科林高压干粉煤气化工艺技术分析

第38卷第3期化肥工业2011年6月科林高压干粉煤气化工艺技术分析赵小倩,胡长胜(大唐能源化工有限责任公司 北京00000)摘要介绍了科林高压干粉煤气化的工艺流程、工艺特点。 对该气化技术的可操作性进行了分析,并与国内应用的2种煤气化工艺(干粉煤废锅气化工艺和水煤浆加压气化工艺)数据进行了简单对比。科林高压干粉煤气化工艺具有设备结构简单、煤种适用性更宽、消耗低和设备国产化程度高的特点。关键词粉煤气化工艺特点技术分析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煤气化工艺在很大程度上影响到煤化工产品水冷壁煤气化炉工业化装置,气化当地褐煤制取(电力)的成本和效益,选择高效、低耗、无污染的城市燃气,有8年的工业化生产经验。燃料研究煤气化技术是发展煤化工的前提。现就国内近期所和黑水泵厂的技术骨干发起成立了科林的前身引进的激冷流程的科林高压干粉煤气化技术进行公司,继续致力于煤气化技术的研发并把运行中总结,以供参考。出现的问题进行了设计更改和完善,推出了一套完整优化的气化技术。1技术来源及发 展历程科林高压干粉煤气化炉简称为CCG炉2科林CCG技术与西门子GSP技术的(Choren Coal Gasifier)。 该技术起源于前东德燃联系和区别料研究所,于20世纪70年代末开始开发,目的是科林公司和西门子公司所提供的煤气化技术利用当地褐煤生产城市燃气。1979 年在弗莱贝均是在前东德燃料研究所早年的过期专利和黑水格市建立了1套3 MW中试装置,完成了一系列泵厂130MW气化炉的基础上进行放大和改进，基础研究和工艺验证工作,试验煤种分别来自德然后形成了各自新的专利体系。国、中国、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、澳大利两种技术均以干粉煤进料,磨煤和干燥的要亚、捷克等国家。1984年在黑水泵市(SCHWARZ求相似均平田环状舟管水k冷辟结构;化工项目均PUMPE)建立了1套130 MW(日投煤量为720 t)采YH中国煤化工c发电项目也开CNMHG本文作者的联系方式:changhengzydh@ 163. com第38卷第3期化肥工业2011年6月发了部分激冷流程;均为烧嘴顶置下喷,不同的是由原料煤的物理和化学性质(如灰熔点等)决定。西门子采用了组合烧嘴设计,将点火烧嘴与粉煤技术特点烧嘴集成在一起，而科林公司沿用了经黑水泵气化炉验证的多喷嘴设计。由于在烧嘴上的不同布(1)CCC气化炉为多喷嘴顶置的形式,分为置,使得两种技术具有了一定的独立性,均有各自1个引燃烧嘴和3个煤粉烧嘴。在开车和停车的专利保护,避免了知识产权冲突。组合烧嘴和时,利用液化气混合氮气作为引燃烧嘴的燃气。多烧嘴虽各有优劣,但由于都是顶置下喷设计,其“在气化炉运行过程中,出于安全考虑,引燃烧嘴在实并不构成本质差异。较小的功率下运行(长明灯),可以利用循环回送西门子公司在传统上是一家设备制造公司，的合成气作为引燃烧嘴的燃料。由于长明灯反应所以除了收取专利费和设计费外,要求烧嘴气化放热也是气化反应所需的,所以并不会造成额外炉甚至给料斗都必须从西门子公司购买。而科林的能量损耗。公司是一家专利商，只要求用户从科林公司购买(2)煤粉、氧气和水蒸气通过烧嘴进人反应其生产的烧嘴,可以做到95%的设备国产化,如室,发生部分氧化反应。反应室是由齿形蛇管卷兖矿贵州开阳500 kt/a合成氨项目采用的科林气水冷壁围成的圆柱形空间,上部为烧嘴,下部为排化炉就是由大连金州重型机械厂整体制造。这就渣口,粉煤与氧气、水蒸气的气化反应在此空腔内构成了气化岛投资的巨大差异:西门子公司的宁进行。第1次开车后,水冷壁被挂上1层渣,在后煤项目采用了5台日投煤量为2000 t的气化炉,续运行中利用以渣抗渣的原理保护水冷壁。正常气化岛造价为25 ~ 28亿元;科林公司的兖矿贵州运行时,炉体内温度为1 400~1 700 C ,经过渣层开阳项目采用2台日投煤量1 500t的气化炉,气后温度降至500 C左右,再经过16.5 mm厚的屏化岛造价约为5亿元。壁和SiC填充物,温度降至270C左右,水冷壁内3工艺流程的加压冷却水的温度为250 C左右。