舞钢煤气化工艺选择

第13卷第4期宽厚板Vol. 13. No. 424.2007 年8月WIDE AND HEAVY PLATEAugust 200====舞钢煤气化工艺选择张学岭朱月礼翁国杰马龙(舞阳钢铁有限责任公司)摘要本文根据考察与技术交流情况,围绕舞钢公司气化工艺进行分析选择,找出适合我们现状的、经济的气化方式，从而改变能源结构。关键词加压气化 间歇气化 富氧连续气化 工 艺选择Selection of Coal Gasification Process at WugangZhang Xueling ,Zhu Yueli , Weng Guojie and Ma Long( Wuyang Iron and Steel Co. Ltd)Abstract Bused on the investigation and techrical exchange result，the paper analyses and select the coal gasi-fication process of Wuyang lron and Stcel Co. Ltd ，s0 as to determine a suitable and economic coal gasification type andimprove the energy source structure.Keywords Pressurized gasification ，Intermittent gasification , Continuous gasification with oxygen cnrichment ,Process selection1前言达到很高的气化强度。主要特点是:操作稳定,技舞钢现有的部分加热炉原设计燃料为天然气术先进,冷煤自上而下经过床体内数层,稳定进行和重油,因气源有限，还有10 000 Nm?/h 天然气操作,气化剂自下而上与煤逆流接触,创造了良好缺口现需要改造为人工煤气加热,按照天然气流热交接过程和最佳的反应条件;生产强度大,煤气量折算,需要2 400 kcal/Nm'的人工煤气36 000质量好,其生产强度比常压气化炉高4 ~6倍,煤Nm'/h,条件允许的情况下用煤气替代重油和天气热值可达2 200 ~2 500 keal/Nm' ;对原料煤适然气,本文根据考察与技术交流情况,围绕气化工应很广，目前加压气体炉已能气化从无烟煤到褐艺进行分析,找出适合舞钢现状的、经济的气化方煤的各种煤种,而且对煤的灰熔点、块度、热稳定性及机械强度的要求均低于常压移动床气化炉;式,力争改变能源结构。目前适合生产2400 keal/Nm'煤气的常用炉煤气用途广,通过改变气化压力、气化剂组成条件型有鲁奇加乐气化、间歇式水煤气和富氧连续气和对粗煤净化加工处理可得到工业煤气、城市煤化,下面就这几种气化工艺进行介绍和分析。气和化工合成原料气等。但加压气化工艺操作压力要求高,工艺技术复杂，设备性能特殊,建设投2鲁奇加压气化工艺资非常大。目前我国仅应用于大型化工合成工2.1加压气化工 艺简介业,热、电、气联产的城市基础设施。鲁奇加压气化是以固定床气化为基础,并配2.2鲁奇加压气化的生产运行实例置了旋转炉篦,操作压力为2 ~3 MPa,用水蒸汽、中国煤化工代鲁奇炉以来,加压氧气作为气化剂,块煤为原料,间歇加煤和排清,MHCNMHG化厂e相继投产。连续气化反应制气。该工艺由德国鲁奇公司开河南煤气集团义与气化)是我国鲁奇炉气化工艺发,从1936年建立第..个加压气化装置以来,其具有代表性的生产厂之一。义马煤气化项目是我炉型已经历四代改进,能适应范围很广的煤种并国自1982年以来唯一列入国家重点建设工程的第4期张学岭等:舞钢煤气化工艺选择25 ●城市基础设施项目,主要工艺参数:蒸汽:1.03 kg/ Nm';设计粗煤气产量77 023 Nm'/h;实际粗煤气空气:1.75 m3/ Nm' ;产量92 427 Nm'/h;气化效率:60% ,热效率:53%。