煤气化炉的效率及组合应用的探讨

第4期(总第119期)煤化工No.4 (Tqtal No.119)2005年8月Coal Chemical IndustryAug.2005煤气化炉的效率及组合应用的探讨吴枫阎文艳阎承信(烟台化工设计院,烟台264001)摘要目前已开发的第二代煤气化技术，有些方法尚需进一步改进和提高，才能满足大型煤气化项目直接气化坑口煤炭的要求。用气流床气化法与Lurgi炉优化组合,可以取得提高气化效率、克服污染、简化流程、降低消耗、提高能力、节省投资等效果,是目前发展大型洁净煤利用项目较为现实和合理的选择。关键词气流床 Lurgi 炉气化效率组合文章编号:1005-9598 (2005) -04-0003-04中 图分类号:TQ54文献标识码 :A世界.上拥有Texaco炉最多的国家。国外有美国的伊引言斯曼2台,日本宇部4台及德国SAR的1台。这些以煤为原料的Texaco炉至今仍在运转，除此之外尚有经过30多年的开发研究，第二代煤气化炉一些示范装置。Shell、Texaco、Prenf1o Destec、KRW等目前大部分已国内Texaco炉运行已有10多年的时间,通过实完成商业示范运行阶段,但由于煤质的特殊性,开发践的检验，证明该炉确实具有可利用粉煤、湿法加料的难度较大，目前除Texaco炉已应用于工业外,其他.安全及卫生条件好、易于操作控制、气体质量较好等气化炉尚未有工业化的业绩。优点,但也暴露了一些问题。首先是该炉对煤质的要求洁净煤利用最重要的一环就是煤气化技术,上述十分严格，如灰分<13%，灰熔融性温度<1 300C ,几种煤气化方法都是国外的技术。近年来我国也开发灰渣的黏温特性和煤的成浆性要好等,同时要求供应了具有自主知识产权的“多喷嘴对置式水煤浆气化技的煤质必须稳定。这说明当初普遍认为Texaco炉对术”,目前处于商业示范阶段,要大规模应用于工业，煤种的适应性广,在选择原料煤时偏重于煤的成浆性尚待示范装置的考验。能显然是不够全面的。因而出现了装置投产后,鲁南现代的洁净煤利用项目一般都建在坑口附近,特由“七五”矿煤改为多种煤配煤气化,渭化由铜川煤改点是规模大、效率高、对环境友好,这就要求气化炉对为甘肃华亭煤,淮南不用本地煤而要舍近求远选用河煤质的适应性要强。目前开发的气化炉各自都有特点南义马煤等情况。和长处，也都有其局限性。因此在工业应用时要根据另外Texaco炉喷嘴和炉砖的寿命较短。由于大当地煤质特性,选取适宜的气化炉,才能发挥其优势，量 的水分随煤浆进人气化炉，造成气化效率较低达到可靠安全的连续运行,以取得较好的经济和社会(71%~76%)以及由于气化温度的限制，碳效率很难效益。达到98%,一般仅为95%-96%。由于目前国内的气化装置都是冷激流程，不易实现飞灰的再循环气化，1典型气化炉 的现状因而还有相当数量的含碳灰渣排出。总之，目前国内Texaco炉的运转状况难以满足1.1 Texaco 炉现代化大型煤化工项目的基本要求。由于我国的煤质我国目前已有4个工厂12台气化炉在运转,是灰熔中国煤化工也较高,只有神华、大同等YHCNMHG余大多数煤矿都很收稿日期:2005-03-27难满足Texaco炉的要求。作者简介:吴枫(1966一 ), 女, 1985年毕业于青岛化工现代化的大型煤炭利用项目一般都是搞坑口气学院，高级工程师，长期从事化工设计工作。化，每年加工煤炭量在几百万吨到上千万吨,不易搞煤化工2005年第4期.配煤或远距离运煤,必须根据当地煤质选用适宜的气但该炉的第二段气化由于炉温低，碳转化率较化炉。要求炉子的容量要大(2 000t /d以上),对煤的低,尾部必须设置庞大的飞灰分离系统,并应将飞灰适应性要强,气化效率和碳效率要高,能够连续稳定循环再气化,以提高碳效率。、飞灰的分离也是为保护长周期运转,便于安全操作,维护检修方便等。由此看后面的火管式废热锅炉,使其能安全正常地运行。来，目前的Texaco炉要想满足这些要求尚有一定的该法较Texaco法虽有改进和提高，但由于仍采距离,必须进行改进和提高,才能有一定的竞争力。用耐火砖衬里,气化炉的温度不可能提高,这样使煤1.2 Shell炉炭的适应性必然受到限制。