水冷壁气化与其它粉煤气化工艺一样,CCG气化工艺过炉的优点是炉体实际承受的温度较低，水冷壁承程也主要是由给料系统气化炉和粗煤气洗涤系温<500 C ,外层壳体内壁温度<250 C ,气化炉统组成,即备煤、气化和气体处理三部分组成。原外壳的表面温度< 100 C ,不易损坏,故可以气化料煤被碾磨为100%的粒度<100 μm和80%的灰熔点较高的煤种。(3)粉煤在烧嘴内移动的速率约为10 m/s,粒度<65 μm后进行干燥,然后通过浓相气流输主要靠高速的氧气带动粉煤形成旋流参与反应，人系统送至烧嘴,在反应室内与工业氧气和水蒸因此磨蚀不严重，喷嘴寿命可达5年以上,仅需每气在高温、高压条件下反应,产生合成气。根据煤炭的组分和灰熔特性,通过氧煤比调年检修头部向火面。检修更换烧嘴仅需8 h。节气化温度(控制炉内化学反应的剧烈程度),一(4)由于气化温度高,碳转化率可达99%。般控制在1 400~1 700 C。反应室内壁为水冷(5)合成气中有效成分(CO + H2)体积分数壁,在水冷壁传热面形成固定渣层,进行炉璧冷却高达90% ~93%。并防止流动渣对炉壁的冲刷。(6)冷煤气效率高达80% ~ 83%。生成的合成气及液态灰渣离开反应室向下流(7)适应的煤种广泛,褐煤、烟煤、次烟煤、无动,在激冷室中被水冷却,液态灰渣被水浴固化成烟煤石油焦都能适用。颗粒状。灰渣经锁斗系统排出,然后从排放水中(8)生产1 000 m'有效气(CO + H2)煤耗为分离并通过捞渣机运出。合成气被蒸汽饱和,离550 ~ 600 kg,氧耗为290 ~360 m2'( 标态)。开气化炉的温度约为210 C。气化炉外壳的表面(9)氧耗比水煤浆法低15%~20%,因此可温度低于100 C。.中国煤化工，原料气化和达到气体平衡所需的热量由原料作,生产负荷可调碳氧化成CO2和CO所提供。气化温度的选择是节幅，.THCN MH&大装置能力。7第38卷第3期化肥工业2011年6月过滤元件国内目前尚不能制造,每年需更换1次,5可操作性分析费用为500万元。事实证明,各种气化技术在低负荷(60% ~(4)废锅流程的气化炉、合成气冷却器(对流80%)、频繁停车的情况下,碳转化率、冷煤气效式废热锅炉)、输气导管的内件、烧嘴、粉煤阀、渣率、有效气含量、比煤耗及比氧耗都难以达到设计阀、灰阀、陶瓷过滤器内件等国内尚不能制造,需要求,甚至偏差很多。因此，提高装置的可操作耗费大量外汇;气化炉、合成气冷却器、输气导管、性,达到装置长周期高负荷运行是增效降耗的唯陶瓷过滤器、高压氮气缓冲罐等属大型超重设备,一途径。其运输和吊装比较困难。由于CCG气化工艺采(1)备煤系统能否正常运行是影响气化负荷用激冷流程,设备结构简单,外形尺寸小,装置投的一个重要因素。科林粉煤制备系统改变了其它资少;对于投煤量相同的气化炉,激冷流程气化框粉煤低压输送采用落差和螺旋输送机的方式,全架高度只有废锅流程的- -半,质量只有其20%左部采用低压气力输送,避免了由于动设备故障导右;气化岛投资只有其50% ~60%。CCG气化技致粉煤供应不足而造成气化装置降负荷运行,甚术的煤种适应性更宽,煤、水、电耗量少,连续运行至停车。时间长。总体而言,CCG气化技术效率和消耗与、(2)采用多喷嘴同向顶置 下喷设置,避免了干粉煤废锅技术基本相当,而投资大大低于干粉烧嘴间的磨蚀,大大延长了烧嘴寿命,不会出现烧煤废锅技术。.嘴罩泄漏的现象。(5)喷嘴顶置下喷的方案可以使高温粗煤气(3)采用激冷流程,避免了由于废热锅炉换及灰渣流向相同,以确保燃烧室排渣顺畅。热管积灰导致换热器出口温度高而影响高负荷生6气化工艺对比产的问题,同时也避免了由于高温高压过滤器滤棒断裂导致的停车事故。高温高压陶瓷过滤器的几种主要的气化工艺对比见表1。表1几种主要 气化工艺对比项目干粉煤废锅气化技术水煤浆加压气化技术科林CCC气化技术原料的适应性适应各种煤适应成浆性好、灰熔点低的各种煤适应各种煤、油、气1 000 m(标态)有效气煤耗/t-0.69~0. 