團公司煤制油化工部,北京,100011)摘要:介紹了德國GSP氣化爐技術(shù)的發(fā)展歷程及現狀,主要介紹氣化技術(shù)、關(guān)鍵設備和工業(yè)化應用運行中出現的問(wèn)題并提出了解決思路。關(guān)鍵詞:氣化爐工業(yè)化應用問(wèn)題解決思路中圖分類(lèi)號:TQ5文獻標識碼:B文章編號:1674-8492(2012)05-070-04煤的氣化是指煤和氧化劑(空氣、水、氧氣)進(jìn)行12國內商業(yè)化應用情況不完全氧化反應,將固體燃料轉變?yōu)镃O和H2為主2010年10月,在神華煤業(yè)集團已建成并投用了5要氣體成分的工藝。氣化產(chǎn)出的氣體既可作為發(fā)電臺500MWth(單臺日投煤量約2000t)GSP氣化爐。用的燃料,又可作為化工原料用于生產(chǎn)合成氨或甲山西蘭花煤化工公司合成氨項目,將建成2臺醇等。煤的氣流床氣化技術(shù)主要分為兩種,一種是水500MWth(單臺日投煤量約20001)GSP氣化爐。煤漿進(jìn)料氣化技術(shù),主要代表是美國CE德士古技1.3近期投資建設項目規劃術(shù)、康菲E-Gas技術(shù)、華東理工四噴嘴技術(shù)、清華非中電投新疆煤制氣項目將投資建8臺500MWth熔渣-熔渣氣化技術(shù)等;另外一種是干煤粉進(jìn)料氣神寧煤業(yè)集團煤制油項目將建24臺500MWth化技術(shù),主要代表是荷蘭 SHELI技術(shù)、德國西門(mén)子CSP氣化爐GSP技術(shù)、德國 Prenflo技術(shù)、日本MHI技術(shù)、我國的航天爐技術(shù)和熱工院技術(shù)等。2GSP氣化技術(shù)簡(jiǎn)介1GsP氣化爐技術(shù)開(kāi)發(fā)歷史及進(jìn)展GSP氣化技術(shù)是采用干煤粉進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程的氣流床氣化技術(shù)。GSP(德文 Gaskombiant Schwarze pumpe)氣化技工藝流程見(jiàn)圖1,包括備煤、煤粉加壓計量輸送、氣化術(shù)是20世紀70年代前民主德國燃料研究所開(kāi)發(fā)的與激冷、排渣、氣體除塵冷卻、黑水處理等工序,流程單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù),根據煤簡(jiǎn)單介紹如下:氣用途不同可用直接水激冷,也可用廢鍋回收煤氣GSP煤氣化工藝流程顯熱,產(chǎn)生中低壓蒸汽。該技術(shù)分別于1979年和干煤粉純氧原料煤干煤粉1996年在德國 Freiberg建有3MWth氣化裝置(投煤包量為72td)和5Mwth(投煤量12d,內徑0.6m)的中試氣化裝置1.1國外商業(yè)化應用情況成氣去下游1984年在德國黑水泵建成了130MWth氣化裝置(投褐煤量720~750d,設計壓力為3.0MPa,工作加料斗壓力2.5MPa,產(chǎn)氣量為5×10Nm3/h),生產(chǎn)用于MIGCC和甲醇的原料氣。-P CHIA TECHNULD, CIL lJr2001年在英國米德?tīng)査贡そǔ闪?0MWh氣化圖1GSP氣化工藝流程簡(jiǎn)圖裝置,處理液態(tài)廢物(尼龍合成過(guò)程中產(chǎn)生的液體廢備煤裝置的煤粉(200目0.075mm)輸送至氣化物),生產(chǎn)燃料氣煤粉儲倉,儲倉中的煤粉進(jìn)4個(gè)鎖斗,通過(guò)鎖斗順2005年在捷克共和國建成140MWh氣化裝置,控將煤粉從常F中國煤化工求的操作壓處理煤焦油為IGCC的原料氣力(約4.35MPaHCNMHG某粉,加料斗第5期臧慶安等:GSP氣化爐技術(shù)工業(yè)化應用通過(guò)角閥控制,經(jīng)3根煤粉管線(xiàn)向氣化爐供應煤粉,環(huán)水泵送至氣化裝置循環(huán)使用,部分經(jīng)廢水泵送至輸送氣體介質(zhì)為N2/CO2汽提單元。