水煤浆加压气化技术在兖矿鲁化的应用与发展

第27卷,总第158期节能技术》Vol. 27. Sum. No. 1582009年11月,第6期ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYNov.2009,No.6水煤浆加压气化技术在兖矿鲁化的应用与发展杨军红(兖矿鲁南化肥厂,山东滕州277527)摘要:煤炭气化利用被世界认为是煤炭清洁利用中期战略之一。本文介绍了德士古装置的引进、应用及发展,特别介绍了德士古气化炉新型喷嘴、新型耐火砖、运行工艺和煤浆制备技术创新与开发;新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉的开发和应用表明,该气化炉具有煤种适用范围广,环境污染小的特点。具有自主知识产权技术的开发和成功应用为我国相关技术的引进、开发与应用提供了重要经验关键词:水煤浆;气化技术;应用;经验;德士古气化炉中图分类号:TQ511·.6文献标识码:A文章编号:1002-639(200)06-0485-03Applications and Developments of Pulverized Coal Slurry PressurizedGasification Technology in Lunan Chemical Fertilizer PlantYANG Jun- hong( Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant, Tengzhou 277527, China)Abstract: It is believed in the world that coal gasification technology is one of coal clean utilization strategies inorder to achieve high efficient coal transformation and its low pollutant emission application. In this paper,Texaco device is introduced from the viewpoints of import, application and development and especial emphasisis paid on such innovative technological works as new jet nozzle design, new type firebrick development andtest,operation control, pulverized coal slurry making, etc.. The R&D and applications of pulverized coalslumy gasification device with China intellectual rights showed that the new Texaco fumace could gasify lowperiences for the reference of China relative technology import, application and developme, y important ex-quality coal while pollutant emission would be controlled on lower level. This paper provides vewords: pulverized coal slurry: gasification technology: application experience; Texaco gasification fumace0前言古水煤浆气化技术以来,经过多年实践探索在德土古水煤浆气化技术方面积累了丰富的实践经验,气煤炭气化属于煤炭能源转化的基础技术,被世化技术日趋成熟与完善,德士古水煤浆气化技术得界认为是煤炭淸洁利用中期战略之一。从国内外发到了较好的推广应用。通过对德土古水煤浆加压气展来看,煤气化技术具有充满希望的发展前景。近化技术中存在的缺陷和不足的研究,兖矿鲁化与华年来国内外煤气化技术中具有代表性的是以干煤东理工大学经过长期科技攻关研究开发出了拥有粉为原料的壳牌气化技术和以水煤浆为原料的德士自主知识产权的新型多喷嘴对置式气流床气化技古气化技术。