碎煤熔渣气化技术在我国的最新应用

煤炭加工与综合利用14COAL PROCESSING COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.6,2014碎煤熔渣气化技术在我国的最新应用林凯(中国华能集团公司,北京100098)摘要:阐述了碎煤熔渣气化炉的发展情况、技术特点,与鲁奇炉相比较的优缺点,介绍了碎煤熔渣炉在我国目前的最新工业应用情况。关键词:煤气化;碎煤熔渣炉;BGL炉;云煤炉;工业化应用;技术经济对比中图分类号:TQ546文献标识码:A文章编号:1005-8397(2014)06-001404碎煤熔渣气化技术属于国外引进技术。该技碎煤熔渣气化技术简介术是在鲁奇炉气化技术基础上改进发展而来的也属于固定床气化技术。因其具有气化强度高碎煤熔渣气化技术是由当时的英国燃气公司单炉能力大、蒸汽耗量少、废水量少等诸多显著在德国鲁奇公司协助下开发出来的新型煤气化技优点,近年来在我国得到了密切关注,并实现了术,简称BGL( British gas- Lurgi英国燃气-鲁奇)。工业化应用自20世纪七八十年代至90年代初,经过对大量的烟煤、焦炭和部分褐煤在工业化规模试验炉的试烧和运行可靠性验证,BGL技术完成了收稿日期:20140529大规模中试和工业化示范,20世纪90年代中后作者简介:林凯(1966-),男,灌南阳人,1988年毕业于期,在德国东部黑水泵煤气化厂建设了一台内径哈尔滨工业大学电子仪器及测量专业,工学学士,中国华能集团公3.6m的BGL炉,气化由褐煤制成的型煤生产合司煤化工管理办公室生产技术处处长,高级工程师成气,用于发电和制甲醇。该气化炉自2000年投障我国能源安全的重要性。不是问题,煤气化可以联产煤焦油、粗酚、生成氨、煤制天然气可以高效、清洁地利用我国较为硫磺、硫酸铵、液氮等产品。由此可见,煤制天丰富的煤炭资源,尤其是劣质煤炭,生产国内能然气是一举数得的有效措施。源短缺的天然气,然后并入现有的天然气长输管退一步说,如果煤制天然气产能过剩,价格网;再利用已有的天然气管道和NGCC电厂,在接轨问题长期得不到解决,煤制天然气生产厂商冬天供暖期间,将生产的煤制天然气供给工业和还可以考虑联产LNG扩大市场应用,可以考虑氢作为燃料用于供暖;在夏天用电高峰时,部分煤气体积分数32.0%,甲烷体积分数67.0%的气质制天然气用于发电;在非高峰时期,可以转变为指标外售,把煤制天然气在节能减排降低环境污LNG以作战略储备;从而省去了新建燃煤电厂或染方面的优势以及经济性的优势发挥出来。改建KGCC电厂的投资和建立铁路等基础设施的有了煤制天然气,可以打破国外石油天然费用,并保证了天然气供应的渠道和实现CO2的气的价格垄断。所以,煤制天然气必将成为未来减排。劣质煤炭中国煤化工利用的发展方煤制天然气的安全生产与稳定运行输送已经向,发展什HCNMHG2014年第6期林凯:碎煤熔渣气化技术在我国的最新应用产至2007年拆迁,共运行了7a(5)碎煤熔渣炉增设了渣激冷室,通过连接2004年该技术开始引入我国,由云南煤化工短节与炉底相连。连接短节内设有环形烧嘴,通集团下属的云南解化集团(以下简称云解化)通过燃烧燃气形成高温气体,托住渣池,并提供渣过与英国燃气公司合作,对原解放军化肥厂的池热量,以搅动渣池,吹通下渣口,降低渣中残炭台鲁奇炉进行了成功改造,内径2.3m。这就是(6)碎煤熔渣炉采用常温渣锁代替鲁奇炉高YM(云煤)炉最初的试验装置〔内径2.8m)。温灰锁,渣锁被常温水充满,温度低,渣的沉降2008年9月,第一代YM炉(内径3.6m、压力速度小,因此不容易对锥阀造成损坏,提高了运3MPa、日投煤量900t)进入工业化开发试验,行可靠性。现已应用在云解化开远煤化工项目上。2010年云解化又完成了第二代YM炉(内径3.6m、压力进料4MPa、日投煤量1200t)的开发,目前已应用在先锋煤化工项目上。煤锁气体出口2010年6月,英国燃气公司将BGL气化技术冷却洗涤器全部转让给了德国泽玛克公司。因此,BGL炉和粗煤气YM炉均属于碎煤熔渣气化炉,但二者在内部结构上存在一些差别炉篦(转动式)1.1技术特点蒸汽/氧气碎煤熔渣炉与鲁奇炉同属碎煤加压气化炉灰锁见图1和图2)。