中壓蒸汽和高壓氧氣在主燒嘴氧氣管線(xiàn)上混合后,送至主燒嘴的出口,與給料容器來(lái)的3根煤粉輸3GSP氣化工藝的關(guān)鍵設備結構及反應原送管線(xiàn)的煤粉,在組合燒嘴出口進(jìn)行充分的混合與理簡(jiǎn)介霧化,在氣化爐上部的氣化/燃燒室進(jìn)行部分氧化反3.1氣化爐應,氣化溫度約1400℃~1600℃,氣化壓力4MPaG,氣化爐作用是提供一定壓力的高溫空間,以干產(chǎn)生富含H2和CO及少量CO2、HS的高溫粗合成氣,煤粉為原料,生產(chǎn)粗合成氣(CO+H2)。氣化爐由燒同時(shí)產(chǎn)生液態(tài)渣。氣化室內設有水冷壁,水冷壁主要嘴、氣化室、水冷壁和激冷室等部分組成,結構示意作用是抵抗1400℃~1700℃高溫及熔渣的侵蝕,水見(jiàn)圖2冷壁系由水冷盤(pán)管及固定在盤(pán)管上的抓釘與SiC耐干煤粉蒸汽/氧氣火材料共同組成的一個(gè)圓筒形膜式壁。膜壁與承壓外殼間約有50mm間隙,間隙間充滿(mǎn)一股流動(dòng)的常溫加壓水←合成氣。水冷壁水冷管內的水采用強制密閉循環(huán),通過(guò)在汽包內換熱間接產(chǎn)生0.5MPa低壓蒸汽,將水中部加水激冷水分熱量移走,以保持水冷壁內水溫恒定。激冷室為水夾套承壓空殼,粗合成氣和液態(tài)渣經(jīng)燃燒室下部的排渣→合成氣出口和導管進(jìn)入氣化爐的激冷室。在激冷室的導管出口處,被激冷水共12個(gè)噴頭出來(lái)的霧狀激冷水冷卻至約220℃。合成氣由激冷室中部引出,進(jìn)入下游的兩級文丘里洗滌器,分別進(jìn)行酸性洗滌和堿性洗滌,并且在兩級文丘里分離罐進(jìn)行氣液分離。溶有灰塵圖2GSP氣化爐結構圖和雜質(zhì)的洗滌水從兩級文丘里罐底排出,送往黑水氣化爐分為兩室,上部為氣化室,壓力殼體內有閃蒸單元。合成氣進(jìn)入部分冷凝器,通過(guò)降溫冷凝作水冷壁,外有水夾套。水冷壁內壁涂敷耐火材料用,使形成的液滴進(jìn)一步捕捉粗合成氣夾帶的微量SsiC。隨著(zhù)氣化反應的進(jìn)行,通過(guò)燒嘴的粉煤與純氧灰塵,粗合成氣進(jìn)入原料氣分離罐再次進(jìn)行氣液分及水蒸汽進(jìn)行部分氧化反應。同時(shí)形成一部分灰渣離。氣液分離后,粗合成氣從分離罐頂部的出口管線(xiàn)熔融態(tài)的灰渣遇到水冷壁后冷卻凝固,附著(zhù)在水冷送往下游變換單元,分離出來(lái)的冷凝液,跟變換裝置壁上的SC涂層上,在水冷壁內側SC襯里表面掛渣送過(guò)來(lái)的工藝冷凝液混合,作為文丘里洗滌系統的層。生產(chǎn)后采取以渣抗渣的原理進(jìn)行保護水冷壁,掛洗滌水。渣是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,即低溫渣層加厚,溫度升高渣層激冷室下部為錐形,內充滿(mǎn)水,熔渣遇冷固化成減薄。顆粒落入水浴,通過(guò)渣鎖斗排放到撈渣機,固體渣經(jīng)水冷壁內通入較高流量的低壓冷卻水,外側有SiC撈渣機送至渣車(chē)外運,液體經(jīng)黑水泵送至黑水單元及掛渣的耐火隔熱保護,使得水冷壁金屬表面溫度保持沉降處理在較低的水平,因此水冷壁管材為低溫合金鋼。氣化爐激冷室和文丘里洗滌系統的排放水,經(jīng)在水冷壁與承壓殼體環(huán)隙間,通入冷卻了的合兩級閃蒸罐閃蒸后,將黑水中細灰進(jìn)一步濃縮后送成氣,承壓殼體外有水夾套冷卻,該結構有效降低了入下游黑水處理單元沉降過(guò)濾處理,灰水經(jīng)加壓、加承壓殼體的溫度。溫后返回激冷水系統回用下部為激冷室,內有激冷噴頭和內襯筒。內襯筒黑水閃蒸單元和排渣單元的黑水,在沉降槽中與承壓外殼環(huán)隙間激冷水自下而上經(jīng)環(huán)隙頂端溢自然沉降后,將沉降槽中固含量較高的泥漿送至真出,在襯筒內中國煤化工壓殼體金屬溫空過(guò)濾機進(jìn)行過(guò)濾處理,澄清液送至循環(huán)水罐,經(jīng)循度,且保證承YHaCNMHG神舉技第5期反應室和激冷室通過(guò)氣化器的特殊的排出口連線(xiàn)的方式通過(guò)環(huán)繞在氧氣區域的環(huán)形區域。