兖矿鲁南化肥厂自1993年引进德士术),已经达到国际领先水平,并进行了多套技术转让。本文重点介绍十多年来兖矿鲁南化肥厂应用与收稿日期200-08-30修订稿日期200-09-28发展水煤浆加压气化技术的经验。作者简介:杨军红(1969~),男,高级工程师。485·1德士古水煤浆加压气化技术的应用各项主要指标均优于设计指标烧嘴雾化性能稳定使用寿命比普通喷嘴高一倍。1.1德士古装置的引进与应用22耐火砖的国产化兖矿鲁南化肥厂的德士古水煤浆加压气化制合实现气化炉耐火砖的国产化是德士古技术国产成气装置引进了水煤浆加压气化技术软件包(PDP)化任务中最艰巨、最重要的部分。由于进口的气化和部分关键设备的仪表控制系统,由中国天辰化学炉耐火砖价格高使用周期较短,对生产成本影响较工程有限公司(原化工部第一设计院)进行工程化设大。因此,在原化工部国产化办公室的协调下,1993计。气化装置于1993年4月在兖矿鲁南化肥厂建年8月成立了由兖矿鲁南化肥厂、洛阳耐火材料研成并投料试车,1994年3月通过原化工部组织的72究院和新乡耐火材料厂共同参加的八五科技攻关小小时满负荷考核,194年6月通过了原化工部专家组。课题组联合研制开发的第一套气化炉用国产耐组的技术鉴定,194~1995年分别完成了该装置的火砖(XK-80),于1994年11月在A#气化炉安化工运行考核、技术鉴定,并达到设计能力。由于兖装投入运行,使用效果良好,寿命达到6300小时,矿鲁化成功应用了德士古水煤浆加压气化技术,该基本达到国产化指标,特别是抗热震性能远远超过煤气化技术被国家科委及原化工部列为“九五”期间了法国沙瓦 ZIRCHROM-80砖。通过不断提高耐火全国重点科技节能成果进行推广。砖制造质量,优化工艺操作,使国产耐火砖的寿命达1.2德士古装置的运行情况到了13000小时。由于国产耐火砖价格只有6虽然该气化装置具有较高的技术水平和先进的8万元/t,远低于进口耐火砖的价格每年节约资金工艺流程,但由于它是国内第一套示范装置,从设160多万元/台炉。现国内采用水煤浆加压气化技计、安装到开车运行均无成熟的经验叮借鉴,所以,术的企业已全部采用国产耐火砖。在试车和生产初期,装置运行出现了许多技术问题,23关键设备的国产化通过一系列的技术攻关及技术改造(见下文),装置兖矿鲁化积极组织关键设备国产化的设计、制运行逐渐稳定,产量显著提高,主要消耗指标已低于造和运行。科学合理地采用国产设备、材料替代进原设计的消耗值。系统于2005年实现了三炉运行,口产品,并使部分国产设备的运行已优于进口产品。创出双炉连续运行75天长周期纪录。2007年创出水煤浆加压气化装置气化炉、洗涤塔的材料采用进单炉连续运行197天长周期纪录。自1997年该装口材料,而设备为国内制造;其它所有化工设备均为置年产合成氨就已超过100kt/a由于运行方式不断国产材料,国内制造。兖矿鲁化还联合开发了应用优化,该德士古装置的技术优势得以充分发挥,带来于水煤浆加压气化生产的锁斗循环泵、洗涤塔循环了巨大的社会效益和经济效益。泵和捞渣机等设备,完成了髙压煤浆泵、称量给料2水煤浆加压气化技术的创新机、低压煤浆泵及煤浆振动筛等关键设备的国产化制造和运行,对水煤浆加压气化装置的设备国产化兖矿鲁化对装置存在的技术问题进行了技术攻作出了突出贡献。关及国产化尝试,通过实施160余项技术改造和攻2.4运行工艺技术不断创新关项目,消化吸收并创新了水煤浆加压气化新技术在掌握水煤浆加压气化技术基础上,经过不断“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”于总结运行经验创新了气化炉不换喷嘴联投、系统不1995年12月荣获国家科技进步一等奖(2)。兖矿鲁停车倒切高压煤浆泉等较高难度的新技术;成功实南气化技术攻关小组2004年4月荣获了中华全国现了高压煤浆泵不停车单缸退出运行、仪表更换驱总工会授予的全国五一劳动奖状,形成了一系列独动液系统二位二通气控阀的先进技术;还自主开发有的生产技术。其创新点如下:设计了人炉氧气阀间的加氮保护及氧碳比自动控制2.1新型气化喷嘴的研发系统。这些新技术的使用,确保了装置开停车及运喷嘴是水煤浆加压气化装置的关键部件之行时更加安全可靠兖矿鲁化水煤浆加压气化及煤化工国家工程研究中2.5自主开发了水质稳定煤浆制备等技术心与华东理工大学共问研制开发了新型水煤浆气化系统管道设备结垢、堵塞是影响关键设备长周高效预膜式喷嘴。该喷嘴于1997年4月通过了原期运行的技术难题。兖矿鲁化与科研单位、生产化工部科技司的技术鉴定,198年12月获上海市科家共同开发了水质稳定技术,根据不同的煤质和黑技进步一等奖ω。