煤氣化爐的效率及組合應用的探討

第4期(總第119期)煤化工No.4 (Tqtal No.119)2005年8月Coal Chemical IndustryAug.2005煤氣化爐的效率及組合應用的探討吳楓閻文艷閻承信(煙臺化工設計院,煙臺264001)摘要目前已開(kāi)發(fā)的第二代煤氣化技術(shù)，有些方法尚需進(jìn)一步改進(jìn)和提高，才能滿(mǎn)足大型煤氣化項目直接氣化坑口煤炭的要求。用氣流床氣化法與Lurgi爐優(yōu)化組合,可以取得提高氣化效率、克服污染、簡(jiǎn)化流程、降低消耗、提高能力、節省投資等效果,是目前發(fā)展大型潔凈煤利用項目較為現實(shí)和合理的選擇。關(guān)鍵詞氣流床 Lurgi 爐氣化效率組合文章編號:1005-9598 (2005) -04-0003-04中 圖分類(lèi)號:TQ54文獻標識碼 :A世界.上擁有Texaco爐最多的國家。國外有美國的伊引言斯曼2臺,日本宇部4臺及德國SAR的1臺。這些以煤為原料的Texaco爐至今仍在運轉，除此之外尚有經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)發(fā)研究，第二代煤氣化爐一些示范裝置。Shell、Texaco、Prenf1o Destec、KRW等目前大部分已國內Texaco爐運行已有10多年的時(shí)間,通過(guò)實(shí)完成商業(yè)示范運行階段,但由于煤質(zhì)的特殊性,開(kāi)發(fā)踐的檢驗，證明該爐確實(shí)具有可利用粉煤、濕法加料的難度較大，目前除Texaco爐已應用于工業(yè)外,其他.安全及衛生條件好、易于操作控制、氣體質(zhì)量較好等氣化爐尚未有工業(yè)化的業(yè)績(jì)。優(yōu)點(diǎn),但也暴露了一些問(wèn)題。首先是該爐對煤質(zhì)的要求潔凈煤利用最重要的一環(huán)就是煤氣化技術(shù),上述十分嚴格，如灰分<13%，灰熔融性溫度<1 300C ,幾種煤氣化方法都是國外的技術(shù)。近年來(lái)我國也開(kāi)發(fā)灰渣的黏溫特性和煤的成漿性要好等,同時(shí)要求供應了具有自主知識產(chǎn)權的“多噴嘴對置式水煤漿氣化技的煤質(zhì)必須穩定。這說(shuō)明當初普遍認為T(mén)exaco爐對術(shù)”,目前處于商業(yè)示范階段,要大規模應用于工業(yè)，煤種的適應性廣,在選擇原料煤時(shí)偏重于煤的成漿性尚待示范裝置的考驗。能顯然是不夠全面的。因而出現了裝置投產(chǎn)后,魯南現代的潔凈煤利用項目一般都建在坑口附近,特由“七五”礦煤改為多種煤配煤氣化,渭化由銅川煤改點(diǎn)是規模大、效率高、對環(huán)境友好,這就要求氣化爐對為甘肅華亭煤,淮南不用本地煤而要舍近求遠選用河煤質(zhì)的適應性要強。目前開(kāi)發(fā)的氣化爐各自都有特點(diǎn)南義馬煤等情況。和長(cháng)處，也都有其局限性。因此在工業(yè)應用時(shí)要根據另外Texaco爐噴嘴和爐磚的壽命較短。由于大當地煤質(zhì)特性,選取適宜的氣化爐,才能發(fā)揮其優(yōu)勢，量 的水分隨煤漿進(jìn)人氣化爐，造成氣化效率較低達到可靠安全的連續運行,以取得較好的經(jīng)濟和社會(huì )(71%~76%)以及由于氣化溫度的限制，碳效率很難效益。達到98%,一般僅為95%-96%。由于目前國內的氣化裝置都是冷激流程，不易實(shí)現飛灰的再循環(huán)氣化，1典型氣化爐 的現狀因而還有相當數量的含碳灰渣排出?？傊?，目前國內Texaco爐的運轉狀況難以滿(mǎn)足1.1 Texaco 爐現代化大型煤化工項目的基本要求。由于我國的煤質(zhì)我國目前已有4個(gè)工廠(chǎng)12臺氣化爐在運轉,是灰熔中國煤化工也較高,只有神華、大同等YHCNMHG余大多數煤礦都很收稿日期:2005-03-27難滿(mǎn)足Texaco爐的要求。