与鲁奇炉相比,碎煤熔渣炉最显著的特点是将排渣方式由固态改为了液态。它结合了气流床熔渣气化技术高气化率和高气化强度图1萨索尔一鲁奇固定床干法排灰气化炉构造的优势,以及鲁奇炉固定床气化技术氧耗低和炉体结构廉价的优势,克服了气流床熔渣气化技术高能耗和鲁奇炉固定床气化技术废水处理量大的进料弱点,具有建设投资少、周期短、生产率高、运行和维护成本低等综合优势。气体出口破渣装置(仅用于黏结性煤)1.2与鲁奇炉气化技术的区别冷却洗涤器1结构(1)目前国内应用较多的国产化鲁奇炉只设蒸汽/氧气置单煤锁,而碎煤熔渣炉设置了双煤锁,提高了熔渣激冷煤锁运行可靠性。渣锁(2)鲁奇炉内壁无耐火衬里,而碎煤熔渣炉内壁设置有耐火材料,既保护了水夹套,又减少了热损失。图2BGL气化炉构造3)鲁奇炉底部设有转动的炉篦,喷嘴从炉1.2.2主要优点篦中心向周围斜向上喷入氧气和蒸汽;而碎煤熔(1)碎煤熔渣炉采用液态排渣,其气化剂的汽渣炉采用液态排渣方式,所以炉底无炉篦,喷嘴氧比远低于固态排渣。所以,气化层的反应温度高从六个方向斜向下喷入氧气和蒸汽(炉内燃烧区局部高温可达2000~2500℃),较鲁(4)鲁奇炉底部有灰床,灰的停留时间短,奇炉大幅效和气化强度,冷煤气效灰中残炭高;而碎煤熔渣炉底部设有渣池,渣的率可达90中国煤化99.5%,有效停留时间长,渣中残炭低。气(COCNMH煤和优质烟煤煤炭加工与综合利用2014年第6期有效气可达88%~90%,褐煤有效气大于80%)杂,操作复杂,控制系统也复杂。(2)鲁奇炉采用固态排灰方式,因此炉内燃2碎煤熔渣技术目前在我国的应用情况烧区需要喷大量蒸汽来降温,以防止灰融化。而碎煤熔渣炉采用液态排渣,无需喷蒸汽降温,大2.1BGL炉大减少了蒸汽消耗量。据初步估算,其水蒸汽消目前,BGL在我国投运的共有10台气化炉,耗量减少到鲁奇炉消耗量的15%~20%,且蒸汽分布在金新化工和中煤图克两个煤化工项目,其分解率超过90%。中金新化工3台,中煤图克7台。(3)随着水蒸汽消耗量的大幅减少,碎煤2.1.1金新化工煤化工项目熔渣炉相应的废水处理量较鲁奇炉减少了约2/3,金新化工煤化工项目由云南云天化股份有限大大降低后续废水处理装置的规模。同时,废水公司和香港金新集团共同投资建设,地处内蒙呼中有机物含量的浓度有所提高,有利于在较低生伦贝尔市陈巴尔虎旗工业园区。项目一期工程建产成本下萃取分离,获得高价值的副产粗酚,使设规模为合成氨50万ta、合成尿素80万ta废水处理具有较好的经济效益。期工程设置了3台BGL炉(2开1备),内(4)随着废水处理量的大幅减少,相应的生径3.6m,压力4MPa,投煤量约为1200td,设化处理、热电和热力锅炉等的规模都会相应减少计采用褐煤型煤为气化原料。可降低整个煤化工项目的投资。BGL气化装置从2011年9月开始正式试车。(5)渣中含炭率大幅降低(碎煤熔渣炉约为金新化工BGL气化装置许可合同是泽玛克收购0.5%,鲁奇炉约为6%),且熔渣气化产生的玻璃BGL气化技术之前由英国燃气公司直接技术许可状炉渣没有渗滤性,对环境和人类影响极其轻微,的,属于英国燃气公司的合同义务。因甲乙双方可以作为水泥填料、制砖材料或筑路材料沟通不畅,导致气化炉试车初期效果不理想,试(6)相比鲁奇炉,碎煤熔渣炉对气化原料的车时间一年多,3台炉共开了二十多炉次,单炉选择范围更宽,可气化石油焦、无烟煤、次烟煤、最长连续运行时间只有23d烟煤、褐煤等,以及这些煤种的混合投料,在烧为解决试车困境,泽玛克公司组织专家开车灰熔点低的煤种时经济性更好。队于2013年3月正式介入现场,开始和金新化工2.3主要缺点联合开车。截止到2014年4月底,1号炉最长连(1)与鲁奇炉相比,碎煤熔渣炉的粗合成气续运行时间为53d,负荷率为92%;2号炉连续成分中,H12减少了约30%~50%。CO增加了约3倍,运行时间为90d,负荷率为85%;3号炉连续运CH减少了约30%~50%。为此,对于煤制甲醇、行时间为74d,负荷率为82%。经停炉检查,3烯烃和煤制天然气等项目来说,采用碎煤熔渣气台炉均未发现水夹套、耐火砖和喷嘴等内件有严化技术,其后续变换和净化工艺的规模较采用鲁重损坏现象。奇炉有所增加。