新型喷嘴自206年8月29日投水/灰水的水质筛选出国内独有的黑水絮凝处理技运,连续运行3625.25小时(151天),实现了历史性术。为了确保制备流动性良好、粘度粒度合格的优突破。期间合成气成份、渣中可燃物、产量、消耗等质煤浆,开发了添加造纸废液直接用于煤浆制备的486技术,既解决了造纸行业排污难题,又促进了节能减对置式)商业化示范装置开工建设,2005年底竣工排和环保综合利用。投产,投产当年即达产。经过三年多的工业运行,表3新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉的开发现出了良好运行性能和先进工艺指标。与国外同类技术相比,该技术具有操作灵活方便、工艺指标先九五”期间,兖矿鲁南化肥厂水煤浆气化国家进、系统运行稳定,特别适用于大规模(日处理煤千工程中心与华东理工大学、中国天辰化学工程公司吨以上)气化装置、投资规模合理、专利实施许可费承担了国家重点科技攻关课题“新型(多喷嘴对置)用低等特点。水煤浆气化炉开发”4,进行了多喷嘴对置式水煤浆4.2兖矿鲁南化肥厂年产合成氨24万t尿素40气化炉的中试研究。中试装置由中国天辰化学工程万t的原料及动力结构调整项目中,配套建设了公司(原化工部第一设计院〕负责设计,建于水煤浆台4.0MPa处理煤1150t/d的新型多喷嘴对置式水气化及煤化工国家工程研究中心,由中心负责装置煤浆气化炉(简称D#气化炉),该气化炉采用的也的建设和运行。装置1998年8月开始建设,199年是具有兖矿自主知识产权的新型多喷嘴(对置式)水7月30日一次投料试车成功,200年10月10日开煤浆加压气化技术。2008年7月1日D#气化炉投始,顺利通过了石油化学工业局组织的72小时工艺料一次成功,并投人运行,D#气化炉创造了连续运技术考核,认为该技术“填补国内空白”,具有“国际行83天16小时40分钟长周期运行纪录。同时,多领先水平”:有效气成分达到83%,碳转化率高于喷嘴气化炉耐火砖也经受住了长周期的考验耐火98%,比煤耗、比氧耗均比引进装置降低7%。2000砖连续运行4884小时后更换拱顶砖,运行周期达到年11月1日通过验收。新型水煤浆气化炉(四喷嘴了国内同类型装置较好水平。多喷嘴对置式气化装对置式)技术的开发成功,对于我国煤气化工业的发置与引进的Texa水煤浆气化装置工艺指标比较展和能源利用具有重要战略意义见表1。3.1大型煤气化装置和技术的国产化,使我国摆脱表1多喷嘴对置式气化装置与引进德士古水煤浆气了国外在先进煤气化技术方面的垄断能够独立自化装置工艺指标比较主发展我国的洁净煤气化工业。装置引进德士古水煤浆多喷嘴对置式3.2由于新型煤气化(炉)技术几乎适用于所有的指标气化装置气化装置上海焦化渭河化肥华鲁恒升兖矿鲁化煤种,包括高硫煤和褐煤,可以解决煤炭气化领域长装置能力td5007507501150期对无烟煤和焦炭的依赖降低生产成本,使各种煤操作压力MPa炭资源得到优质高效地利用有效气成分(CO2+H2)%88I82.484.93.3将有利于促进我国的可持续发展战略。新型比氧耗(NO/kN)42415水煤浆气化技术很少产生“三废”,比德士古水煤浆(CO2+H2)比煤耗(kg煤/kNm3)技术更加环保。另外,新型水煤浆气化炉对烟煤和褐煤的直接利用,可以解放一大批的炼焦企业,减少碳转化率%约9约9约9.2约98了对环境的一大污染源。4.3日前该技术先后在国内十多家企业应用,已经4多喷嘴对置式水煤浆气化技术的应用运行和在建的气化炉33台,占国内大型煤气化技术市场份额的1/3,为相关企业节省专利费2亿元,创“十五”期间,多喷嘴对置式水煤浆气化技术进造经济效益近20亿元。来自美国、加拿大、印度等入工业示范阶段,2003年1月14日,该气化技术顺国家的多家公司也对该技术有浓厚兴趣,有意采用利通过了阶段性验收,完成了新型水煤浆气化技术该技术建设大型煤、石油焦气化装置。27年兖矿工程放大与设计依据的试验研究,形成了新型水煤“中心”成功向全球排名第43位的美国Ⅴaer能源浆气化技术的工艺设计软件包。随着新型多喷嘴对公司进行了石油焦气化技术实施许可授权这标志置式水煤浆气化技术工业示范装置及配套工程在兖着中国大型化工成套技术第一次向美国等发达国家矿国泰化工有限公司一次投料成功,一次打通整个实施技术转移令世界同行重新审视中国煤气化工工艺流程,该技术成功实现了产业化,为我国自主大业的创造力。型煤气化技术的应用奠定了基础。