作者簡(jiǎn)介:吳楓(1966一 ), 女, 1985年畢業(yè)于青島化工現代化的大型煤炭利用項目一般都是搞坑口氣學(xué)院，高級工程師，長(cháng)期從事化工設計工作?；?，每年加工煤炭量在幾百萬(wàn)噸到上千萬(wàn)噸,不易搞煤化工2005年第4期.配煤或遠距離運煤,必須根據當地煤質(zhì)選用適宜的氣但該爐的第二段氣化由于爐溫低，碳轉化率較化爐。要求爐子的容量要大(2 000t /d以上),對煤的低,尾部必須設置龐大的飛灰分離系統,并應將飛灰適應性要強,氣化效率和碳效率要高,能夠連續穩定循環(huán)再氣化,以提高碳效率。、飛灰的分離也是為保護長(cháng)周期運轉,便于安全操作,維護檢修方便等。由此看后面的火管式廢熱鍋爐,使其能安全正常地運行。來(lái)，目前的Texaco爐要想滿(mǎn)足這些要求尚有一定的該法較Texaco法雖有改進(jìn)和提高，但由于仍采距離,必須進(jìn)行改進(jìn)和提高,才能有一定的競爭力。用耐火磚襯里,氣化爐的溫度不可能提高,這樣使煤1.2 Shell爐炭的適應性必然受到限制。目前世界上尚未有工業(yè)化的以煤為原料的1.3.3 多噴嘴對置式水煤漿氣化爐Shell氣化裝置，荷蘭的BuggenumIGCC電站為示范我國自行開(kāi)發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化爐是項目,雖經(jīng)過(guò)10多年的示范運轉,但是否能夠達到單通過(guò)多噴嘴對置噴射,在爐內形成撞擊流來(lái)強化混合爐長(cháng)周期、安全可靠經(jīng)濟的運行尚有待實(shí)踐的考驗。及熱質(zhì)傳遞過(guò)程，使爐內形成合理的流場(chǎng)結構,改進(jìn)我國已引進(jìn)了多套日處理1 000t和2 000t煤的了Texaco氣化爐軸向單噴嘴的欠缺,使有效氣成分.Shell煤氣化裝置，近期有的項目即將開(kāi)始試運行，碳轉化率有所提高,比氧耗、比煤耗有所降低,且爐膛期望能夠給我國的煤氣化技術(shù)帶來(lái)新的突破。內的溫度分布較為均勻合理,為延長(cháng)耐火磚的使用壽.從目前的試驗研究以及商業(yè)化示范的數據來(lái)看,命創(chuàng )造了條件。該爐量化的程度及運轉的可靠性和可Shell煤氣化技術(shù)要比Texaco技術(shù)優(yōu)越。由于Shell用率尚有待示范裝置的驗證。氣化法采用干粉加料以及用冷壁取代耐火磚,氣化溫該爐的問(wèn)題是對煤質(zhì)的適應性究竟能有多大的度可以高一些，這使氣化效率和碳效率均較Texaco改善,由于仍采用耐火磚襯里,氣化爐的溫度不可能法有了較大的提高，同時(shí)對煤的要求比Texaco法要有太大的提高，因而對灰熔融性溫度在1 400"C(F)寬松一些,一般灰熔融性溫度低于1 500"C(F),活性以上的煤還是不能氣化。Shell 氣化爐也是對置式噴與灰熔融性溫度相適應的煤都能夠很好地被氣化，所嘴,對灰熔融性溫度高的煤可通過(guò)提高爐溫(1500C~以該爐應是現代大型煤氣化項目的主選爐型。1 600"C)將其氣化,使碳效率和氣化效率得以提高。但Shell煤氣化法也有其不足之處,首先是干粉另外采用水煤漿加料,氣化效率難以提高,所以該爐加料系統復雜,安全性及衛生條件不如濕法,另外投雖較Texaco爐有所改進(jìn),但沒(méi)有根本性的突破。資相對較高,對于灰熔融性溫度較高(>1500"C )和灰分較高(>30%)的煤從經(jīng)濟角度出發(fā)也不宜采用。2氣流床氣化爐與 Lurgi的組合1.3 其他氣化方法1.3.1 Prenflo 氣化法氣流床氣化爐的共同特點(diǎn)是順流氣化，反應物該法與Shell氣化法工藝過(guò)程基本相同,只是設在爐內的停留時(shí)間較短，因而需要較高的氣化溫度備型式和流程組織有所不同。