Shell粉煤气化技术应用综述

2010年2月Feb.2010第33卷第1期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.33 No.1Shell粉煤气化技术应用综述李亚东(鶴壁煤电股份有限公司气化厂,河南鶴壁,458000)0摘要简要介绍Shell粉煤气化技术特点和发展历程,对Shell粉煤气化技术工业应用中所出现的问题进行系统说明和分析,提出在工业应用中应注意的问题及措施建议。关键词Shell 粉煤气化工程技术1煤气化技术概况4.1 MPa条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在煤气化技术从炼焦炉、煤气发生炉和水煤气加压条件下并流进入气化炉内,在极为短暂的时炉(以块煤或小粒煤为原料)起步,经过几十年发间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等展,在20世纪70年代发展到第II代洁净煤气化- 系列物理和化学过程。由于气化炉内温度很技术,煤炭经洁净气化避免了直接燃烧产生的污高，在有氧存在的条件下,碳、挥发分及部分反应染。洁净煤气化技术主要采用气流床反应器,以产物(H2、CO等)以发生燃烧反应为主;在氧气消水煤浆或干煤粉为原料,进行加压气化,并实现了耗殆尽之后发生碳的各种转化反应,即过程进入大型化,具有对煤种适应性广、气化压力高、气化到气化反应阶段,最终形成以CO、H2为主要成分效率高单系列生产能力大、污染少等优点。代表的煤气离开气化炉。典型的SCGP ( Shell Coal性的第II代洁净煤气化技术包括GE水煤浆气化Gasification Process)煤气成分见表1。工艺、Shell干煤粉气化工艺、西门子GSP干煤粉表1典型的 SCGP煤气成分气化工艺、BGL煤气化工艺(属固定床工艺,采用组分20 H_ CO2 CH4 N+Ar H2S+COS小粒煤)。体积含量(干基),% 67.1023.84 3.84微量5.22 1700m/m2.1工艺流程2 Shell 粉煤气化技术简介目前,Shell粉煤气化装置从示范装置到大型.Shell粉煤气化过程是在高温1600%、压力工业化装置均采用废锅流程,其工艺流程见图1。石灰石_循环气去激冷 .循环气压缩机原料煤-一过热高压/ 中压蒸汽深粉制备化- -中压燕汽 中一高压中压燕汽二氧化碳气{煤加压及输送化合威气冷却器高压氧气一因一粗合成气粗渣晶打步木处理飞灰排污水图1 Shell 粉煤气化工艺流程原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机,在磨中国煤化工202020煤机内将原料煤磨成90%粒径符合5~ 90μm的工程师，河南夏邑人，合格煤粉并干燥,煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓1996:fYHCN M H G化专业,长期从事壳牌煤气化技术、生产管理工作。联系电话: 0392-2929122; E mail:及给料仓,由高压氮气/二氧化碳气将煤粉送至气liyadong3555@ 163. com。第1期李亚东.Shell粉煤气化技术应用综述47化炉煤烧嘴。来自空分的高压氧气经预热后与甲烷含量极少,不含重烃,C0+ H2达到90%。300C中压过热蒸汽混合后导入煤烧嘴。煤粉、氧5)气化氧耗低。与水煤浆气化工艺相比,氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化耗低15%~25%,可降低配套空分装置投资和运及各种转化反应,气化炉顶部约16009C 的高温煤行费用。气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900C左右进人6)热效率高。