4.12003年5月1日,兖矿集团以兖矿鲁南化肥厂5结论与展望为依托建设了国泰化工有限责任公司,年产240kta5.1兖矿鲁南化肥厂成功引进了我国第一套德土甲醇及200kt/a醋酸、76MW发电能力、采用两台单古水煤浆加压气化技术,并不断进行技术创新,为我炉日处理原煤1150t的新型水煤浆气化炉(四喷嘴(下转第505页)析按钮,在界面上便显示出该井的最佳计量时间和3结论计量周期,提供以后的计量依据。(数据的起止日期自动计量装置利用PC自动控制技术与高精不宜选择过短,至少在10天以上。)度传感器的结合,同比传统的玻璃管量油,解决了以油井产液量计量往费时费工、计量不准等问题;同比目前兴起的翻斗系统状态:计过程中计量,本装置在保证计量精度的前提下,更具有改造简便、成本低的优点,但由于含水率测试在排液状态-下进行,因此数值波动较大此缺点会在将来逐步完善,其优越性会更加明显。特别对稠油区块的低产液量含水原油产量计量尤为准确,且对计量周期进行优化,因此具有一定的推广意义。至今,该装置已经在辽河油田茨26站、牛一计、牛三计、牛十一计等应用20余套,运行时间2年以上。系统运行稳定可靠,效果良好,相对翻斗称重式计量技术,每台装置气宾让体积(身可节省改造费用15万元,每台装置可节省计量工操图5显示界面作费用25万元,科学地指导了油井生产,具有潜在的经济效益和社会效益参考文献2.4应用效果1〕薛国民.油井计量方法及关键技术发展方向[J〕.工利用传统计量方式计量计量人员需要实时观业计量2001644-16察玻璃管内液位上升的规定高度,这就需要计量人〔2〕顾克江,任福妹,低产油井新型计量装置技术研究〔J.石油工业技术监督,2001,17(9):33-34员时刻进行观察,防止液位超过规定高度而重新计3〕郭长会,油井计量技术现状及其发展趋势[J.石油量有时几个小时都不上液面,这对于用人工方法计规划设计,201,12(3):41-42量来说费时费工、计量时效低,同时存在较大的人为〔4〕郭军,陶建军,肖文兵,自控系统在单井,油、气、水读数误差和低水密度误差。本技术克服了人为观测计量中的应用(.石油规划设计,4:0-41弊端,波动的频率和大小的影响会通过数字滤波和[5]Maybeck P S, Stevens RD Reconfigurable Flight Controlvia Multiple Model Adaptive Control Methods[ J].IEEE Transaction程序控制来抑制保证计量的准确性与时效性实现 on Aerospace and Electronics Systems,9,(3):4x0-480了油井在线自动计量,解决了以往计量方法存在的〔6]盛骤,谢式千,潘承毅.概率论与数理统计[M].高缺陷和不足,提高计量时效2倍。另外由于差压传等教育出版社,201147-11感器工作原理是利用压力差进行测量,所以不需要[7]Menke TE, Maybeck P S. Multiple Model Adaptive Esti考虑分离器的底水误差。最后,通过对计量数据分 and Sensor Failures[C∥ Proceedings of the IEEE national析,优化了计量时间和计量周期。Aerospace and Electronics Conference, 1992: 441-448(上接第487页)气化技术实现了新的跨越。充分说明多喷嘴对置式国煤化工行业采取引进吸收、自主开发方针,走出一水煤浆气化技术在煤气化装置大型化方面具有独特条独具特色的技术创新之路提供了经验。优势,市场竞争力强,广泛适用于煤基合成气制备过52具有自主知识产权的新型多喷嘴对置式水煤程特别适合于大型化的煤化工装置煤基多联产系浆气化技术是世界上最先进的气流床煤气化技术之统,应用前景非常广阔。将为我国化肥行业的技术改造煤炭液化、整体参考文献煤气化联合循环发电(IGCC)煤基多联产技术的发〔1〕多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉及其应用〔P]展提供龙头技术和关键技术,为我国煤化工产业大Z.81.1016.1型化、集约化发展提供重要的支撑技术。2〕国家科技进步一等奖:水煤浆加压气化及气体净化53我国自主研发的单炉日处理20d煤的多合成氨新工艺,195年12月喷嘴对置式水煤浆气化装置,于200年6月15日〔3〕上海市科技进步一等奖:新型水煤浆气化喷嘴研究在江苏灵谷化工有限公司顺利投料运行,这是目前与开发,1998年12月〔4〕顶部设有喷嘴的多喷嘴对置式水煤浆或煤粉气化炉国内单炉处理能力最大的水煤浆气化装置。该装置(P)..0.2.0.8的顺利投料,标志着具有自主知识产权的多喷嘴煤505