目前世界上尚未有工业化的以煤为原料的1.3.3 多喷嘴对置式水煤浆气化炉Shell气化装置，荷兰的BuggenumIGCC电站为示范我国自行开发的多喷嘴对置式水煤浆气化炉是项目,虽经过10多年的示范运转,但是否能够达到单通过多喷嘴对置喷射,在炉内形成撞击流来强化混合炉长周期、安全可靠经济的运行尚有待实践的考验。及热质传递过程，使炉内形成合理的流场结构,改进我国已引进了多套日处理1 000t和2 000t煤的了Texaco气化炉轴向单喷嘴的欠缺,使有效气成分.Shell煤气化装置，近期有的项目即将开始试运行，碳转化率有所提高,比氧耗、比煤耗有所降低,且炉膛期望能够给我国的煤气化技术带来新的突破。内的温度分布较为均匀合理,为延长耐火砖的使用寿.从目前的试验研究以及商业化示范的数据来看,命创造了条件。该炉量化的程度及运转的可靠性和可Shell煤气化技术要比Texaco技术优越。由于Shell用率尚有待示范装置的验证。气化法采用干粉加料以及用冷壁取代耐火砖,气化温该炉的问题是对煤质的适应性究竟能有多大的度可以高一些，这使气化效率和碳效率均较Texaco改善,由于仍采用耐火砖衬里,气化炉的温度不可能法有了较大的提高，同时对煤的要求比Texaco法要有太大的提高，因而对灰熔融性温度在1 400"C(F)寬松一些,一般灰熔融性温度低于1 500"C(F),活性以上的煤还是不能气化。Shell 气化炉也是对置式喷与灰熔融性温度相适应的煤都能够很好地被气化，所嘴,对灰熔融性温度高的煤可通过提高炉温(1500C~以该炉应是现代大型煤气化项目的主选炉型。1 600"C)将其气化,使碳效率和气化效率得以提高。但Shell煤气化法也有其不足之处,首先是干粉另外采用水煤浆加料,气化效率难以提高,所以该炉加料系统复杂,安全性及卫生条件不如湿法,另外投虽较Texaco炉有所改进,但没有根本性的突破。资相对较高,对于灰熔融性温度较高(>1500"C )和灰分较高(>30%)的煤从经济角度出发也不宜采用。2气流床气化炉与 Lurgi的组合1.3 其他气化方法1.3.1 Prenflo 气化法气流床气化炉的共同特点是顺流气化，反应物该法与Shell气化法工艺过程基本相同,只是设在炉内的停留时间较短，因而需要较高的气化温度备型式和流程组织有所不同。用于西班牙Puertol - -(>1 300C)才能够取得满意的碳效率和气化效率,lano电站的2600t/d煤的气化炉，由于示范运转的这样就使得气化炉出口气体带走的显热较多。Shell时间不长,目前尚难定论。如获得成功,其性能与气化炉气体带出的显热约占人炉煤热值的13%,Texaco炉指标等应与Shell气化法不相上下,因此可以认为这约占20%(不含潜热)。虽然这些显热可以在后面的废两种方法基本相同。锅中被部分回收产生蒸汽，但冷煤气的效率要降低1.3.2 Dow Destec(现改称Global E- -Gas)气化技术13%~20%，应该说这是降低冷煤气效率的主要原因。该技术采用水煤浆进料，与Texaco不同的是气为了利用这部分高温煤气的显热,Destec气化法采化炉呈倒T字形,分为两段,下部为卧式炉,水煤浆与用在二段喷人水煤浆以提高气化效率的方法显然是氧气由两端喷入气化，温度约为1 400"C的气体由下合理的;Shell法用循环煤气冷激，将该气体温度降段进入上段的立式炉,在人口处喷人水煤浆,使粗煤至900C，以防液渣黏结在后系统;Texaco法则采用气的温度由1 400C降至1 038C,一方面利用了煤气冷激中国煤化工牛降低煤气温度。尽的显热使部分水煤浆得到气化,同时将粗煤气的温度管如|YHCNMHGF要想在现有煤气效淬冷降低，避免了使用庞大而昂贵的辐射式冷却器。率的基础上再提高2%~3%实属不易。该炉由于合理地利用了煤气的显热,使冷煤气效率可本文提出摆脱追求单一气化炉的效率,采用多炉以达到80%。组优化组合,以达到提高煤气总效率的设想。即利用2005年8月吴枫等:煤气化炉的效率及组合应用的探讨5-气流床的高温显热,喷人Lurgi炉出口含有焦油等有.