粗煤气成分:C0 25% ;CH, 16% ;H2 50% ;粗.间歇水煤气工艺在我国已有近一个世纪的应煤气热值:2 500 ~2800 kcal/Nm' 。用历史。由于其工艺成熟,设备简单,投资少,煤主要消耗:原料煤57955 kg/h,1.32 Nm'煤气热值高的优点,目前全国各行业共有4 000多气/kg煤,原料煤为长焰煤挥发分为26.4%、固台不同规格的水煤气发生炉在运行,所生产的煤定炭为37.98%、粒度5~50 mm,氧气1.2万气被用作化工合 成原料气、工业用燃料气及民用Nm'/h。煤气等。然而,按照洁净煤技术的标准和要求来义气化厂- 2001年投产,由于投产初期煤气衡量,水煤气发生炉煤气化工出作为一种传统的用户少,设备不能连续生产，亏损严重。2002 年煤气化技术,存在着煤质要求高、效率低、吹风气实现- -台气化炉正常生产，2003 年全部达产超负同收困难等问题。 该工艺还对原料煤的灰分挥.荷运行,120万Nm2/d净煤气仍不能满足需求。发份粒度、热稳定性、机械强度都有严格的要求;2005年1-10月份气化厂生产城市煤气23237煤气生产间歇操作,且吹风气放空,造成明显的能万m',甲醇90437 t,发电量14 767万kWh,各项量损失,灰渣中含碳高,蒸汽分解率低,气化效率副产品28357 t,累计完成产值3.81亿元，利税和热效率都很低。2 800万元。煤气成本0.84元Nm3 ,门站价格3.2间歇水煤气 工艺的生产运行实例0.85元/ Nm' ,生产系统保持高负荷稳定运行。通过对平顶山化肥厂、 晋煤集团机电)、上海随着城市煤气的迅速发展,义马气化厂的生吴泾化工厂、山西高平中石化化工厂、开封化肥产能力已远远不能满足煤气发展需要,现已投建厂安阳化肥厂等造气车间进行实地了解,并与技煤气化二期工程。主要项目包括:两台鲁奇炉、两术人员进行交流,基本都认为水煤气工艺简单,生台130Vh锅炉、. -装置、一套低温甲醇洗、煤气产稳定,能够达到设计工艺技 术指标。.水分离装置、水处理装置及电力设施等。平顶山化肥厂现有4台炉子以无烟煤、焦炭为原料,由于原料品种经常变化，炉子操作的适应3常压固定床间歇气化水煤气工艺性较困难。4台炉子采用型煤棒为原料，型煤棒水煤气发生炉属于常压固定床煤气化工出,采用地方无烟煤粉和晋城煤的筛下煤与褐煤经破以焦炭或尤烟块煤为气化原料,以空气和水蒸气碎、混合、发酵、通过挤压成型。由于型煤含炭量为气化剂,其主要成分为C0和H,与混合发生较低,产气量为晋城无烟煤的90%,但其生产运炉煤气相比较,因其不含N2,发热值高。间歇气行比较平稳。水煤气成本: 0. 34元/ Nm'。化法是目前应用最广泛的水煤气生产工艺。3.3 72 000 Nm2'/h间歇水煤气工艺方案生产过程中,向炉内送人空气，氧和碳燃烧放3.3.1工艺说明出热量,达到- -定温度后停送空气,向炉内送人水选用粒度为25 ~75 mm晋城无烟煤为原料,蒸汽,蒸汽与炽热的碳发生还原反应生成水煤气，选用10台邮600 mm煤气发生炉生产水煤气，待温度降低后,停送燕汽,再送空气,如此循环间八台生产,两台备用,热值约2 400 keal/Nm' ,主歇生产。水煤气炉经过不断发展直径已达到3.6要工艺为固定床常压气化,生产水煤气,按吹风、m,具有操作简单、运行稳定、可实现自动循环作-次上吹、下吹、二次上吹、空气吹净来进行造气业等优点。生产。为了实现造气蒸汽自给,加上一套吹风回3.1主要技术参数:收装置。原料煤:无烟煤,粒度50 ~ 80 mm;3.3.中国煤化工煤气产量:6 000~8 000 Nm2/h.