用于西班牙Puertol - -(>1 300C)才能夠取得滿(mǎn)意的碳效率和氣化效率,lano電站的2600t/d煤的氣化爐，由于示范運轉的這樣就使得氣化爐出口氣體帶走的顯熱較多。Shell時(shí)間不長(cháng),目前尚難定論。如獲得成功,其性能與氣化爐氣體帶出的顯熱約占人爐煤熱值的13%,Texaco爐指標等應與Shell氣化法不相上下,因此可以認為這約占20%(不含潛熱)。雖然這些顯熱可以在后面的廢兩種方法基本相同。鍋中被部分回收產(chǎn)生蒸汽，但冷煤氣的效率要降低1.3.2 Dow Destec(現改稱(chēng)Global E- -Gas)氣化技術(shù)13%~20%，應該說(shuō)這是降低冷煤氣效率的主要原因。該技術(shù)采用水煤漿進(jìn)料，與Texaco不同的是氣為了利用這部分高溫煤氣的顯熱,Destec氣化法采化爐呈倒T字形,分為兩段,下部為臥式爐,水煤漿與用在二段噴人水煤漿以提高氣化效率的方法顯然是氧氣由兩端噴入氣化，溫度約為1 400"C的氣體由下合理的;Shell法用循環(huán)煤氣冷激，將該氣體溫度降段進(jìn)入上段的立式爐,在人口處噴人水煤漿,使粗煤至900C，以防液渣黏結在后系統;Texaco法則采用氣的溫度由1 400C降至1 038C,一方面利用了煤氣冷激中國煤化工牛降低煤氣溫度。盡的顯熱使部分水煤漿得到氣化,同時(shí)將粗煤氣的溫度管如|YHCNMHGF要想在現有煤氣效淬冷降低，避免了使用龐大而昂貴的輻射式冷卻器。率的基礎上再提高2%~3%實(shí)屬不易。該爐由于合理地利用了煤氣的顯熱,使冷煤氣效率可本文提出擺脫追求單一氣化爐的效率,采用多爐以達到80%。組優(yōu)化組合,以達到提高煤氣總效率的設想。即利用2005年8月吳楓等:煤氣化爐的效率及組合應用的探討5-氣流床的高溫顯熱,噴人Lurgi爐出口含有焦油等有.使氣流床氣化法的流程得以簡(jiǎn)化,省掉了循環(huán)煤氣壓機物的粗煤氣(如圖1所示),這樣既降低了氣流床氣縮機、輻射廢鍋等昂貴的設備,也使Lurgi氣化的煤化爐出口煤氣的溫度，又使Lurgi粗煤氣中有機物得氣處理得以簡(jiǎn)化,徹底解決了Lurgi 法煤氣水的污染以氣化和裂解,從而達到提高混合煤氣總效率的目的。問(wèn)題，并使組合后的氣化爐能力增加了近一倍,易于滿(mǎn)足大規模煤氣化項目的要求。在煤的灰熔融性溫度較低時(shí)(F.1 200"C),可以選用液渣Lurgi爐進(jìn)行組合。1 000C森|↓飛灰3多爐組優(yōu)化組合應用的探討400C~600冷澈環(huán)3.1 IGCC 發(fā)電將組合型的煤氣化裝置應用于發(fā)電項目,應選用氣化爐600廢鍋干法除塵Shell煤氣化爐與空氣氣化的Lurgi 爐相組合。一臺↓飛灰Shell間接冷卻煤氣去2 000t/d煤的Shell氣化爐可以配三臺中3 800mm的化爐域選康除塵脫碗”氧蒸汽煤Lurgi空氣氣化爐，正常生產(chǎn)時(shí)3臺Lurgi爐同時(shí)運空C0)氣轉,當有一臺爐檢修時(shí),另外兩臺爐強化操作,空氣氣◆灰渣水◆渣飛灰返回制粉系統化煤氣的熱值約為7 000kJ/m2~8 000kJ/m",3臺爐的圈1氣流床氣化爐與Lurgi爐組合示意圄煤氣產(chǎn)量約為150 000m/h-180 000m/h,這樣可使總發(fā)電量達到470MW以上。Lurgi爐是移動(dòng)床逆流氣化,在所有的氣化方法由于空氣氣化不用氧氣,過(guò)程簡(jiǎn)單，自用電量少，中氣化效率是最高的,也是最成熟實(shí)用的。