科林高壓干粉煤氣化工藝技術(shù)分析

第38卷第3期化肥工業(yè)2011年6月科林高壓干粉煤氣化工藝技術(shù)分析趙小倩,胡長(cháng)勝(大唐能源化工有限責任公司 北京00000)摘要介紹了科林高壓干粉煤氣化的工藝流程、工藝特點(diǎn)。 對該氣化技術(shù)的可操作性進(jìn)行了分析,并與國內應用的2種煤氣化工藝(干粉煤廢鍋氣化工藝和水煤漿加壓氣化工藝)數據進(jìn)行了簡(jiǎn)單對比?？屏指邏焊煞勖簹饣に嚲哂性O備結構簡(jiǎn)單、煤種適用性更寬、消耗低和設備國產(chǎn)化程度高的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞粉煤氣化工藝特點(diǎn)技術(shù)分析Technological Analysis on Choren High-Pressure PulverizedCoal Gasification ProcessZhao Xiaoqian, Hu Changsheng( Datang Energy and Chemical Industry Co., Ld. Beijing 10000)Abstract The process and features of Choren high-pressure pulveried coal gasification arepresented. Operability of the gasification technology is analysed. And the operation data as comparedwith the other two coal gasification processes, i. e. pulverized coal gasification process with waste heatboiler and coal- water slurry pressure gasification process , using in China are described brefly. Chorenhigh-pressure pulverized coal gasification process is featured with simple in equipment structure, widerapplicability of coal variety, lower consumption and high localization of equipment.Keywords pulverized coal gasification process feature technological analysis煤氣化工藝在很大程度上影響到煤化工產(chǎn)品水冷壁煤氣化爐工業(yè)化裝置,氣化當地褐煤制取(電力)的成本和效益,選擇高效、低耗、無(wú)污染的城市燃氣,有8年的工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)驗。燃料研究煤氣化技術(shù)是發(fā)展煤化工的前提?，F就國內近期所和黑水泵廠(chǎng)的技術(shù)骨干發(fā)起成立了科林的前身引進(jìn)的激冷流程的科林高壓干粉煤氣化技術(shù)進(jìn)行公司,繼續致力于煤氣化技術(shù)的研發(fā)并把運行中總結,以供參考。出現的問(wèn)題進(jìn)行了設計更改和完善,推出了一套完整優(yōu)化的氣化技術(shù)。1技術(shù)來(lái)源及發(fā) 展歷程科林高壓干粉煤氣化爐簡(jiǎn)稱(chēng)為CCG爐2科林CCG技術(shù)與西門(mén)子GSP技術(shù)的(Choren Coal Gasifier)。 該技術(shù)起源于前東德燃聯(lián)系和區別料研究所,于20世紀70年代末開(kāi)始開(kāi)發(fā),目的是科林公司和西門(mén)子公司所提供的煤氣化技術(shù)利用當地褐煤生產(chǎn)城市燃氣。