台;空气鼓风机、旋煤气成分:CO 31 ~36%，H2 42% ~50% ;风除THCNMH S先气塔、气柜(已煤气热值:2 300 -2 500 keal/ Nm* ;有)、电除尘器、煤气鼓风机、燃烧炉、余热锅炉、主要消耗:煤0.6kg/ Nm3;软水加热器、空气预热器、造气循环水系统。，26.宽厚板第13卷3.3.3原材料及 动力消耗充分的生产实践基础。日前平顶山化肥厂扩建8原料煤:22.5 Vh,粒度为25 ~75 mm;台已准备采用此工艺,其准备采用的主要原材料循环补充水: 30Vh、32 C、0. 35 MPa;及动力消耗如下:软水: 80 Vh;人炉煤块约28 /h;循环水约1 500 Vh;软化蒸汽:吹风气回收时可以自给,不回收时需补水约44 Vh;蒸汽约17 Vh(自给有余);O2 >99.5充1.3 MPa 310 C的过热蒸汽17 Vh;的纯氧,约16 000 Nm'/h;电3 000 kWh。电:10kV.3 200 kWh,380 V.1 700 kWh (不4.3主要设备含吹风回收装置)、1 900 kWh (有吹风气回收装主要设备包括:8台中3.6 m造气炉、F =480置)。m2的废热锅炉、旋风分离器、废锅汽包、蒸汽过4富氧连续气化水煤气法热器、洗气箱、洗涤塔、空气鼓风机、富氧混合器、氧汽混合罐、放散烟囱等。该种工艺不含制氧投4.1富氧连续气化水煤气法简 介为了克服间歇水煤气法的氧化、还原分开进资合计约3 100万元。行、间断气化、产量低能耗高的不足,采用纯氧或53 种工艺的比较富氧代替空气,氧气和水蒸汽同时通过氧化区,水5.1加压气化是最先进和效率最高的气化方法，蒸汽在氧化区不分解而起抑制温度的作用,在还它的原料范围广、煤气产量高、煤气质量好、环境原区进行CO2还原和水蒸汽分解。由于气化剂污染小,最符合将煤转化为清洁燃料的洁净煤技中不含N2或少含N2, 所以煤气中含N2量很低，术发展方向。但工艺设备复杂,建设投资较大。煤气热值接近水煤气热值,只是还原层上部温度5.2富氧连续水煤气工艺,与水煤气相比能连续偏低,CO2含量高。利用纯氧生产煤气热值为气化,工艺设备简单,热效率高,操作维护方便,故2 200 ~2 300 keal/Nm3 ,内径3 600 mm单台炉子障率低。富氧浓度为60%时,操作稳定,但煤气的产气量达9 000~12 000 Nm'/h。由于实现连热值仅为2 000 kcal/Nm3 ,要生产热值为2300续制气,所以和水煤气相比:生产能力高、煤质要kcal/Nm'的煤气富氧浓度必须达到80%以上。求相对降低、能利用粒度较小(8 ~25 mm)的燃且该工艺消耗大量氧气,目前我公司的制氧能力料;气化效率高,从60 %提高到80 % ,煤耗量低;不能满足要求。操作和管理比较简单,热效率高;可以取消间歇制5.3 间歇水煤气工艺,作为历史悠久的气化工气化复杂的液压控制及燃烧室等设备,减少维修艺,工艺设备简单,投资少建设周期短,尽管热效量。但是这种方法需要有制氧设备，,消耗较多电率低,吹风气回收困难,但作为过渡性气源,完全能,是该工艺没有得到推广的原因。可以解决舞钢新线10 000 Nm'/h天然气缺口,并该种工艺若采用3台43.3 m水煤气炉,以能达到项目投资少、建设周期短、满足生产需要的无烟煤为原料,粒度为8 -25 mm,以60%的富氧目的。和蒸汽为汽化剂生产半水煤气,则富氧连续水煤6工艺选择气炉操作简单,不分吹风、制气阶段,与混合发生炉煤气相似。但目前投入生产的气化炉富氧浓度6.1 工艺技术方案--般不高于60%,由于气化剂中含有部分空气,通过对上述3种工艺的生产运行情况、工艺煤气可燃成分降低,热值偏低。若提高富氧浓度,特点等分析,煤气扩建建议采用以下工艺技术方如果出现原料、操作等问题，炉况恶化迅速，操作案:上很难控制,必须作熄炉处理。