GSPTM煤氣化技術(shù)的應用

第33卷化肥工業(yè)第3期GSPTM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 GSPTM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GSPPM 結構應用Use of GSPTM 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-ment.Keywords GSPMM strueture 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GSPT氣化技術(shù)是20世紀70年代末,由前民成30 MW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Vresova工廠(chǎng)采化運行的大型粉煤氣化技術(shù)。該技術(shù)-經(jīng)開(kāi)發(fā)成用GSPTM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(SchwarzePumpe),德國黑水泵公司的目( IGCC)。GSPTM 氣化工藝具體應用成功范例見(jiàn)前身勞柏格電廠(chǎng)采用GSPTM氣化技術(shù)建立了1套表1。200 MW的商業(yè)化裝置,原料處理能力為30 t/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'M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)域的應用瑞土可持續技焦。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,(Noell)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2成為GSPM氣化技術(shù)的擁有者。1999 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( Babeock )電力公司收購。2002830 kt/a二甲醚-期工程的600 k/a甲醇氣化島年德國巴伯高克電力公司破產(chǎn)瑞士可持續技術(shù)項目合同與安徽淮化集團簽訂180 kt/a合成氨控股公司( SUSTEC Holding AG )收購其氣化技術(shù)和50kt/a甲醇氣化島項目合同。部門(mén)并成立全資子公司一德國未來(lái)能源有限責任公司。2 GSPM煤氣化工藝1.2技術(shù)應用GSPTM采用干粉進(jìn)料、純氧氣流床氣化、液態(tài)雖然GSPTM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、第33卷化肥工業(yè)第3期表1 GSPI 氣化工藝應用成功范例氣化類(lèi)型氣流床氣化爐用戶(hù)Schwarze PumpeBASF plc SealsandsSokolovskd uheInd ,a. s.所在地Schwarze Pumpe德國Middlesbrough英國Vresova捷克共和國試車(chē)19842001計劃2005年反應器類(lèi)型氣流床水冷壁氣流床,水冷壁熱容量/MW20030140壓力/MPa2.82. 9溫度/C1 400反應器體積/m’!13.55激冷方式完全激冷局部激冷供料系統煤粉/液態(tài)供料液態(tài)供料1984-1990年前采用普通的及含尼龍合成過(guò)程中產(chǎn)生的液體廢440 MW IGCC的26個(gè)固定床氣鹽的褐煤氣化原料物,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)1990年以后采用天然氣、污泥、焦產(chǎn)物以及含硫酸銨的有機物品油以及生物質(zhì)等產(chǎn)品用于IGCC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。GSPT氣化工嘴中其中輸送煤粉線(xiàn)速度為6 ~8 m/s ;密相煤藝生產(chǎn)合成原料氣流程見(jiàn)圖1。粉量為350 ~450 kg/m3 ;輸送能力為1 200 kg/變換cos水解H2S脫除脫除CO:(cm2.h)。粉煤入爐量測量可通過(guò)帶稱(chēng)重傳感;燕汽鳳個(gè)燕蒸汽中醇合成器的加料器與入爐煤粉管線(xiàn)上的流量計測量。干費托合成煤煤粉氣流輸送系統見(jiàn)圖2。干煤粉_廢氣加國友計量應中。輸送黑國響門(mén)儲倉-①!北塵lCO2氮氣冷|咨期今卻[___淋爪清水冷凝I幾可T循環(huán)鎖斗氮氣___昌. 氮氣r由黑水處理CLAUS塔密相流化床，四0日干煤粉去氣化分圖1 GSPT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 ~50 mm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)輸送機送入磨機在磨機內將煤碾2.2氣體及 氣體冷卻除塵系統碎到適于氣化的微粒(≤250 μm ,≥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%?；液图だ涫?。經(jīng)研磨的干燥煤粉由壓縮氣體( N2或CO2 )氣化爐的操作壓力為2.5 ~4.0 MPa。根據送到煤的加壓和投料系統。此系統包括鎖斗和給進(jìn)料的組分和爐渣熔化的情況，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1350~1600C。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CO\l以哭中歸工性公洋引|氣化怕的8半合0去中n去白+的泊h人水66人土n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3 GSPT 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1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))后送出界區。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 C。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一盤(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 C。氣化界區外污水處理系統。爐的結構見(jiàn)圖3。原料蒸氣/氧氣噴嘴干煤粉燕氣/氧氣加壓水出口←水冷壁加壓水入口激冷水. 水夾套排流口激冷室合成氣出口溢流口粗煤氣(/液態(tài)漣清圖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口處典型氣GSP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口處典型氣體組成干基)/%項目H2CoCO2N2 +ArCH4H2S合計GSPTM氣化工藝23.668.93.14.00.10.3100. 0水煤漿氣化工藝36.347. 912.61.2100.0GSPTI氣化爐的高效率同時(shí)降低了煤和氧氣表3 GSPT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。消耗指標GSPTM氣化工藝的消耗指標見(jiàn)表3。原料煤(灰分6. 84%低熱值27378 kJ/kg)564 kg :GSPT氣化爐可以根據用戶(hù)的要求加以設計氧氣(純度9.6% )315 m2(表4)。蒸汽(300 C A4.5 MPa)56 kg第33卷化肥工業(yè)第3期表4不同規模的GSPTM氣化爐組合式氣化噴嘴結構見(jiàn)圖4 ,外觀(guān)示意圖見(jiàn).小中大圖5。由圖4可知,由中心向外的環(huán)隙依次為氧,項目規模/MW200400800氣、氧氣/蒸汽、煤粉通道。幾根煤粉輸送管均布操作壓力/MPa .2.5進(jìn)入最外環(huán)隙,并在通道內盤(pán)旋,使煤粉旋轉噴50 000160 000320 000出。給煤管線(xiàn)末端與噴嘴頂端相切,在噴嘴外形(m'，h-1)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氣化室中進(jìn)行氣化。因此從給煤管出口到噴嘴頂尺寸(長(cháng)x高)y2000x3500 2 900x5 2503 650 x6700端之間只產(chǎn)生很小的熱應力。mm高樂(lè )電點(diǎn)火工藝包完成關(guān)進(jìn)展情況已商業(yè)運行包---火焰探測器在交付中.鍵計算H一點(diǎn)火用燃料.冷卻水一日MPa如果更換粉煤輸送過(guò)程中的閥門(mén)組件操作日一冷卻水壓力可以提高到4.0 MPa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GSPTM氣化爐設--干煤粉計壓力均為4.0 MPa。3.2 組合式氣化噴嘴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|1犬然氣↑年串串，氧氣↓干煤粉冷卻水圖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理。由于固態(tài)渣層的自行修復功能,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壁的期望使用壽命在25年以上。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)GSPTN煤氣化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)第33卷化肥工業(yè)第3期液態(tài)渣(8 )流體上進(jìn)下出,單噴嘴,水激冷流程,設備和工藝簡(jiǎn)單投資省建設周期短。膜式壁加壓，冷卻水固態(tài)渣5 GSPM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42222 kt預計到2010年對合成氨的需求量大約為47000kt。抓釘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,1500TubeSiCSiag所以急需技術(shù)改造。這為用粉煤為原料采用先進(jìn)3.5mm.i =50WpkA =8Wmk=1Wmk的GSPTM氣化技術(shù)開(kāi)辟了廣闊的市場(chǎng)。1000(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)品,而且是正在迅速發(fā)展的汽車(chē)燃料。中國現有500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250原料通過(guò)先進(jìn)的煤氣化技術(shù)(如GSPTM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。0510I52025( 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)電廠(chǎng)( 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)GSP"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,-般在1450~1600C。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(