1979 年在弗萊貝均是在前東德燃料研究所早年的過(guò)期專(zhuān)利和黑水格市建立了1套3 MW中試裝置,完成了一系列泵廠(chǎng)130MW氣化爐的基礎上進(jìn)行放大和改進(jìn)，基礎研究和工藝驗證工作,試驗煤種分別來(lái)自德然后形成了各自新的專(zhuān)利體系。國、中國、前蘇聯(lián)、南非、西班牙、保加利亞、澳大利兩種技術(shù)均以干粉煤進(jìn)料,磨煤和干燥的要亞、捷克等國家。1984年在黑水泵市(SCHWARZ求相似均平田環(huán)狀舟管水k冷辟結構;化工項目均PUMPE)建立了1套130 MW(日投煤量為720 t)采YH中國煤化工c發(fā)電項目也開(kāi)CNMHG本文作者的聯(lián)系方式:changhengzydh@ 163. com第38卷第3期化肥工業(yè)2011年6月發(fā)了部分激冷流程;均為燒嘴頂置下噴,不同的是由原料煤的物理和化學(xué)性質(zhì)(如灰熔點(diǎn)等)決定。西門(mén)子采用了組合燒嘴設計,將點(diǎn)火燒嘴與粉煤技術(shù)特點(diǎn)燒嘴集成在一起，而科林公司沿用了經(jīng)黑水泵氣化爐驗證的多噴嘴設計。由于在燒嘴上的不同布(1)CCC氣化爐為多噴嘴頂置的形式,分為置,使得兩種技術(shù)具有了一定的獨立性,均有各自1個(gè)引燃燒嘴和3個(gè)煤粉燒嘴。在開(kāi)車(chē)和停車(chē)的專(zhuān)利保護,避免了知識產(chǎn)權沖突。組合燒嘴和時(shí),利用液化氣混合氮氣作為引燃燒嘴的燃氣。多燒嘴雖各有優(yōu)劣,但由于都是頂置下噴設計,其“在氣化爐運行過(guò)程中,出于安全考慮,引燃燒嘴在實(shí)并不構成本質(zhì)差異。較小的功率下運行(長(cháng)明燈),可以利用循環(huán)回送西門(mén)子公司在傳統上是一家設備制造公司，的合成氣作為引燃燒嘴的燃料。由于長(cháng)明燈反應所以除了收取專(zhuān)利費和設計費外,要求燒嘴氣化放熱也是氣化反應所需的,所以并不會(huì )造成額外爐甚至給料斗都必須從西門(mén)子公司購買(mǎi)。而科林的能量損耗。公司是一家專(zhuān)利商，只要求用戶(hù)從科林公司購買(mǎi)(2)煤粉、氧氣和水蒸氣通過(guò)燒嘴進(jìn)人反應其生產(chǎn)的燒嘴,可以做到95%的設備國產(chǎn)化,如室,發(fā)生部分氧化反應。反應室是由齒形蛇管卷兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)500 kt/a合成氨項目采用的科林氣水冷壁圍成的圓柱形空間,上部為燒嘴,下部為排化爐就是由大連金州重型機械廠(chǎng)整體制造。這就渣口,粉煤與氧氣、水蒸氣的氣化反應在此空腔內構成了氣化島投資的巨大差異:西門(mén)子公司的寧進(jìn)行。第1次開(kāi)車(chē)后,水冷壁被掛上1層渣,在后煤項目采用了5臺日投煤量為2000 t的氣化爐,續運行中利用以渣抗渣的原理保護水冷壁。正常氣化島造價(jià)為25 ~ 28億元;科林公司的兗礦貴州運行時(shí),爐體內溫度為1 400~1 700 C ,經(jīng)過(guò)渣層開(kāi)陽(yáng)項目采用2臺日投煤量1 500t的氣化爐,氣后溫度降至500 C左右,再經(jīng)過(guò)16.5 mm厚的屏化島造價(jià)約為5億元。壁和SiC填充物,溫度降至270C左右,水冷壁內3工藝流程的加壓冷卻水的溫度為250 C左右。水冷壁氣化與其它粉煤氣化工藝一樣,CCG氣化工藝過(guò)爐的優(yōu)點(diǎn)是爐體實(shí)際承受的溫度較低，水冷壁承程也主要是由給料系統氣化爐和粗煤氣洗滌系溫<500 C ,外層殼體內壁溫度<250 C ,氣化爐統組成,即備煤、氣化和氣體處理三部分組成。原外殼的表面溫度< 100 C ,不易損壞,故可以氣化料煤被碾磨為100%的粒度<100 μm和80%的灰熔點(diǎn)較高的煤種。