Lurgi 爐因此各項技術(shù)經(jīng)濟指標都將優(yōu)于單獨采用Shell 法的冷煤氣效率一般在80%以上,包括焦油等的煤氣效的指標，預計供電效率可達45%以上,且比投資會(huì )大率都不低于90%,爐出口溫度為400"C~600C,如將氣大降低。3臺Lurgi爐和空壓機總投資最多8000萬(wàn)流床氣化爐出口溫度由1 500"C降至1 000C左右,需元，可增加發(fā)電量170W，使IGCC 的比投資較單用用一.倍左右的Lurgi煤氣冷激,這樣可使混合煤氣的Shell法降低20%左右。Lurgi空氣氣化系統的技術(shù)總效率提高3%~5%。也就是說(shuō),在與Shell 法進(jìn)行組和裝備完全可以由國內自行解決,不需要外匯。合時(shí),可使煤氣效率達到85%以上,在與Texaco法組另外，也可以采用Lurgi氧氣- CO2氣化法，也是合時(shí),可使煤氣效率達到80%以上。配3臺Lurgi爐，總發(fā)電量可以達到510MW以上。另外由于Lurgi爐采用6mm~50mm的小塊煤,粉3.2多聯(lián)產(chǎn)項目煤可供氣流床氣化爐使用，這樣既合理地利用了資氣流床氣化爐與Lurgi爐組合搞多聯(lián)產(chǎn)項目方源,又節省了磨煤、干燥等過(guò)程的能耗。這種組合不僅塊流程見(jiàn)圖2。粉煤↓空氣Shell氣化]和廢鍋}→[干除塵}洗深飽和一變換→冷卻]→個(gè)塊煤飛灰返回氣化系統l空分(尾氣[合成油Lurgi氣化↓No- +氦合成}C 提H+甲醇合成+θ←→脫碳脫硫←4尾氣0中國煤化工硫國收f(shuō)HCNMHGon去尿回注N2?IGCC發(fā)電醋酸H素或排故C0產(chǎn)品夫產(chǎn)品NHhV↓去加氫◆電力↓甲醇↓合成油◆醋酸▼羰基合成▼硫磺圉2組合氣化多聯(lián)產(chǎn)方塊流程圖煤化工2005年第4期.- -臺2000t/d的Shell氣化爐配3臺氧氣氣化提高到70%,氣化過(guò)程減少的熱耗就足以抵消冷壁的Lurgi爐的組合,可以產(chǎn)生粗煤氣280 000m2/h~300 000熱耗。如能再提高煤漿的濃度,其氣化效率將比采用m2/h，煤氣成分:C0 45%~47%、H2 32% ~34%、CO2 12%~耐火磚時(shí)還要高。這樣水煤漿氣化爐就可以氣化灰熔14%、CH,2. 5%~3. 5% .N2 3%~4%,基本上不含焦油。這融性溫度>1400C的煤,對原料煤的適應性與Shell.種氣體經(jīng)過(guò)水煤氣變換工序調整H2與CO的比例后，法基本相同。因此濕法加料爐的改進(jìn)重點(diǎn)應放在如何.可用于合成甲醇、二甲醚、合成石油等產(chǎn)品,尾氣可用提高煤漿濃度以及研究開(kāi)發(fā)采用液體CO2等潛熱小于提H2,H2可用于生產(chǎn)NH及加氫使用，還可以用脫的物料制漿以替代水煤漿。碳后的煤氣提取C0,CO可用于生產(chǎn)醋酸及甲酸等羰只要煤的成漿性較好,煤漿質(zhì)量濃度能達到65%基合成品。提H2后的尾氣中CH,含量較高，可用于以上,用冷壁的濕法加料爐與Lurgi爐組合流程的煤.IGCC發(fā)電。這樣的一套組合,主要產(chǎn)品規?？蛇_甲醇.氣化效率和各項指標都將優(yōu)于單獨采用濕法加料爐30萬(wàn)t/a,合成氨20萬(wàn)t/a,發(fā)電約200MW,其各項技的流程。在與濕法加料爐組合時(shí),應重點(diǎn)發(fā)展對置多術(shù)經(jīng)濟指標均優(yōu)于單獨采用Shell氣化法。噴嘴氣化爐，但噴嘴應設在氣化爐的下部，采用Shell爐的形式結構,這樣組合的好處是可充分發(fā)揮4濕法加料爐的改進(jìn)意見(jiàn)濕法加料的安全優(yōu)勢,流程簡(jiǎn)單,易于操作控制,省去了輻射式廢鍋，完全采用國內的自有技術(shù)和裝備,投Texaco爐和多噴嘴對置式水煤漿爐主要的問(wèn)題資較省。