這樣能接:激冷水在排岀口處供給,合成氣在激冷室的下部夠確保粉煤噴出形成的煙霧統一分布。引出。在激冷室的下部為錐型集渣室,激冷水從渣室上部溢流出氣化爐。吹掃起→火焰測量裝置粉煤氣化爐的燃燒室溫度一般為1400℃~-1500℃C日←點(diǎn)火用燃料氣采用部分氧化的方式釋放出能量,維持反應在大于灰冷卻水出口熔融性溫度時(shí)進(jìn)行,保證煤中的無(wú)機物灰分組分形成氧氣/蒸汽→→冷卻水出口熔融狀態(tài)的渣。反應非常迅速,隨壓力的不同而不同.粉狀燃料冷卻水進(jìn)口→般在4~20之內完成反應,基本反應式為CnHm +n/20,nCo+m/2H冷卻水進(jìn)口冷卻水出口粉煤氣化反應大致可分為3個(gè)區域:(1)裂解區和揮發(fā)分燃燒區。當煤粒噴入爐內高溫區域煤顆粒將被迅速加熱,釋放岀揮發(fā)物。揮發(fā)物的數量與反應物的性質(zhì)、環(huán)境溫度、顆粒大小及升溫速度有關(guān),裂解產(chǎn)生的揮發(fā)物迅速與氧氣發(fā)生反應,因為這一區域的氧濃度高,所以揮發(fā)物的燃燒是完全圖3GSP加壓氣流床氣化爐燒嘴結構的,同時(shí)產(chǎn)生大量的熱量。聯(lián)合燒嘴由生產(chǎn)燒嘴和配有火焰檢測器的點(diǎn)火(2)燃燒-氣化區。在這一區域內,脫去揮發(fā)物燒嘴所組成(見(jiàn)圖3),故稱(chēng)為聯(lián)合式氣化燒嘴。其結的煤焦或其他碳顆粒,一方面與殘余的氧反應(產(chǎn)物構由7個(gè)同心圓筒組成,由中心向外的環(huán)隙依次為是CO和CO2的混合物);另一方面與水蒸氣和CO2點(diǎn)火燃料氣、點(diǎn)火用氧氣、冷卻水、氧氣/蒸汽、冷卻反應生成CO和H,CO和H又可在氣相中與殘余的水、煤粉通道和冷卻水。3根煤粉輸送管均布于最外氧反應,產(chǎn)生更多的熱量。環(huán)隙,并在通道內盤(pán)旋,使煤粉旋轉噴出。給煤管線(xiàn)(3)氣化區。燃燒物進(jìn)入氣化區后,發(fā)生下列反末端與燒嘴頂端相切,在燒嘴外形成一個(gè)均勻的煤應:C和CO2的反應,C和H2的反應,CH4轉化反應粉層,與氧氣/蒸汽混合后在氣化室內高溫下發(fā)生部和煤氣轉化反應。由于在高溫(1400℃左右)下反應,分氧化反應,生成主要成分為CO和H2的合成氣碳轉化率相當高,CH4含量很低,不產(chǎn)生焦油、酚及高受到高熱負荷的燒嘴部件由循環(huán)冷卻水強制冷級烴等復雜的副產(chǎn)物。所以所排放廢水少,對環(huán)境基卻,燒嘴端部焊有多圈散熱塊,燒嘴主體材質(zhì)為奧氏本不產(chǎn)生污染,且處理起來(lái)亦相當簡(jiǎn)單。體不銹鋼,噴頭部位為鎳合金材料。32GSP燒嘴的原理及結構GSP燒嘴作用是將干煤粉均勻噴出,與氧氣/蒸4GSP氣化爐的優(yōu)缺點(diǎn)汽混合后在一定溫度壓力下燃燒,生成合成氣。燒嘴4.1優(yōu)點(diǎn)包括點(diǎn)火燒嘴和主燒嘴,主燒嘴由兩個(gè)水冷夾套和4.1.1能夠處理低熱值、灰分高和高熔點(diǎn)的煤種煤粉通道、氧氣通道組成。點(diǎn)火燒嘴由燃料氣通道GSP爐用煤的煤種適應性較廣,褐煤、煙煤、無(wú)氧氣通道和水冷夾套組成,每個(gè)通道都是環(huán)形區域。煙煤均可使用,對煤的灰分、硫分和氧含量,對煤的點(diǎn)火燒嘴與點(diǎn)火系統和火焰監視一起安放在主燒嘴粒度、粘結性、結焦性及活性等均不敏感。干粉煤的中間。點(diǎn)火燒嘴由氧氣和燃料氣進(jìn)行燃燒。點(diǎn)火燒進(jìn)料,不受成漿性影響,可使用相對高灰分和高灰熔嘴的用途是啟動(dòng)系統,加熱反應器,給系統升壓并點(diǎn)點(diǎn)煤燃主燒嘴。