GSPTM煤气化技术的应用

第33卷化肥工业第3期GSP煤气化技术的应用北京索斯泰克煤气化技术有限公司100176)摘要详细介绍了GSP煤气化技术的发展情况以及气化炉的结构及其优点气化炉的生产原理以及发展前景。关键词GSPW结构应用Use of GSP M Coal Gasification TechnologyAbstract Details are given on the development of the GsP coal gasification technology thestructure of the gasifier advantages the production principle of the gasifier and prospects for develop-eywordsstructure use概况是该技术的商业化应用扩展丝毫没有停止过。1.1技术推广2001年,巴斯夫公司(BASF)在英国的塑料厂建GSP气化技术是20世纪70年代末由前民成30MW工业装置主要用于气化塑料生产过程主德国(GDR)燃料研究所DBⅠ)开发并投入商业中所产生的废料。2005年捷克Ⅴ renova工厂采化运行的大型粉煤气化技术。该技术一经开发成用GSPM气化技术建设的140MW工业装置即将功即成功地应用于商业生产中。1984年在德国投运其气化原料为煤焦油用于联合循环发电项黑水泵市( Schwarze Pumpe)德国黑水泵公司的目(IGCC)。GSPM气化工艺具体应用成功范例见前身劳柏格电厂采用GSPM气化技术建立了1套表1。200MW的商业化装置原料处理能力为30t/h。1.3在中国的业绩该装置在1986-1990年成功使用普通的及含盐中国是能源消耗大国更是煤炭大国石油资的褐煤气化生产民用煤气。1990-1998年该装源相对缺乏。为了更好地推动GSP气化技术在置的气化原料分别为天然气、石油、污泥和固态中国煤化工及煤制油领域的应用瑞士可持续技焦。1998年后,该装置生产出的合成气被用于甲术控股公司于2005年4月与中国大型煤业集团醇生产及联合循环发电(IGCC之一的宁夏煤业集团成立合资公司——北京索斯1989年东、西德合并之后,德国诺尔公司泰克煤气化技术有限公司。截止2005年8月底〔Noel)收购了前东德燃料研究所气化工艺部门北京索斯泰克煤气化技术有限公司已经签订了成为GSP气化技术的拥有者。199年诺尔公司个技术转让合同,其中与宁夏煤业集团签订了被德国巴伯高克( Babcock)电力公司收购。2002830kt/a二甲醚一期工程的600ka甲醇气化岛年德国巴伯高克电力公司破产瑞土可持续技术项目合同与安徽淮化集团签订180kta合成氨控股公司 SUSTEC Holding Ag)收购其气化技术和50kta甲醇气化岛项目合同。部门并成立全资子公司——德国未来能源有限责任公司。中国煤化工1.2技术应用CNMH〔纯吨氧气流床气化、液态虽然GSP气化技术的拥有权几经变动但排渣、粗合成气激冷工艺流程。该流程包括备煤、*本文联系电话D10-67861120转883第33卷化肥工业第3期表1GSP1M气化工艺应用成功范例化类型流床气化炉气流床气化炉床气化炉用户Schwarze PumpeBASF Plc Sealandokoloyskd uhelnd,a所在地Schwarze Pumpe德国Middlesbrough英国Resove捷克共和国试车计划2005年反应器类型气流床水冷壁气流床水冷璧气流床水冷璧热容量/MW压力/MPa温度/℃14001400反应器体积/m33.5激冷方式完全激冷局部激冷完全激冷供料系统煤粉/液态供料液态供料液态供料1984-1990年前采用普通的及含气化原料盐的褐煤尼龙合成过程中产生的液体废440 MW IGCC的26个固定床气199年以后采用天然气、污泥、焦物包括含氢氰酸和硝酸盐的副化炉产生的焦油与其它液态副产油以及生物质等产物以及含硫酸铵的有机物用于ICCC和甲醇的原料气燃料气用于IGCC的燃气气化、气体除尘冷却、黑水处理等。