是不能提高爐溫和氣化水煤漿的能量消耗太大,因而改進(jìn)的重點(diǎn)是如何提高爐溫和降低煤漿中水的比例。5結語(yǔ)到目前為止,唯一有效的辦法就是將耐火磚改為水冷壁,當然這樣作的代價(jià)是要增加2%~4%的熱耗,而氣.將第二代先進(jìn)的氣流床氣化法與成熟可靠的化煤漿中水的熱耗要遠遠大于冷壁的熱耗。當原料水Lurgi 氣化爐相組合,可獲得較高的氣化效率,既合煤漿中煤/水為60/40時(shí),其氣化水所耗的熱量約占理地利用了氣流床高溫煙氣的顯熱,又使Lurgi爐的入爐煤熱值的12%;煤/水為65/35時(shí),所耗熱量約污染問(wèn)題得到了解決。占人爐煤熱值的9. 7%;煤/水為70/30時(shí),所耗熱量這個(gè)組合所采用的技術(shù)基本上都是先進(jìn)成熟的約占人爐煤熱值的7.7%;煤/水為75/25時(shí),所耗熱工藝,應通過(guò)消化吸收引進(jìn)的Shell爐和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)量約占人爐煤熱值的6. 0%。對置多噴嘴爐，并與Lurgi爐優(yōu)化組合建設示范裝.上述數據說(shuō)明,只要將水煤漿的質(zhì)量濃度由60%置,以考核其運轉的可靠性及各項技術(shù)經(jīng)濟指標。The Efficiency of Coal Gasifiers and Their Combined ApplicationWu Feng, Yan Wenyan and Yan Chengxin(Yantai Chemical Design Institute, Yantai 264001)Abstract Some technical approaches in terms of second-generation gasification technology developed up to the pre-sent, need to be further improved to meet the requirement of directly gasifying pithead coal in large quantities. Optimizedcombination of entrained flow gasification technology with Lurgi gasifiers can enhance gasification eficiency,overcome pollu-tion problems, simplify the process, lower the consumption, increase the capacity and save investment, which is a practicaland reasonable option for the development of large- scale clean coal utilization projects.Key words entrained flow gasifier, Lurgi gasifier, gasification,fficiency, combination，簡(jiǎn)訊●中國煤化工云南最大煤化工項0.HCNMHG2005年6月30日,云南省有史以來(lái)投資最多、規模最大的煤化工建儀項目一云闡?；疞(曲靖)基地200萬(wàn)t/a焦炭.30萬(wàn)t/a煤焦油加工項目在沾益縣盤(pán)江鄉舉行了奠基儀式。.該項目主要包括400萬(wàn)t/a選煤裝置、200萬(wàn)t/a煉焦裝置、30萬(wàn)t/a 煤焦油加工裝置、20萬(wàn)t/a 甲醇裝置。項目總投資22億元,計劃2006年底第- -座焦爐投產(chǎn),2007 年全面投產(chǎn),預計投產(chǎn)后年銷(xiāo)售收人可達28億元,年利潤可達5億元。.