典型煤气化技术的发展与应用

能源及环境中国科技信息2008年第22期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFOMATION Nov.2008于是第-套工业装置,灰熔聚操作还有一定的困难，目前的主要困难足气体带出物太多典型煤气化技术的(200g/Nm),气化炉内流化床床层高度起伏大,造成气化炉震动,进而引起整个钢结构框架的震动;此外,气化炉内壁的耐火砖受流化了的粉媒冲刷，损坏严重，还不能发展与应用长周期稳定运行(一般每运行1000小时就要停车检修)。周丹'马涛’ 吕彦力2中科院山西煤炭化学研究所研究开发1、郑州轻工业学院450002了以烟煤为原料的常压气化法，整套设备完2、西安交通大学 710049全可以国产化。最近，在3.0Mpa 半工业化加压灰熔聚流化床粉媒气化技术平台上完成摘要入附近河流。目前， 该厂正在规划建设第了1.0Mpa的72小时长周期加压试验，以晋二台BGL气化炉,取代其余三冶鲁奇炉。我城无烟煤为原料,煤处理量2.5吨/小时(60介绍了煤气化技术发展的现状，重点综述了吨/天),操作温度为1020-1050C,试验结圊定床气化、流化床气化、气流床气化典型国云南解化BGL试验装置是在原化院开|果为碳转化率 87%,煤气产率1.8Nm’干煤代表技术的发展和应用。.发中2.8m固定床加压气化装置基础上改造气/Kg 煤，有效气体(CO+H,)含量65%-关键词.的，探索直接试烧当地高含水量(约35%水66%，表明: 1.0Mpa工业气化装置(φ 2. .煤气化:国定床;流化床;气流床分)褐煤的途径。2006年7月完成炉体改造，4m)处理能力将可达到600吨煤/日,单台10月初完成开车试验,达到预期目标，取得炉可配套12万吨甲醇(或氨) /年系统。本阶段性成果。与固态排渣相比，气化温度提技术的研发成功将对我国粉煤气化、特别是↑典型煤气化技术及应用高，气化能力提高3- 4倍，煤气中CO. H,高硫、高灰、高灰熔点煤洁净化开发利用和以鲁奇炉为代表的固定床气化炉气化1.1固定床气化炉含量大大增加，水蒸气分解率提高、用量我国媒化工的发 展产生重要的影响。降低，但氨耗高-些，目前证明放大到500循环流化床脱硫率 叮达80%- 95%，过程效率高，氧耗低,单台生产能力达到日t/d是成功的。NOx排放可减少50%r对燃料适应性强，可处理上T吨煤,但与加压气流床气化技术相1.2流化床气化炉烧劣质煤.煤碱石;燃烧效率高，可达95%-比生产能力还不够大，不能气化粉煤，蒸汽为加快煤气化反应速度，提高气化炉99%负荷适应性好，可在30%-100%额定分解半低，过程中产生大量的焦油和酚水。生产能力并适应大量碎煤利用的要求，德国负荷内稳定调节。由于循环细粉较循环床锅为克服上述缺点,又进行了新的开发，主要科学家温克勒发明了流化床气化炉(1926年),炉碳含址高的多,半焦的气化速书较燃烧速技术升级包括进-步提高压力、提高温度、并曾大量用于工业生产。但是常规流化床炉率低 上T倍，循环倍率也高，因此此过程要两段气化。内易结渣，对煤种适应性较小(仅适合褐煤求更高效的粉尘分寓系统。自德国1954年建鲁尔煤气公司、鲁尔煤炭公司和斯梯和高话性烟煤);灰渣和飞灰碳转化率较低，成第一台工业沸腾炉后,在各国得到迅速发格公司干1976年制定了联合开发高压气化针对这些问题开发 r新的流化床技术,如高展应用， 上世纪80年代中期.美.英德各炉(鲁尔-100)的计划。