煤气化的冷煤气热效率达到合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量后的煤80% ~ 83% ,其余约15%副产高压或中压蒸汽,总气进入干式除尘及湿法洗涤系统,处理后的煤气热效率高达98% ,不过国内有几家Shell用户由于尘含量小于1 mg/m3送后续工序。合成冷却器积灰结垢或控制调节等原因，导致蒸湿洗系统排出的废水大部分经冷却后循环使汽过热器出口温度达不到设计值。用,小部分废水经闪蒸、沉降及气提处理后送污水7)运转周期长。气化炉采用水冷壁结构,牢处理装置进一步处理。闪蒸气及气提气可作燃料固可靠,无耐火砖衬里。正常使用维护量小，运行或送火炬燃烧后放空。周期长,无需设置备用炉。煤烧嘴设计寿命为在气化炉内气化产生的高温熔渣,自流入气8000h,烧嘴的使用寿命长,也是气化装置能长期化炉下部的渣池进行激冷,高温熔渣经激冷后形运行的一一个重要保证。另外配套设备质量及操作成1 mm大小的玻璃体,可作建筑材料或用于路基。水平是决定运行周期长短至关重要的因素。2.2 Shell 粉煤气化技术的主要特点8)负荷调节方便。每台气化炉设有4~6个Shell粉煤气化工艺于1972年开始进行基础烧嘴,不仅有利于粉煤的气化,同时对生产负荷调研究, 1978年投煤量150v/d的中试装置在德国汉节更为灵活,范围也更宽，负荷调节范围为40%堡建成并投入运行, 1987年投煤量250 ~ 400v/d~ 100% ,每分钟可调节5%。的工业示范装置在美国休士顿投产。在取得大量9)环境效益好。系统排出的炉渣和飞灰含实验数据的基础上,日处理煤量为2000t的单系碳低,可作为水泥添加剂或其他建筑材料,堆放时列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电也无污染物渗出。气化污水量小且不含焦油、酚厂建成,煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，等,容易处理,需要时可实现零排放。经过3年多示范运行于1998年正式交付用户使用。生产操作表明煤气化工艺指标达到设计目3 Shell 粉煤气化技术应用的特殊性标,运行稳定。Shell粉煤气化技术是目前世界上最先进的综合多家已投产装置的运行情况, Shell粉煤煤气化技术之一,湖北双环科技股份有限公司油气化工艺体现出如下特点:改煤工程是世界上第- -套将Shell 粉煤气化技术1)煤种适应性广。对煤种适应性强,从褐用于生产合成气,该装置设计能力为满足年产煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用,也可20kt合成氨的原料气需要,也是Shell 粉煤气化技将两种煤掺混运行,对煤的灰熔点、灰分、硫含量术第一次在中国使用。可借鉴的经验少,具有非等煤种适应范围比其他气化工艺相对宽,但是如常的复杂性和挑战性。果使用煤偏离设计煤种较大,装置运行的经济性湖北双环油改煤工程煤气化装置技术引进合就会降低,操作难度也会相应提高。同于2001年6月生效,与2003年3月正式动工建2)单系列生产能力大。目前已投人生产运设,2005年12月完成机械竣工,2006年5月17日行的煤气化装置单台气化炉投煤量达2000t/d以煤气化装置- -次投料开车成功。上，单台气化炉投煤量达2800t/d的煤气化装置3.1 流程复杂也正在建设中。综合比较来看,投煤量达1000t/d煤气化装置流程复杂，包括磨煤及干燥、煤的炉型操作弹性更大,运行率比2000v/d 的炉型粉加压及进料、煤气化、除渣、除灰、湿洗、初步水更高。处理中国煤化工义表流程图(PID)3)碳转化率高。气化温度高,一般在1400~就有CNMHG1600C，碳转化率高达99%以上。3.2控制 系统复乐4)产品气体质量好。