1)工艺说明:选用常压固定床间歇气化水煤4.2富氧连续水煤气工艺实际生产情况气工艺,采用03.6 m水煤气发生炉,按吹风、制富氧连续水煤气工艺,气化剂为纯氧或富氧、气的中国煤化工气经旋风除尘、废水蒸汽。由于目前国内采用此种炉型的并不多，热铸HCNMHG柜、加压送至加热在如何控制气化剂比例,如何控制炉温和水蒸汽炉。的分解窄,能否达到设计经济技术指标方面,缺乏2)主要设备:其中新建设备包括:10台3.6第4期张学岭等:舞钢煤气化工艺选择●27●m水煤气发生炉及其相对应的10台旋风除尘器、费用近亿元。但扩建后煤气生产能力与设计消耗废热锅炉、洗气塔,液压系统、自动控制系统、4台量相比仍有很大缺口。空气鼓风机,两台静电除尘器。改造可利用现有替代重油需水煤气69 912 Nm'/h,相当于95万m3气柜。台炉子;3)工艺参数:煤气产量:723 000 MJ/h(72替代发生炉煤气需水煤气36 489 Nm2/h, 相000 Nm'/h) ;煤气成分:C0≈35% ,H2≈50% ;煤.当于5台炉子;气热值: 10.234 MJ/Nm3 (2 400 keal/Nm' );冷却新线炼钢系统需水煤气6814 Nm'/h,相当于温度: <450 C ;出站压力:9 kPa(根据加热炉要1台炉子;求可调整)。共需水煤气量:113 215 Nm'/h,相当于15台4)辅助设施:循环水系统:根据水量和管道炉子。布置情况待确定新建或改造。6.3现有煤气发生炉的改造的初步意 见给排水:没有大量用水设备,水量水质没有特由于现有发生炉厂房结构布局与水煤气差殊要求,给排水可利用原管网。别不大,需要进-步设计论证。 可将现有10台混供电设施:10kV供电可由现煤气变电所改合煤气发生炉，改造为10台中2.6 m水煤气发生造解决,低压用电设备为3000 kWh左右,新建低炉,生产能力为5 000 Nm'/h,山东齐鲁石化化肥压配电室。厂使用的02.6m锥型炉，煤气产量最高可以达蒸汽软水:蒸汽自给考虑并网,软水新增用量到8 000 Nm'/h,这样可以将部分重油加热炉、发80t/h左右,管线在3#路改造时--并解决。生炉煤气炉窑全部改造为以水煤气为燃料。新、供煤设施:增加一台5 t门型吊、一台链斗卸老线燃气统-管网，便于平稳调度,有利于煤气均煤机等煤场设备,若采用粒度不同的原料煤,需改衡稳定生产。造破碎筛分和皮带装置。6.4为避免发生炉改造影响老线生产、重复敷设总图布置:由于煤气站预留地面积非常有限，煤气管线,消除生产与施工交叉进行的不安全隐总图布置是最困难的环节,有两种可供选择的方患。扩建部分必须尽快建成投产,然后分组进行案:一是将发生炉主厂房向西延长60 m至5万改造。m'柜围墙,但其间的4-7#公路、S5、S1、X7、X57结语管线,电缆和煤气管道等需要改线;二是在5万通过以上3种煤气化工艺的优缺点分析,结m'煤气柜西至新线指挥部,原气柜预留地(面积合舞钢现状和生产厂家的实际使用效果,最终选约为100x90 m2),可以新建10台炉子,需要延择新建常压固定床间歇式气化水煤气发生炉15长供煤输送带,但避免了对现有生产设施及管线台,利用其经济实惠、工艺成熟作为舞钢能源结构复杂的改造,节约投资,缩短工期,有利于现有生调整的落脚点,也为下一步降本增效打下了基础。产系统的安全运行。6.2 煤气扩建方案仅以最基本的要求满足新线加热炉需求(按张学岭,男,1997年毕业于武汉科技大学煤化工专业,工天然气10 000 Nm2/h折算,煤气热值为2400程师。keal/Nm'、流量为36 000 Nm'/h) 外,还有3 600收稿日期:2007-06 -20Nm'/h节余量可以替代部分重油,根据公司要求，老线改造同样非常迫切,水煤气替代重油年节约中国煤化工MYHCNMHG