鲁尔-100型气温温克勒HTW)、灰熔聚气化(U-Gas,中国都投运了 130/h炉(配30 MW机组)。之化炉能在l0MPa压力下操作，设两个煤气出国科学院山西煤炭化学研究所的灰熔聚气化后，又进行了配600~ 1000 MW大容量沸腾口，可生产高热值和中热值煤气，由于压力法)和循环流化床气化(常压和加压)工艺。炉的设计研究。中国叫川白马电厂300MW提高，处理能力2.5MPa操作增加一倍,煤HtW气化法的基本开发思路:提高操循环流化床示范 T程于202年底开工,矧气中CH,也增加近倍，同时因为炉上部作压力和温度、增加流化床带出细粉循坏入|进技术。 中国首台国产化410 Vh循环流化煤气流速降低很多,从而减少S被带出的粉炉系统，从而提高了气化炉的气化强度和碳床锅炉已在江西分宜电厂动工兴建。煤量。南非萨索尔一I. I均使用鲁奇IV型转化率, 煤气中CH。含量亦降低。同时供煤1.3气流床气化炉气化炉,气化炉内径3.85m,操作压力约2.处的最高温度也升至1100C左右，扩大了燃气流床气化炉是流化床气化炉的进一7MPa,单台炉日产气10万m'.鲁奇炉设料的使用范围。已运转的示范装置操作压力步改造，使用更细的粒度(<100mm 粒子)和计的V型气化炉内径为4.7m,高12.5m,重为1.0MPa,其生产能力为千褐媒720t/d.为更高的温度(1350-1500C),从而成倍地加快量200t，日产气量达228万m'。固定床加应用于IGCC, 进-步提高压力至2.5MPa以了 反应速度，达到了极高的炭转化率(98%-乐气化炉不断得到改进,至今仍为全球气化|、上， 气化炉直径3.7m,褐煤处理能力达到99%)和气化炉单台处理能力(500- 2500吨煤量最多的气化炉。160t/h,可满足36.7万kW发电装置。煤/日)。迄今，世界上:已商业化的IGCC大为了提高气化炉的热效率和气化强度，U-Gas气化法是由美国煤气T.艺研究型(250MW以上)电站都是采用气流床煤气化最早1954年在鲁奇炉上进行了液态排渣式所 IGT所开发的，目的在于用各种原料煤炉， 可见其技术上具有优势。它们是以水煤加压气化实验，后由英国煤气公司British(包括高黏结，高硫或高灰煤)生产煤气,能浆 为原料的Texaco.多喷嘴对置，以干粉媒Gas继续进行实验，并在20世纪80年代成把低煤焦含量的灰从炉底部分离出来。1989为原料的Shell. GSP.新型两段式干煤粉加功进行了商业示范。90 年代中后期，在德年9月, 芬兰Tampella公司电力工业部门在压气化炉。国乐部的黑水泵煤’气化厂建设厂-台内径φ芬兰Tampella地区建-台 直径4英尺的U-Texaeo水煤浆气化压力在3.0~8.3.6m的BGL熔渣气化炉，气化由当地劣质Gas纯氟炉气化装置，用f联合发由。煤外SMDaby间 县日 前各类商业化的气流床气褐煤制成的型煤与固体废料的混合物，生理 量为3- 60t/d,操作压力为中国煤化工，在试验装置中操作压力曾产合成气，为大型发电厂提供燃料气和为的第一个工业项目。U-Gas气国伊斯曼化学厂和中国渭甲醇生产提供原料气。自2001年投产后，试后，在我国上海焦化厂建日处理次烟煤120t左右,采用空气.蒸汽鼓YHCN M H CsM2,压力下运行。我国只至今仍作为主力炉成功地运行。气化废水经处理后，达到欧盟和德国排放标准，排|风制低热值燃料气, 1994年底投入生产。由下转第34页比-32-能源及环境中国科技信息2008年第22期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Nov .2008干线负荷电流下降，线损可有效地降低。