GSP气化工嘴中其中输送煤粉线速度为6~8m/s:密相煤艺生产合成原料气流程见图1。粉量为350~450kg/m3:输送能力为1200kg变换COS水解HS脱除脱除CO2cm·h)粉煤入炉量测量可通过带称重传感甲醇合成蒸汽蒸汽蒸汽费一托合成器的加料器与入炉煤粉管线上的流量计测量。干煤粉气流输送系统见图2。干煤粉计应储仓小渣水冷凝黑水处理CLAUS塔⊙6密相流化床干煤粉去气化炉图1GSP气化工艺生产合成原料气流程示意图加料斗2.1备煤系统输送气预先被破碎到0~50mm的、经过计量的无图2干煤粉气流输送系统示意图金属的煤通过输送机送入曆机在磨机內将煤碾2.2气体及气体冷却除尘系统碎到适于气化的微粒(≤250um,≥94%)同时加压干煤粉、氧气及少量蒸汽通过联合喷嘴采用加热的惰性气气流将煤粉干燥到水分含量小进入到气化炉中。气化炉包括1个带水冷壁的气于2%化室和激冷室。经研磨的干燥煤粉由压缩气体(N2或CO2)中国煤化工2.5~4.0MPa。根据送到煤的加压和投料系统。此系统包括锁斗和给CNMH(况气化操作温度控料器。锁斗加煤后即用压缩气(N2或CO2)加制在1350~1600℃。高温气体与液态渣一起压然后将其送至给料器。再用压缩气(N2或离开气化室向下流直接进入激冷室热的合成气CO2)从给料器中将干煤粉送到气化炉的联合喷被喷射的激冷水所冷却。而液态渣在激冷室底部第33卷化肥工业第3期水浴中成为颗粒状定期从渣锁斗中排入渣池并3GSP煤气化关键设备通过链条输送机裝车运出。3.1气化炉从激冷室出来的粗合成气经二级文氏管洗涤气化炉的结构包括用耐热碳钢制成的水冷壁后含饱和蒸汽的粗合成气含尘量达到小于和激冷室。水冷壁由以碳化硅为屏蔽的冷却盘管mg/m(标态)送出界区所组成。由于所形成的渣层保护水冷壁的表面2.3黑水处理系统温度会小于500℃。水冷壁仅在气化室的底部加激冷室和文氏管排出的黑水经减压后送入二以固定由气化室和喷嘴安装顶部的导轨来支撑级闪蒸罐去除黑水中的气体成分闪蒸罐内的黑因此顶部产生热膨胀不会产生热应力。冷却盘管水则送入沉降槽加入少量絮凝剂以加速灰水中的数量取决于气化炉的大小和负荷。出于安全考细渣的絮凝沉降。沉降槽下部沉降物经过滤机滤虑水冷壁盘管的压力要比炉内操作压力高以防出的滤饼裝车外送。沉降槽上部的灰水与滤液·盘管泄漏或损坏。气化炉外壳设有水夹套用冷起送回激冷室作激冷水使用将其中少量污水送却水进行循环冷却故外壳温度低于60℃。气化界区外污水处理系统炉的结构见图3。原料蒸气/氧气干煤粉蒸气/氧气加压水出口水冷壁水冷壁加压水入口激冷水水夹套非流口合成气出口激冷室溢流口粗煤气/液态渣图3气化炉结构示意图气化炉可依氧气、煤粉流量调节加以控制亦气CO+H2)>90%相比之下采用湿法进料的可参照在线分析的气体成分和气化室与激冷室压水煤浆气化炉产生的粗合成气(CO+H2)>差加以调节。80%。两种不同气化工艺的气化炉出囗处典型气GSPM气化工艺气化干煤粉所产生的粗合成体组成见表2。表2两种不同工艺气化炉出囗处典型气体组成干基)%项目N,+ArHas合计GSP气化工艺23.60水煤浆气化工艺36.360.1100.0GSPM气化炉的高效率同时降低了煤和氧气表3GSP气化工艺的消耗指标的消耗量这意味着生产中原料成本得到降低。GSP气化工艺的消耗指标见表3。dYH中国煤化工肖耗指标CNMH GS KJ/kg) 564 kGSPM气化炉可以根据用户的要求加以设计氧气纯度99.6%)表4)蒸汽(300℃A.5MPa)6 kg如表4所示,现阶段主要设计压力为2.5注以1000m(标态)合成气计第33卷化肥工业第3期表4不同规模的GSPM气化炉组合式气化喷嘴结构见图4外观示意图见项目大图5。由图4可知由中心向外的环隙依次为氧项目规模/MW气、氧气/蒸汽、煤粉通道。