一旦主燒嘴有故障,點(diǎn)火燒嘴可以繼續運4.1.2高技術(shù)指標行并保持氣化爐壓力,可以迅速重啟主燒嘴。主燒嘴GSP氣化爐與 SHELL氣化爐、GE氣化爐、華東在燒嘴口有一個(gè)適當的渦狀組件。氧氣在這里旋轉,理工大學(xué)四噴嘴氣化爐運行、經(jīng)濟情況對比,GSP氣使媒介與旁邊流出的煤顆粒一起轉化成焰色反應的化爐技術(shù)具有中國煤化工轉化率高形式。煤粉通過(guò)3個(gè)煤粉管道提供管道的尾端以切反應器熱損失偶CNMHG第5期臧慶安等:GSP氣化爐技術(shù)工業(yè)化應用73技術(shù)指標對比表(2)GSP氣化爐激冷室采用噴嘴進(jìn)行激冷降溫除SHELI士古四噴嘴灰渣,在實(shí)際運行過(guò)程中,因為細灰含量大,氣化爐運行值運行值運行值運行值激冷室的除渣效果不好。激冷室出口合成氣帶灰渣1400~溫度℃量較大,造成文丘里洗滌系統洗滌分離后洗滌水中壓力MPa(a)3.85-3.93.5-40固含量高,導致排液管線(xiàn)堵塞、閥門(mén)磨損。同時(shí)未經(jīng)啟動(dòng)時(shí)間h過(guò)水浴洗滌的合成氣,含灰量高導致變換系統粗合壽命5-2015-201-21-2成氣加熱器、變換保護床頻繁堵塞、系統停車(chē)等一系列問(wèn)題反應器熱損失中(3)CSP氣化技術(shù)沒(méi)有成熟的黑水處理技術(shù)支熱交換淬火/氣冷完全淬火和氣冷完全淬火完全淬火持,循環(huán)水、蒸汽消耗大,水耗遠遠高于設計值比煤耗 kg/kNm5工業(yè)化設計存在的問(wèn)題及解決建議比氧耗Nm/kNm33269330(1)合成氣帶灰嚴重造成系統堵塞。根據工藝設比蒸汽耗kg/kNm目前最大計,合成氣含塵量小于1mg/m3?，F由于氣化反應過(guò)程P\a改量Nmh1305×10142×10106×109375×10中產(chǎn)生的細灰含量大,合成氣帶灰嚴重>10mg/m3,導致變換系統粗合成氣加熱器、變換保護床頻繁堵塞,效氣含量系統停車(chē)。渣殘炭0.88≤3.52)文丘里洗滌水帶灰渣嚴重造成系統磨損。GSP.3低維護費用氣化爐激冷室采用噴嘴進(jìn)行激冷降溫除灰渣,在實(shí)(1)工藝流程簡(jiǎn)單、緊湊。際運行過(guò)程中,因為細灰含量大,氣化爐激冷室的除(2)設備壽命長(cháng),采用水冷壁的氣化爐,無(wú)耐火磚,渣效果不好,激冷室出口合成氣帶灰渣量較大,造成預計使用壽命大于25年;使用組合式燒嘴(點(diǎn)火燒嘴與文丘里洗滌系統洗滌分離后洗滌水中固含量髙,導生產(chǎn)燒嘴合二為一),主體壽命預計10年以上致排液管線(xiàn)堵塞、閥門(mén)磨損。(3)開(kāi)、停車(chē)操作方便,從冷備到具備投煤條件僅(3)黑水閃蒸系統設計不合理,循環(huán)水、蒸汽消需2h,主燒嘴停車(chē)后30min內可實(shí)現連投,德士古氣耗大,黑水閃蒸系統不匹配?；癄t由冷備到具備投煤條件至少需要24h,主燒嘴停解決問(wèn)題建議:車(chē)后連投最短需2h。目前,立足于多年的運行實(shí)踐經(jīng)驗和國內其他(4)自動(dòng)化程度高,全部開(kāi)停車(chē)過(guò)程在中控室操氣化工藝的應用實(shí)際,主要解決建議為作,德士古和四噴嘴氣化爐開(kāi)停車(chē)現場(chǎng)操作工作量(1)若從根本上解決GSP氣化爐穩定長(cháng)周期運行較大,單爐通常需要7人。問(wèn)題,就需要改變現在激冷室采用噴嘴進(jìn)行激冷降4.1.4低碳環(huán)保,環(huán)境友好溫除灰渣的方式。采用成熟的水浴洗滌合成氣的方(1)采用低溫甲醇洗單元,閃蒸出的CO2返回至式,并將氣化爐合成氣的出口位置提高,增加激冷室加壓料斗入口對煤粉進(jìn)行輸送,滿(mǎn)足煤粉載氣需求,高度,以便合成氣充分洗滌,以降低合成氣含灰量達到循環(huán)利用這樣文丘里系統的堵塞磨損問(wèn)題將不會(huì )發(fā)生,變換(2)做為合成氣中CO的原料,減少CO2對大氣系統粗合成氣加熱器、變換保護床也不會(huì )頻繁堵塞的污染。