使气流床气化法的流程得以简化,省掉了循环煤气压机物的粗煤气(如图1所示),这样既降低了气流床气缩机、辐射废锅等昂贵的设备,也使Lurgi气化的煤化炉出口煤气的温度，又使Lurgi粗煤气中有机物得气处理得以简化,彻底解决了Lurgi 法煤气水的污染以气化和裂解,从而达到提高混合煤气总效率的目的。问题，并使组合后的气化炉能力增加了近一倍,易于满足大规模煤气化项目的要求。在煤的灰熔融性温度较低时(F.1 200"C),可以选用液渣Lurgi炉进行组合。1 000C森|↓飞灰3多炉组优化组合应用的探讨400C~600冷澈环3.1 IGCC 发电将组合型的煤气化装置应用于发电项目,应选用气化炉600废锅干法除尘Shell煤气化炉与空气气化的Lurgi 炉相组合。一台↓飞灰Shell间接冷却煤气去2 000t/d煤的Shell气化炉可以配三台中3 800mm的化炉域选康除尘脱碗”氧蒸汽煤Lurgi空气气化炉，正常生产时3台Lurgi炉同时运空C0)气转,当有一台炉检修时,另外两台炉强化操作,空气气◆灰渣水◆渣飞灰返回制粉系统化煤气的热值约为7 000kJ/m2~8 000kJ/m",3台炉的圈1气流床气化炉与Lurgi炉组合示意圄煤气产量约为150 000m/h-180 000m/h,这样可使总发电量达到470MW以上。Lurgi炉是移动床逆流气化,在所有的气化方法由于空气气化不用氧气,过程简单，自用电量少，中气化效率是最高的,也是最成熟实用的。Lurgi 炉因此各项技术经济指标都将优于单独采用Shell 法的冷煤气效率一般在80%以上,包括焦油等的煤气效的指标，预计供电效率可达45%以上,且比投资会大率都不低于90%,炉出口温度为400"C~600C,如将气大降低。3台Lurgi炉和空压机总投资最多8000万流床气化炉出口温度由1 500"C降至1 000C左右,需元，可增加发电量170W，使IGCC 的比投资较单用用一.倍左右的Lurgi煤气冷激,这样可使混合煤气的Shell法降低20%左右。Lurgi空气气化系统的技术总效率提高3%~5%。也就是说,在与Shell 法进行组和装备完全可以由国内自行解决,不需要外汇。合时,可使煤气效率达到85%以上,在与Texaco法组另外，也可以采用Lurgi氧气- CO2气化法，也是合时,可使煤气效率达到80%以上。配3台Lurgi炉，总发电量可以达到510MW以上。另外由于Lurgi炉采用6mm~50mm的小块煤,粉3.2多联产项目煤可供气流床气化炉使用，这样既合理地利用了资气流床气化炉与Lurgi炉组合搞多联产项目方源,又节省了磨煤、干燥等过程的能耗。这种组合不仅块流程见图2。粉煤↓空气Shell气化]和废锅}→[干除尘}洗深饱和一变换→冷却]→个块煤飞灰返回气化系统l空分(尾气[合成油Lurgi气化↓No- +氦合成}C 提H+甲醇合成+θ←→脱碳脱硫←4尾气0中国煤化工硫国收fHCNMHGon去尿回注N2➢IGCC发电醋酸H素或排故C0产品夫产品NHhV↓去加氢◆电力↓甲醇↓合成油◆醋酸▼羰基合成▼硫磺圉2组合气化多联产方块流程图煤化工2005年第4期.- -台2000t/d的Shell气化炉配3台氧气气化提高到70%,气化过程减少的热耗就足以抵消冷壁的Lurgi炉的组合,可以产生粗煤气280 000m2/h~300 000热耗。如能再提高煤浆的浓度,其气化效率将比采用m2/h，煤气成分:C0 45%~47%、H2 32% ~34%、CO2 12%~耐火砖时还要高。这样水煤浆气化炉就可以气化灰熔14%、CH,2. 5%~3. 5% .N2 3%~4%,基本上不含焦油。这融性温度>1400C的煤,对原料煤的适应性与Shell.种气体经过水煤气变换工序调整H2与CO的比例后，法基本相同。因此湿法加料炉的改进重点应放在如何.可用于合成甲醇、二甲醚、合成石油等产品,尾气可用提高煤浆浓度以及研究开发采用液体CO2等潜热小于提H2,H2可用于生产NH及加氢使用，还可以用脱的物料制浆以替代水煤浆。碳后的煤气提取C0,CO可用于生产醋酸及甲酸等羰只要煤的成浆性较好,煤浆质量浓度能达到65%基合成品。提H2后的尾气中CH,含量较高，可用于以上,用冷壁的湿法加料炉与Lurgi炉组合流程的煤.IGCC发电。