(3)粉煤在燒嘴內移動(dòng)的速率約為10 m/s,粒度<65 μm后進(jìn)行干燥,然后通過(guò)濃相氣流輸主要靠高速的氧氣帶動(dòng)粉煤形成旋流參與反應，人系統送至燒嘴,在反應室內與工業(yè)氧氣和水蒸因此磨蝕不嚴重，噴嘴壽命可達5年以上,僅需每氣在高溫、高壓條件下反應,產(chǎn)生合成氣。根據煤炭的組分和灰熔特性,通過(guò)氧煤比調年檢修頭部向火面。檢修更換燒嘴僅需8 h。節氣化溫度(控制爐內化學(xué)反應的劇烈程度),一(4)由于氣化溫度高,碳轉化率可達99%。般控制在1 400~1 700 C。反應室內壁為水冷(5)合成氣中有效成分(CO + H2)體積分數壁,在水冷壁傳熱面形成固定渣層,進(jìn)行爐璧冷卻高達90% ~93%。并防止流動(dòng)渣對爐壁的沖刷。(6)冷煤氣效率高達80% ~ 83%。生成的合成氣及液態(tài)灰渣離開(kāi)反應室向下流(7)適應的煤種廣泛,褐煤、煙煤、次煙煤、無(wú)動(dòng),在激冷室中被水冷卻,液態(tài)灰渣被水浴固化成煙煤石油焦都能適用。顆粒狀?；以?jīng)鎖斗系統排出,然后從排放水中(8)生產(chǎn)1 000 m'有效氣(CO + H2)煤耗為分離并通過(guò)撈渣機運出。合成氣被蒸汽飽和,離550 ~ 600 kg,氧耗為290 ~360 m2'( 標態(tài))。開(kāi)氣化爐的溫度約為210 C。氣化爐外殼的表面(9)氧耗比水煤漿法低15%~20%,因此可溫度低于100 C。.中國煤化工，原料氣化和達到氣體平衡所需的熱量由原料作,生產(chǎn)負荷可調碳氧化成CO2和CO所提供。氣化溫度的選擇是節幅，.THCN MH&大裝置能力。7第38卷第3期化肥工業(yè)2011年6月過(guò)濾元件國內目前尚不能制造,每年需更換1次,5可操作性分析費用為500萬(wàn)元。事實(shí)證明,各種氣化技術(shù)在低負荷(60% ~(4)廢鍋流程的氣化爐、合成氣冷卻器(對流80%)、頻繁停車(chē)的情況下,碳轉化率、冷煤氣效式廢熱鍋爐)、輸氣導管的內件、燒嘴、粉煤閥、渣率、有效氣含量、比煤耗及比氧耗都難以達到設計閥、灰閥、陶瓷過(guò)濾器內件等國內尚不能制造,需要求,甚至偏差很多。因此，提高裝置的可操作耗費大量外匯;氣化爐、合成氣冷卻器、輸氣導管、性,達到裝置長(cháng)周期高負荷運行是增效降耗的唯陶瓷過(guò)濾器、高壓氮氣緩沖罐等屬大型超重設備,一途徑。其運輸和吊裝比較困難。由于CCG氣化工藝采(1)備煤系統能否正常運行是影響氣化負荷用激冷流程,設備結構簡(jiǎn)單,外形尺寸小,裝置投的一個(gè)重要因素?？屏址勖褐苽湎到y改變了其它資少;對于投煤量相同的氣化爐,激冷流程氣化框粉煤低壓輸送采用落差和螺旋輸送機的方式,全架高度只有廢鍋流程的- -半,質(zhì)量只有其20%左部采用低壓氣力輸送,避免了由于動(dòng)設備故障導右;氣化島投資只有其50% ~60%。CCG氣化技致粉煤供應不足而造成氣化裝置降負荷運行,甚術(shù)的煤種適應性更寬,煤、水、電耗量少,連續運行至停車(chē)。時(shí)間長(cháng)?？傮w而言,CCG氣化技術(shù)效率和消耗與、(2)采用多噴嘴同向頂置 下噴設置,避免了干粉煤廢鍋技術(shù)基本相當,而投資大大低于干粉燒嘴間的磨蝕,大大延長(cháng)了燒嘴壽命,不會(huì )出現燒煤廢鍋技術(shù)。.嘴罩泄漏的現象。(5)噴嘴頂置下噴的方案可以使高溫粗煤氣(3)采用激冷流程,避免了由于廢熱鍋爐換及灰渣流向相同,以確保燃燒室排渣順暢。熱管積灰導致?lián)Q熱器出口溫度高而影響高負荷生6氣化工藝對比產(chǎn)的問(wèn)題,同時(shí)也避免了由于高溫高壓過(guò)濾器濾棒斷裂導致的停車(chē)事故。高溫高壓陶瓷過(guò)濾器的幾種主要的氣化工藝對比見(jiàn)表1。