几根煤粉输送管均布操作压力/MPa进入最外环隙,并在通道内盘旋,使煤粉旋转喷320000出。给煤管线末端与喷嘴顶端相切在喷嘴外形成一个相当均匀的煤粉层与气化介质混合后在结构水冷壁水冷壁水冷壁气化室中进行气化。因此从给煤管出口到喷嘴顶尺式长x高)200×35029052503650×6700端之间只产生很小的热应力。高压电点火进展情况工艺包已商业运行完成关火焰探测器在交付中键计算点火用燃料如果更换粉煤输送过程中的阀门组件操作冷却水一冷却水压力可以提高到40MPa以上相应气化炉的尺氧气蒸汽一日冷却水寸都将减小。目前在中国提供的GSP气化炉设冷却水煤粉计压力均为40MPa组合式气化喷嘴冷却水一日该喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成故称为组合式气化喷嘴。受到高热负荷的喷嘴部件由喷嘴循环冷却系统来强制冷却。喷嘴的材质为奥氏体不锈钢高热应力的喷N∥A嘴顶端材质为镍合金。图4组合式气化喷嘴结构示意图冷却水氧气/蒸汽冷却水大然气干煤粉冷却水冷却水图5组合式气化喷嘴外观示意图3.3水冷壁固态渣层变厚时,最内层的固态渣在高温下逐渐水冷壁结构示意图见图6。该水冷壁是由液熔化直至达到稳定的固态渣层厚度。当设备初体熔渣、固体熔渣、膜式壁、碳化硅耐火填充料、加始运行时固态渣层会逐渐积累直至达到稳定的压冷却水管和抓钉组成的。在气化反应过程中,固态渣层厚度。在气化过程中固态渣层可以自炉内温度很高燃烧产生的液态熔渣被喷嘴以小动调节始终保持在稳定的厚度此即为以渣抗渣渣滴的形式喷至水冷壁上在水冷壁内层上形成原中国煤化工亍修复功能使得水冷固态渣层。该固态渣层的厚度取决于炉内火焰温CNMHG以上。度和熔渣的黏结特性。水冷壁可以通过固态渣层厚度的变化自动调节气化炉的运行工况。气化过4GsP煤气化技术优点程中水冷壁的温度分布见图7。当系统故障而使(1)采用干煤粉(水分含量<2%)作气化原第33卷化肥工业第3期液态渣8)旒流体上进下出,单喷嘴水激冷流程设膜式壁备和工艺简单投资省建设周期短。加压、冷却水5GsSP煤气化技术应用领域(1)合成氨耐火料2004年中国合成氨产量达到42222kt预计到2010年对合成氨的需求量大约为47000kt中国的合成氨裝置除少数使用天然气、重油外大图6水冷壁结构示意图多数都用无烟块煤为原料且采用常压固定床间歇气化技术生产能力小能耗高环境污染严重所以急需技术改造。这为用粉煤为原料采用先进的GSP气化技术开辟了广阔的市场。(2)甲醇甲醇在中国不仅是化学工业中重要的中间产而且是正在迅速发展的汽车燃料。中国现有的甲醇生产装置大多数生产规模小,技术也较落后缺乏竞争力。因此中国的甲醇工业应以煤为原料通过先进的煤气化技术(如GSP气化技术)来扩大现有的生产能力增强市场竞争力。(3)煤气化联合循环发电(IGCC)水冷壁厚度/mm改革开放以来中国的电力需求持续高速发图7水冷壁温度分布示意图展预计到2010年中国总装机容量将达到5.5料根据后续化工产品的要求煤粉可用氮气或二亿kW其中以煤为燃料的发电为3.45亿kW大氧化碳输送故操作十分安全。由于气化温度高量二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等都排入大气故对煤种的适应性更为广泛从较差的褐煤、次烟中造成严重的环境污染和温室效应必须尽快改煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可使用,也可以两种变这种状态采用煤气化联合循环发电「(IGCC)煤摻混使用。对煤的灰熔点的适用范围比其它气发电将有着广阔的前景。关键在于选定先进的煤化工艺更宽即使是高水分、高灰分、高硫含量和气化技术￡P气化技术将起重要的作用高灰熔点的煤种也能使用。(4)制氢(2)气化温度高,一般在1450~1600℃。煤经过气化后产生的合成气主要为CO和碳转化率达99%以上煤气中甲烷含量极少(