产品气体洁净,煤气中煤气化装置的控制系统比较复杂, I/0点多482010年第 33卷达3000多个,采用串级、前馈、分程、比值调节及塞,捞渣机断链,飞灰过滤器内件损坏,气化炉激顺序控制(15个)和逻辑控制(50多个),通过分散冷区损坏,气化炉水冷壁进水喷嘴被异物堵塞,磨型控制系统(DCS)、紧急停车系统(ESD)、可编程煤系统的气密性不好,部分蒸汽伴管/电伴热设备逻辑控制(PLC)实现生产过程的集中监控和管和管道保温效果不佳,柴油系统不洁净、油系统理,其规模和复杂程度在国内化工行业单套装置压力不够和不稳定，煤粉循环管线上的减压管后中少见。异径管易磨穿。3.3设 备结构复杂4.2应注意的问题及措施建议气化炉输气管、合成气冷却器在煤气化框架根据对Shell 粉煤气化技术的了解及对已投中呈“门字形”连成一体,3台设备共有200多个人运行的气化装 置产生问题的原因分析,对目前管口,设备结构和受力情况复杂,对材料要求高,已投产Shell粉煤气化项目的运行以及后续项目内件组装对外壳接管标高及方位要求极为严格，的建设、应注意解决好以下问题。设计、制造、组装、运输和吊装难度大。1)保持煤粉有良好的流动性和输送的稳定3.4疲劳设备多性,否则会导致搭桥和充气锥堵塞,还会造成进气煤气化装置共有13台疲劳设备,要采用有化炉0/C难以控制,继而造成- .系列后果。应注限元应力分析法进行疲劳计算与设计,对设备制意:①控制干煤粉水份在1% ~ 2%;②保证煤粉造也提出了更高的要求。在充氮的容器中贮存时间不要过长(应小于3.5 需引进的设备和仪表较多10d) ;③干煤粉系统进行良好的保温，保证煤粉温煤气化关键设备为气化炉、输气管、合成气冷度大于80C ;④控制磨后煤粉粒度,保证粒度小却器的内件，:飞灰过滤器的内件,以及点火烧嘴、于5μm煤粉量所占比例小于10%;⑤增加纤维开工烧嘴、煤烧嘴、煤流量控制阀、煤三通阀、煤粉筛,防止煤粉中有杂物进人(还可防止煤粉控制阀流量测量仪表、煤粉阀、煤灰渣阀、硬密封仪表球堵塞);⑥控制均衡加压,防止煤粉锁斗煤粉压实阀、锅炉给水循环泵、恒力吊、激冷气压缩机等设而排料不畅;⑦控制对煤粉给料仓缓慢加压,保证备需要进口,但目前正在建设的项目部分设备已煤粉给料仓充气锥的充气量，防止煤粉给料仓煤经国产化。粉压实;⑧注意煤粉质量流量计的安装和初始校3.6布置结构复 杂验。煤气化框架高90余米,为钢筋混凝土和钢结2)防止充气设备损坏。控制锥部压差,防止构混合结构,其中安装设备数量多，重量大,与框压差过高;对煤粉锁斗,控制进人充气锥的气量,架的连接形式复杂,需采用有限元模型从结构的或改变其结构,用多孔板结构取代烧结金属结构。动力特性、变形、强度建筑结构与气化炉及地震3)点火烧嘴.开车烧嘴。①注意点火烧嘴和对其影响等进行模拟分析。结构施工和安装工作开工烧嘴的安装,防止烧嘴的机械性损伤或使气量较大。化炉水冷壁损坏;②保持点火烧嘴和开工烧嘴通3.7 项目建设周期和投资道的清洁,防止烧嘴头损坏或通道堵塞;③氧气总相对来讲,Shell粉煤气化项目的建设周期较管应设置气体缓冲罐,避免当第一个煤烧嘴投运其他煤气化工艺长,投资也较高。后开工烧嘴跳车;④注意检查厂商的控制系统与装置控制系统的一-致性。4 Shell 粉煤气化技术应用中需注意的问题4)煤粉循环管线上的减压管后异径管易磨4.1在运行过程中 出现的问题穿,改为特殊结构异径管。中国第一批Shell粉煤气化装置已先后投产,5)锅炉给水及循环系统。①对锅炉给水循各套装置在试车和运行过程中都或多或少出现了环泵人口过滤 器，要保证有效过滤面积、滤网孔一些问题，主要有:充气锥堵塞和破裂,点火烧嘴径和中国煤化工;②保证锅炉给头损坏，煤烧嘴罩损坏,激冷气压缩机故障,锅炉水的水飞管损坏和锅炉给水循环泵人口过滤器变型和破损,煤粉中杂质给水循MYHCNMHG不循环泵供电的等因素引起煤粉流量波动,渣水系统设备、管道堵可靠性,避免突然停电易造成气化炉底部水冷壁第1期李亚东. Shell粉煤气化技术应用综述19热量无法及时移出而使水冷壁管烧坏;④在该系10)防渣及渣水系统堵塞。