表1幾種主要 氣化工藝對比項目干粉煤廢鍋氣化技術(shù)水煤漿加壓氣化技術(shù)科林CCC氣化技術(shù)原料的適應性適應各種煤適應成漿性好、灰熔點(diǎn)低的各種煤適應各種煤、油、氣1 000 m(標態(tài))有效氣煤耗/t-0.69~0. 72~0.691 000 m'(標態(tài))有效氣氧耗/m3~ 330~ 389~330氣化溫度/C1 400-1 7001 300~1 5001 400~1 700氣化壓力/MPa≤4.00≤8.54最大單爐處理煤能力/(t●d-1) 3 0001 500氣化爐配置單爐需有備用爐單爐或多爐單爐燒嘴配置多組對置單個(gè)頂置或多個(gè)對置多個(gè)頂置氣化爐結構水冷壁耐火襯里氣化爐直徑/mmφ4500中2 794(φ3175)φ2900熱回收廢鍋、水冷壁廢鍋或激冷激冷煤氣除塵冷煤氣激冷,過(guò)濾,洗滌洗滌洗誨主要易損件高溫過(guò)濾器,繞嘴耐火襯里燒嘴燒嘴輸煤方式氣體壓送水煤漿泵送單爐連續運行周期/月~123-4磨煤方法干磨同時(shí)干燥顯磨氣體與爐渣流向逆流順流國產(chǎn)化水平關(guān)鍵設備引進(jìn)國產(chǎn)化率高國外用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，國內中國煤化工外成功用于聯(lián)合循環(huán)工業(yè)應用業(yè)績(jì)用于臺成氨和甲醇生產(chǎn)合成C N MH G和甲醇等投資比較/%150 ~ 17090-1101008第38卷第3期化肥工業(yè)2011年6月用,可靠性高,在技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程設計、設備制造、7結語(yǔ)工程建設、生產(chǎn)管理和操作運行等方面積累了豐通過(guò)干粉煤廢鍋氣化技術(shù)、水煤漿加壓氣化富的經(jīng)驗,設備國產(chǎn)率高,國內的技術(shù)支持性更技術(shù)及科林CCG氣化技術(shù)比較可看出,這3種氣好,裝置的建設投資較低。但其耐火磚和燒嘴連流床氣化工藝都是先進(jìn)的煤氣化技術(shù)。續使用壽命短,氣化爐難以長(cháng)周期連續運行,煤種干粉煤廢鍋氣化技術(shù)氣化效率較高,煤種適的適應性相對較差。應性強。但其工藝流程長(cháng),設備結構復雜,國產(chǎn)化科林CCG氣化技術(shù)設備結構簡(jiǎn)單,煤種的適率低,設備運輸和安裝難度大,建設周期長(cháng),一次應性更寬,煤、水和電耗量少,連續運行時(shí)間長(cháng)。投資大,干法過(guò)濾器使用壽命短;進(jìn)人中國市場(chǎng)的科林CCG氣化技術(shù)的效率和消耗與干粉煤廢鍋氣時(shí)間較短,生產(chǎn)裝置開(kāi)車(chē)還不太順利?；夹g(shù)基本相當,更適合于化工生產(chǎn),而投資卻大水煤漿加壓氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和進(jìn)人中國的時(shí)大低于干粉煤廢鍋氣化技術(shù)。間較早,在國內外的合成氣生產(chǎn)中得到了廣泛應(收到修改稿日期2010405-05)(上接第5頁(yè))油化工、精細化工和功能材料業(yè)的緊密結合,實(shí)現用系統,形成低投入、低消耗、低排放和高效率的資源綜合利用、產(chǎn)品結構和產(chǎn)業(yè)結構合理,真正將增長(cháng)方式。實(shí)現“資源-產(chǎn)品-消費-廢棄物再化工產(chǎn)業(yè)做大做強、做精。資源化"全周期清潔閉環(huán)的流動(dòng)模式,構建綠色3.4強化磷化工行業(yè)的科技 創(chuàng )新磷化工產(chǎn)業(yè)鏈?？萍紕?chuàng )新是創(chuàng )造和應用新知識、新工藝新技目前,我國磷化工行業(yè)中廢棄物再資源化還術(shù),包括自然科學(xué)知識的新發(fā)現和工藝技術(shù)的創(chuàng )是一個(gè)重大的課題。