引起系統停車(chē)。(3)碳轉化率很高,CH4含量很低,不產(chǎn)生焦油(2)目前只能在氣化爐合成氣出口增加鼓泡塔酚及高級烴等復雜的副產(chǎn)物。所以排放廢水少,對環(huán)實(shí)現對合成氣粗洗目的,對合成氣中粗顆和灰分進(jìn)境基本不產(chǎn)生污染。行洗滌分離,但后續洗滌水中將大量帶灰嚴重,將影42缺點(diǎn)響到裝置穩定運行,需要在新增洗滌塔底部再實(shí)施(1)煤粉加壓輸送過(guò)程復雜,邏輯控制太多,輸防堵塞和磨扌送過(guò)程易發(fā)生堵塞,造成氣化爐跳車(chē)。(3)重新H中國煤化工CNMHG下轉第86頁(yè))86尹成斐等:朔黃重載鐵路路基加固效果分析與評價(jià)第5期13]侯德杰強化路基工作改善路基狀態(tài)J鐵道建筑,199612):4-5.[10]王定舉斜向旋噴樁在朔黃鐵路路基病害整治工程中的應[14]王炳龍,周順華,宮全美,方衛民.不同高度土工格室整治基床下用[J].鐵道建筑技術(shù),2006(增):35-39病害的試驗研究[冂]巖土工程學(xué)報,2003(2):163-1611]王定舉用斜向單管高壓旋噴樁整治朔黃鐵路路基病害[以].鐵建筑,2006(9):35-39[12]狄宏規,冷伍明,趙春彥,余志武既有鐵路路基Kw和Ea檢測輔作者簡(jiǎn)介:尹成斐(1974-),工程師,1996年畢業(yè)于北京交通大學(xué),現供職于朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司,主要研究鐵道工務(wù)。助裝置及方法[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報,2011(5):67-71Reinforcing-effect Analysis and Evaluation of oblique Jet GroutingPile in the embankment of Shuo-huang Heavy Haul RailwayYIN Chengfei XU Fang(1. Shuohuang Railway Developing LLC, Hebei Suning, 062350, China2. Civil Engineering School of Central South University, Changsha City, Hunan Province, 410083, ChinaAbstract: According to the reinforcing -method of oblique jet grouting pile in the embankment of shuo-huang heavy haulailway, sand replacement, second modulus of deformation(E2), dynamic modulus of deformation(Evd), light dynamicneration( No), coefficient of subgrade reaction (K o)and other field tests have been done in a typical work sitePile-soil composite test indicators have been used to evaluate the reinforcing-effect of the oblique jet grouting pile. Testanalysis indicate that the basic bearing capacity of foundation (oo), coefficient of subgrade reaction(K30), secondnodulus of