选用高效光源和节能型灯具。以往大|有限公 司大氮肥国产化T程建设一台多喷嘴具体方法是:在住宅楼总配电箱进户处安多 数居住小区在设计时，路灯，公共场所|对置式水煤浆气化炉(6.5MPa, 日处理煤750装智能型无功功率因数补偿装置，这种装等 夜间照明采用的是白炽灯、水银灯，应吨), 于2005年6月建成投产,目前运行平稳。置随用电负荷的大小、功率因数的高低改造成为紧凑型荧光灯， 可节电50%左| 2006年3月现场考核结果 碳转化率达到99.自动投入和切除电容器。右。办公、商业楼照明的老式灯具应改造9%,， 有效组分体积分数高于84%,清中含碳4电力变压器容量的合理选择与经成带电子镇流器和细管径灯管的节能梨荧|质量分数<5%, 每天比同规模单喷嘴炉增加光灯，节电15%以上,还能延长灯管的|效盐约5万元。济运行在住宅小区供配电系统设计时，一般使用寿命约60%，光效高达50%，消除Shell粉煤气化T.艺是由Shell公司开发都按计算负荷为依据米选取变压器容量的。了频内效应和噪声。采用节能型荧光灯具|的新- -代的气流床造气技术。 90年代末在荷运行2年即可收回投资。兰Buggenum兴建了-座2513万kW的.在实际运行中，其运行负荷井不等于计算优化照明设计和管理。在住宅小区照IGCC 示范，气化压力218MPa. 1993 年底负尚，而是随季节而变化的，甚至在24小明设计中，除住户照明外，应对小区的道试车, 以后三年中完成了14个煤种试验和12时内负荷变化也很大，- 一年四季中负荷率路、 公共场所、办公、商业楼等不同的区域种不同烧嘴的设计测试，气化运转率在E95%变化从42% ~93%。在小区供配电系统设采用不同的照度标准。合理配光，采用节能|以 E,碳转化率可达99%,冷煤气效率80%~计及运行电气管理中，应该十分重视变压要求的控制方法， 尽量利用天然光束减少83%。 2006年5月17日,湖北宜化集团所属器容量的合理选取。照明，实现时间、地点.天气变化.工作和的湖北双环科技股份 有限公引进的日投煤当住宅小区的建筑面积大千5万m2以生活需要 贝活地调节照度水平。采用智能900 的Shel粉煤气化工艺装置一次开车成上时，在供配电系统设计时就应考虑选取2化照明管理 系统，不仅节电，还能使小区由功 这是该技术在我国的首次成功应用于合台560kVA以上:的电力变压器并联运行,尤亮变 “靓"，当人们进入小区后，“靓"感给|成氨生产。 此技术采用膜式水冷壁代替了耐分发挥变压器并联运行时的优势。由于季人们的心理和生活极佳的影响。火砖采用加压气化(4.2MPa),设备结构紧节性原因使得住宅小区运行负荷发生变化，7结束语凑，气化强度大:采用纯氧气化，气化温度如何确定单台还是两台并联运行呢?有如住宅小区的节电是物业管理工作的重高(1400~ 1700 C),碳转化率高(99%),合下3种方法:(1)当变压器的负荷率低于0.6时，应要组成部分，它投资少，见效快，周期短，成气中有效气(CO+ H)体积分数超过90%。效益高。实施后可显著地降低物业管理公GSP 加压气流床气化技术是20世纪70切除一台运行比较经济:(2)当变压器的负荷率大于0.8以上时，司的运行成本。