例如在黃磷生產(chǎn)中,1 t黃磷新,可以分為知識創(chuàng )新、技術(shù)創(chuàng )新和管理創(chuàng )新3種可副產(chǎn)2 800 ~3 000 m'尾氣,經(jīng)凈化提純后,Co類(lèi)型。創(chuàng )新是以新思維新發(fā)明和新描述為特征體積分數可達95%左右,是生產(chǎn)甲醇、甲醛、甲的概念化過(guò)程,是一個(gè)行業(yè)興旺發(fā)達的力量源泉。酸、甲酸鈉等重要化工產(chǎn)品的基本原料。盡管我國已經(jīng)是磷化工生產(chǎn)大國,但是磷化在濕法磷酸生產(chǎn)中,我國年副產(chǎn)磷石膏超過(guò)工行業(yè)的總體技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平和國內實(shí)50 000 kt,但其利用率還不到10%。磷石膏的堆際需要相比仍有很大差距,面對國外大型磷化工放不僅占用大量土地,而且還會(huì )造成對環(huán)境的污企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢及其在國內外磷化工市場(chǎng)的競染,其綜合利用已成為制約磷復肥行業(yè)可持續發(fā)爭,國內磷化工企業(yè)將面臨嚴峻的挑戰。因此,強展的關(guān)鍵因素之一。目前,國內磷石膏主要用于化磷化工行業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新,加快磷化工高新技術(shù)生產(chǎn)建筑材料、造紙填充劑、石膏粉體材料和肥料和產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā),對于促進(jìn)資源合理充分利用等,其中磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝可形成綠色和降低能耗、提高磷化工行業(yè)的國際競爭力,均具生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈,體現出原子型經(jīng)濟效應的循環(huán)經(jīng)濟有重要意義。路線(xiàn),在國內已有初步發(fā)展,但由于投資和能耗等參考文獻問(wèn)題,尚受到制約,有待進(jìn)-步配套、完善和推廣。[1] 中國化工節能技術(shù)協(xié)會(huì ).化工節能手冊[ M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.同時(shí),根據中國磷礦應用的具體情況,開(kāi)發(fā)適合中[2] 馮元琦.化肥企業(yè)產(chǎn)品能平衡[ M].北京:化學(xué)工業(yè)出版杜，國國情的磷石膏凈化和利用路線(xiàn),尤其是含雜質(zhì)1989.較高的中、低品位磷礦副產(chǎn)磷石膏的利用,從而改[3]中國化 I企業(yè)管理協(xié)會(huì ).中國肥料實(shí)用手冊[ M].北京:中國閩際廣播音像出版社,2006.變國內的磷石膏利用現狀，促進(jìn)行業(yè)的節能降耗[4] 高水峰.關(guān)于做強我國磷化I產(chǎn)業(yè)的建議[J].化學(xué)工業(yè)，和循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。2009 ,(8):19-24.對于大型磷化工企業(yè),應在維持原有產(chǎn)品生[5]中國 煤化工與展望[J].磷肥與復產(chǎn)的同時(shí),加強與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的交叉耦合和橫向多元化拓展延伸,促進(jìn)磷化工與鹽化工、煤化工、石MYHCNMHG期204-1)