deformation (E2), and dynamic modulus of deformation(E, ) have been significantly enhanced, while theimprovement of the compaction factor (K)of the soil between piles is not high. It is integrated to show that the obliquejet grouting pile has a good effect in reinforcing the embankment. The evaluation method and achievement can bereferenced alI and utilized in other similar projects. And, it has a significant value to popularize this methodKey words: Heavy haul railway roadbed; Oblique jet grouting pile; Roadbed detection; Reinforcing-effect(收稿日期:2012-08-03責任編輯:馬小軍)(上接第73頁(yè))統,降低水耗和能耗參考文獻[1]于遵宏,王輔臣煤炭氣化技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2010.6結語(yǔ)[2]趙瑞同,李磊,張峰,胡宇峰未來(lái)能源公司的G;SP氣化技術(shù)[J.煤化工,2005(12)當前在GSP氣化技術(shù)工業(yè)化過(guò)程中遇到的問(wèn)[3]陳家仁加壓氣流床氣化工藝的發(fā)展現狀及存在問(wèn)題[]煤化工題,需要根據實(shí)際情況進(jìn)行改造。改造之后的結果需要在今后的運行過(guò)程中進(jìn)一步檢驗。盡管GSP氣化[4]李大尚GSP技術(shù)是煤質(zhì)合成氣(或H)工藝的最佳選擇[J煤化技術(shù)在工業(yè)化應用過(guò)程中發(fā)現以上問(wèn)題,但以上問(wèn)題都是可以通過(guò)技術(shù)改造和技術(shù)攻關(guān)克服的。在解決設計中存在的問(wèn)題后,CSP氣化爐技術(shù)將為企業(yè)創(chuàng )作者簡(jiǎn)介:臧慶安(1973-),1997年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化工造可觀(guān)的經(jīng)濟價(jià)值。學(xué)院,現供職于神華集團公司煤制油化工部,主要從事煤制油化工生產(chǎn)與裝備管理工作The Industrialized Application of GSP Gasification Furnace TechnologyZANG Qingan ZHANG HongtaoCoal Liquefaction Chemical Industry Department of Shenhua Group Co., Beijing, 100011, ChinAbstract: This paper introduces the developing process and current situation of German GSP gasification furnace technology, and it mainlypresents gasification technology, key equipment and the appearing problems in the industrializeKeywords: Gasification furnace; Industrialized application; Problems; Solving advice中國煤化工(收稿CNMHG編輯:楊靜