72~0.691 000 m'(标态)有效气氧耗/m3~ 330~ 389~330气化温度/C1 400-1 7001 300~1 5001 400~1 700气化压力/MPa≤4.00≤8.54最大单炉处理煤能力/(t●d-1) 3 0001 500气化炉配置单炉需有备用炉单炉或多炉单炉烧嘴配置多组对置单个顶置或多个对置多个顶置气化炉结构水冷壁耐火衬里气化炉直径/mmφ4500中2 794(φ3175)φ2900热回收废锅、水冷壁废锅或激冷激冷煤气除尘冷煤气激冷,过滤,洗涤洗涤洗誨主要易损件高温过滤器,绕嘴耐火衬里烧嘴烧嘴输煤方式气体压送水煤浆泵送单炉连续运行周期/月~123-4磨煤方法干磨同时干燥显磨气体与炉渣流向逆流顺流国产化水平关键设备引进国产化率高国外用于联合循环发电，国内中国煤化工外成功用于联合循环工业应用业绩用于台成氨和甲醇生产合成C N MH G和甲醇等投资比较/%150 ~ 17090-1101008第38卷第3期化肥工业2011年6月用,可靠性高,在技术开发、工程设计、设备制造、7结语工程建设、生产管理和操作运行等方面积累了丰通过干粉煤废锅气化技术、水煤浆加压气化富的经验,设备国产率高,国内的技术支持性更技术及科林CCG气化技术比较可看出,这3种气好,装置的建设投资较低。但其耐火砖和烧嘴连流床气化工艺都是先进的煤气化技术。续使用寿命短,气化炉难以长周期连续运行,煤种干粉煤废锅气化技术气化效率较高,煤种适的适应性相对较差。应性强。但其工艺流程长,设备结构复杂,国产化科林CCG气化技术设备结构简单,煤种的适率低,设备运输和安装难度大,建设周期长,一次应性更宽,煤、水和电耗量少,连续运行时间长。投资大,干法过滤器使用寿命短;进人中国市场的科林CCG气化技术的效率和消耗与干粉煤废锅气时间较短,生产装置开车还不太顺利。化技术基本相当,更适合于化工生产,而投资却大水煤浆加压气化技术的开发和进人中国的时大低于干粉煤废锅气化技术。间较早,在国内外的合成气生产中得到了广泛应(收到修改稿日期2010405-05)(上接第5页)油化工、精细化工和功能材料业的紧密结合,实现用系统,形成低投入、低消耗、低排放和高效率的资源综合利用、产品结构和产业结构合理,真正将增长方式。实现“资源-产品-消费-废弃物再化工产业做大做强、做精。资源化"全周期清洁闭环的流动模式,构建绿色3.4强化磷化工行业的科技 创新磷化工产业链。科技创新是创造和应用新知识、新工艺新技目前,我国磷化工行业中废弃物再资源化还术,包括自然科学知识的新发现和工艺技术的创是一个重大的课题。例如在黄磷生产中,1 t黄磷新,可以分为知识创新、技术创新和管理创新3种可副产2 800 ~3 000 m'尾气,经净化提纯后,Co类型。创新是以新思维新发明和新描述为特征体积分数可达95%左右,是生产甲醇、甲醛、甲的概念化过程,是一个行业兴旺发达的力量源泉。酸、甲酸钠等重要化工产品的基本原料。尽管我国已经是磷化工生产大国,但是磷化在湿法磷酸生产中,我国年副产磷石膏超过工行业的总体技术水平与国际先进水平和国内实50 000 kt,但其利用率还不到10%。磷石膏的堆际需要相比仍有很大差距,面对国外大型磷化工放不仅占用大量土地,而且还会造成对环境的污企业的技术优势及其在国内外磷化工市场的竞染,其综合利用已成为制约磷复肥行业可持续发争,国内磷化工企业将面临严峻的挑战。因此,强展的关键因素之一。目前,国内磷石膏主要用于化磷化工行业的技术创新,加快磷化工高新技术生产建筑材料、造纸填充剂、石膏粉体材料和肥料和产品的研究开发,对于促进资源合理充分利用等,其中磷石膏制硫酸联产水泥工艺可形成绿色和降低能耗、提高磷化工行业的国际竞争力,均具生态产业链,体现出原子型经济效应的循环经济有重要意义。路线,在国内已有初步发展,但由于投资和能耗等参考文献问题,尚受到制约,有待进-步配套、完善和推广。[1] 中国化工节能技术协会.化工节能手册[ M].北京:化学工业出版社,2006.同时,根据中国磷矿应用的具体情况,开发适合中[2] 冯元琦.化肥企业产品能平衡[ M].北京:化学工业出版杜，国国情的磷石膏净化和利用路线,尤其是含杂质1989.较高的中、低品位磷矿副产磷石膏的利用,从而改[3]中国化 I企业管理协会.中国肥料实用手册[ M].北京:中国闽际广播音像出版社,2006.变国内的磷石膏利用现状，促进行业的节能降耗[4] 高水峰.关于做强我国磷化I产业的建议[J].化学工业，和循环经济发展。2009 ,(8):19-24.对于大型磷化工企业,应在维持原有产品生[5]中国 煤化工与展望[J].磷肥与复产的同时,加强与相关产业的交叉耦合和横向多元化拓展延伸,促进磷化工与盐化工、煤化工、石MYHCNMHG期204-1)