这样的一套组合,主要产品规模可达甲醇.气化效率和各项指标都将优于单独采用湿法加料炉30万t/a,合成氨20万t/a,发电约200MW,其各项技的流程。在与湿法加料炉组合时,应重点发展对置多术经济指标均优于单独采用Shell气化法。喷嘴气化炉，但喷嘴应设在气化炉的下部，采用Shell炉的形式结构,这样组合的好处是可充分发挥4湿法加料炉的改进意见湿法加料的安全优势,流程简单,易于操作控制,省去了辐射式废锅，完全采用国内的自有技术和装备,投Texaco炉和多喷嘴对置式水煤浆炉主要的问题资较省。是不能提高炉温和气化水煤浆的能量消耗太大,因而改进的重点是如何提高炉温和降低煤浆中水的比例。5结语到目前为止,唯一有效的办法就是将耐火砖改为水冷壁,当然这样作的代价是要增加2%~4%的热耗,而气.将第二代先进的气流床气化法与成熟可靠的化煤浆中水的热耗要远远大于冷壁的热耗。当原料水Lurgi 气化炉相组合,可获得较高的气化效率,既合煤浆中煤/水为60/40时,其气化水所耗的热量约占理地利用了气流床高温烟气的显热,又使Lurgi炉的入炉煤热值的12%;煤/水为65/35时,所耗热量约污染问题得到了解决。占人炉煤热值的9. 7%;煤/水为70/30时,所耗热量这个组合所采用的技术基本上都是先进成熟的约占人炉煤热值的7.7%;煤/水为75/25时,所耗热工艺,应通过消化吸收引进的Shell炉和进一步开发量约占人炉煤热值的6. 0%。对置多喷嘴炉，并与Lurgi炉优化组合建设示范装.上述数据说明,只要将水煤浆的质量浓度由60%置,以考核其运转的可靠性及各项技术经济指标。The Efficiency of Coal Gasifiers and Their Combined ApplicationWu Feng, Yan Wenyan and Yan Chengxin(Yantai Chemical Design Institute, Yantai 264001)Abstract Some technical approaches in terms of second-generation gasification technology developed up to the pre-sent, need to be further improved to meet the requirement of directly gasifying pithead coal in large quantities. Optimizedcombination of entrained flow gasification technology with Lurgi gasifiers can enhance gasification eficiency,overcome pollu-tion problems, simplify the process, lower the consumption, increase the capacity and save investment, which is a practicaland reasonable option for the development of large- scale clean coal utilization projects.Key words entrained flow gasifier, Lurgi gasifier, gasification,fficiency, combination，简讯●中国煤化工云南最大煤化工项0.HCNMHG2005年6月30日,云南省有史以来投资最多、规模最大的煤化工建仪项目一云阐保化L(曲靖)基地200万t/a焦炭.30万t/a煤焦油加工项目在沾益县盘江乡举行了奠基仪式。.该项目主要包括400万t/a选煤装置、200万t/a炼焦装置、30万t/a 煤焦油加工装置、20万t/a 甲醇装置。项目总投资22亿元,计划2006年底第- -座焦炉投产,2007 年全面投产,预计投产后年销售收人可达28亿元,年利润可达5亿元。.