目前气化炉达不到满负荷运行的原因主要有(2)因碎煤熔渣炉的气化温度高,因此其耗两个,一是实际煤质较设计煤质有大幅度偏差氧量较鲁奇炉高5%左右。二是后续的酚氨回收系统处理能力不能满足褐煤(3)停炉检修时间稍长。目前国内熔渣气化块煤气化高负荷运行的要求。炉从停炉降温、挖炉、烘炉到再次开车运行约需2.1.2中煤图克煤化工项目要15d,但因为有备用炉,因此可以满足全装置中煤图克煤化工项目位于内蒙鄂尔多斯乌审旗满负荷生产需要图克工业园,由中煤集团投资建设,设计规模为合(4)鲁奇炉在国内已有几十年的工业化业绩,成氨200万ta、尿素350万ta,同时年产8亿m3天技术成熟。而碎煤熔渣炉近几年才引进到国内,然气工业化业绩少项目H中国煤化工成氨100万ta、(5)相比鲁奇炉,碎煤熔渣炉的工艺设置复尿素175CNMHG工建设,20132014年第6期林凯:碎煤熔渣气化技术在我国的最新应用年底开始试车,2014年1月底正式打通流程区约80km,设计规模为甲醇50万ta、煤制油20项目一期设置了7台BGL炉,内径3.6m,万ta(甲醇制汽油MTG),副产煤焦油、酚类产压力4MPa,投煤量为1000tl,5开2备。气化品和LNG等。炉于2013年底开始点火试车。截止到2014年4月项目共设置了8台气化炉,5开3备,单炉底,除了1、2号炉未交工外,3、4、5、6、7号投煤量1200tld,采用当地优质褐煤为气化原料炉均已投料试车。单炉连续运行最长的是5号炉于2013年10月底开车。连续运行了60d,负荷率为85.6%;6号炉连续截止到2014年4月,气化炉单炉连续运行时运行了45d,负荷率为72.6%。5、6号炉的停车间达到了100d,平均负荷率为80%左右,影响原因是因为全厂事故断电所致,否则其连续运行气化炉满负荷的主要原因也是两个:一是煤质较时间应该还会更长。差(发热量偏低);二是后续流程还存在一些问题。影响气化炉满负荷的主要因素有两个,一是开车煤质较设计煤质差;二是第二套净化和氨合3碎煤熔渣炉设备制造成系统还没有完工,因此目前不需要开更多的气对于BGL炉来说,除了其专利设备(喷嘴、化炉或提高负荷运行。炉底渣池、下渣口、排渣烧嘴和点火枪)外,气2.2YM炉化系统的其它设备均实现了国产化,炉本体分别YM炉目前在我国投运的有13台,其中开远由太重集团(太原)和金重集团(大连)制造,煤化工项目5台,先锋煤化工项目8台。炉体制造周期为12~14个月。2.2.1云解化开远煤化工项目与BGL炉相比,YM炉所有设备都实现了国云解化开远煤化工项目由云解化清洁能源开产化,气化炉本体由云南煤化工集团下属的大型发公司投资建设,地处云南省开远市,距昆明市机械厂制造。区约220km,属开远解化化工分公司(原驻昆解放军化肥厂)扩建工程,设计规模为年产20万t结语甲醇/15万t二甲醚综上所述,碎煤熔渣气化技术与传统的鲁奇项目于2007年开工建设,2009年10月开车炉气化技术相比先进很多,尤其在废水处理和节最初设置了3台第一代YM炉,采用当地褐煤为省投资方面优势明显。尽管其目前在我国的工业气化原料,后因生产需要,又增加了2台气化炉,化应用业绩还不十分理想,尤其在长周期、满负合计共5台炉,3开2备,单炉投煤量约900td,荷稳定运行方面还需时间验证,但从发展的眼光于2012年全部投产。看,通过运行经验的不断积累和设计上的不断完自2009年试车以来至今,气化炉单炉的连善和优化,该技术必将取代鲁奇炉气化技术,从续运行时间最长达114d。2012年运行效果最好,而得到更广泛的应用。但2013年至今气化炉运行不是很稳定。主要原因是原煤热稳定性差(只有40%),灰熔点也时常参考文献变化,导致气化炉运行很不稳定,连续运行70d[1].徐耀武徐振刚煤化工手册—中煤煤化工技术与工程M左右就需停炉检查。北京:化学工业出版社,20132.2.2云解化先锋煤化工项目[2]唐宏青.新型煤化工技术前沿[M].北京:中国财政经济出云解化先锋煤化工项目全称为先锋褐煤洁版社,2014净化利用试验示范项目,由云解化清洁能源开发[3]汪家铭.BGL碎煤熔渣气化技术及其工业应用[J].化学工业公司和云南省工业投资控股集团公司共同投资建[4]苏炼,刘志盛BGL气化炉下渣口挂渣堵塞问题分析[J]设,地处云南昆明寻甸县金所工业园,距昆明市中氮中国煤化工CNMHG