①为防止大渣的统的设备制造、管道安装、单体试车期间注意保持生成,避免除渣系统堵塞,在更换煤种时应测量灰系统的洁净性,以防止LAMONT孔板嘴堵塞,继的组成,通过黏度-温度试验确定需加人的石灰而使水冷壁管损坏。石量;②注意除渣系统渣池水的黏度和密度变化，6)煤烧嘴。为防止煤烧嘴冷却套和膨胀节适当加大循环水排放量,防止渣浆浓度高而使管损坏,在装配时应保证在烧嘴單上双面焊,用耐火道堵塞。材料填充膨胀节。煤烧嘴冷却水人口和出口增加11)设备和管道伴热。注意煤粉系统激冷温度测量，便于对煤烧嘴的实时监控。气压缩系统、飞灰系统设备和管道的良好伴热。7)防止煤烧嘴罩损坏。注意煤烧嘴伸人气12)飞灰过滤器陶瓷管。为防止飞灰过滤器化炉内的长度;适当加大烧嘴單冷却水流量;保持陶瓷管损坏,应加固文丘里和管板之间的联接,并煤粉输送系统的稳定;保持煤的品质稳定,若换煤在文丘里和反吹管口间安装联接件。种,必须及时调整各相关工艺控制参数;关注气化13) CO2加压和输送。对于生产甲醇的气化调温蒸汽的加入;适当降低氧煤比;通过助熔剂用项目,由于用CO2取代N2作为煤粉加压和输送的量对渣的黏度进行修正。介质,可借鉴的经验很少,应关注由此可能引起的8)气化炉温度控制。气化炉温度控制应基一系列问题。于气化炉所产生的蒸汽量(响应时间只几秒钟)，而出口CO2含量只作为备用控制(响应时间需55结语~ 10min) ,注意保证气化炉所产生的蒸汽流量测Shell 粉煤气化技术具有原料利用率高、消耗量的准确性和稳定性,应采取相关措施。低、节约资源、环境友好等显著优点,目前国内在9)防气化炉激冷区损坏。当激冷气压缩机项目设计、采购、施工、试车、生产运行过程中积累跳车或激冷气量不足时,要保证有充足的超高压了--定的经验,但是,要创造良好的效益,使装置氮气吹扫气化炉激冷区(联锁控制),防止激冷区安、稳、长、满、优运行,需要相关各方不断努力探烧坏。索优化。APPLICATION OVERVIEW OF SHELL TECHNOLOGY OFPULVERIZED COAL GASIFICATIONLi Yadong( Gasification Plant, Hebi Coal and Electricity Co. Ltd., Hebi ,458000)Abstract A brief introduction to the features and development history of Shell technology ofpulverized coal gasification was given, a systematie description and analysis of problems occurred inthe engineering application of the technology also made and the issues to be noted in the engineeringapplication put forward and the measures to be taken for resolutions suggested.Key words: Shell, pulverized coal gasification, engineering, technology全球肥料需求2010年有望复苏国际肥料工业协会(IFA)秘书长LucMaene于209年12月中旬,在印度海得拉巴举行的印度肥料协会(FAI)年度大会上表示,受主要农作物产品价格上扬的刺激，全球肥料需求有望在2010年开始复苏，Maene称,2010- -2011 年全球肥料的需求量将增长4.9% ,所有地中国煤化工:第四季度的大部分时间里,全球农产品价格开始出现恢复性上涨,这是预期全球肥料需HCN M H G而,IFA的预测有着高度的不确定性,全球肥料需求变化还取决于经济复苏程度和农作物价格未来走势。上海擎督金秋能源石化工作室钱伯章