总之，住宅小区的节电潜力年代末由前民主德国GDR燃料研究所开发应投入备用变压器并联运行比较经济;很大,全国2万多家物业管理企业如能采用并投入商业化运营的大型下煤粉气化技术，(3)由临界负荷公式确定临界负荷的数1项~2项节电措施，其节电效果和经济效1984年在黑水泵市建成130MW ,投煤量30t/h的冷壁炉商业化装置，稳定叮靠运行达十值，查千册或产品技术资料将有关参数代益将是多么巨大啊!多年。GSP气化工艺原料既叮以是固态也可人公式求出临界负荷Sj,当变压器的运行以是液态,可以是任何状态的碳氢化合物,原负荷小于临界负街sj,则单台运行较为经参考文献▼| 料适用性更广，氧耗低，碳转化率可达到济，反之并联运行较为经济。合理地安排[1 于志勇.北京地区居民用电市场分析顿99%, (CO+H])高达90%,冷煤气效率高达80%投入运行的变压器台数足降低有功损耗和测. 电气时代杂志社200以上, T.艺技术上综合了现有f法和湿法加提高节电效益的项好措施。另外,要特别(2] 建筑电气设计手册编写组.建筑电气谩压气流床气化技术的共同优点，优先代表了注意变压器的并联运行条件:计手册.1994未来煤气化技术发展的前进向,是应用前(1)额定电压与变比相等.否则易产生景非常明朗的实用新型煤气化技术，目前有涡流，导致损耗增加，温度增高;5套装置，国内尚无示范装置。(2)连接组别相同，连接组别不同,导《上接第32页2结论致环流增加，其数值是额定电流的5倍(3)阻抗电压Ud%相等,以利F均等发|有 -种规格为φ 12. 7m)的气化炉，但操作煤气化技术备受关注，而我国煤种质量千差万别，气化技术参差不齐，煤化T的挥#联运行时的供电能力。压力有2.6MPa(鲁南)、4.0MPa(淮南)和6.规模大小不-,因此,各企业在选取气化技5电机节电SMPa(渭河)三个等级:气化强度大，处理术的时，应因地制宜，对所投资项目进行全住宅小区内一般都有数量较多的电机,煤800t/d-1500t/d,最大的一套处理能力面的综合分析，对项目的原料.技术,市场.有电梯曳引电机、高压水系电机等。要特别|达到 2000气化温度10-15000液环保等多方面因素进行全面了解，综合优化重视中小型电机的节电。这些电机大多属态排渣，煤气成份CO+H,为80%左右，不处理，才能使项口避免或减少投资的风险，于风机，水泵类负荷，应采用变频调速技|含焦油、 酚等有机物质，对环境无污染，使企业获得最大的效益。术。如之前那家物业管理公甜前管理的6碳转化率96- 9%，炉子结构简单，能耗个居住小区，电机总装机容量1200kw,计低，运转半高，而且煤适应范围较宽。目参考文献多划在3年-5年内逐步改造，更换为变频调前存在的 ;些缺点:气化炉内衬耐火砖、[1] 黄戒介，房倚天，王洋.现代煤气化.速和高效能电机。目前,已采用变频调速的喷嘴使用寿命短,需要备炉,不适宜长时间在电机容量35kW,运转时每小时节电可达低负荷下运行，水煤浆含水量太高,合冷媒技术的开发与进展[U].燃料化学学报.33Kwh。气效率和有效气体成分(CO+H)偏低，氧2002，30 (5), 385-390另外，其它节电途径还有按经济运行耗、煤耗均比干法气流床[21 杜晓峰.蒋斌，严桂英.洁净煤燃烧选择合适的电机容量，减少轻载和空载运“十五” 期间，多喷嘴刘中国煤化工].污染防治技术2008, 21行时间，保证电机的电源电压基本正常等化技术进人商 北示范阶段，MHCN M H G世森等.两段式干煤粉加措施。利用两台8处理1150吨煤多煤浆气化炉(4.0MPa)配套生产24万吨甲醇、压气流床气化试验研究[M.热力发电2007.6照明灯具的节电联产71.8MW发电。山东华鲁恒升化L股份08: 27-30-34-