GSPTM煤气化技术的应用

第33卷化肥工业第3期GSPTM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 GSPTM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GSPPM 结构应用Use of GSPTM 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-ment.Keywords GSPMM strueture 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GSPT气化技术是20世纪70年代末,由前民成30 MW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Vresova工厂采化运行的大型粉煤气化技术。该技术-经开发成用GSPTM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(SchwarzePumpe),德国黑水泵公司的目( IGCC)。GSPTM 气化工艺具体应用成功范例见前身劳柏格电厂采用GSPTM气化技术建立了1套表1。200 MW的商业化装置,原料处理能力为30 t/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'M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土可持续技焦。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,(Noell)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2成为GSPM气化技术的拥有者。1999 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( Babeock )电力公司收购。2002830 kt/a二甲醚-期工程的600 k/a甲醇气化岛年德国巴伯高克电力公司破产瑞士可持续技术项目合同与安徽淮化集团签订180 kt/a合成氨控股公司( SUSTEC Holding AG )收购其气化技术和50kt/a甲醇气化岛项目合同。部门并成立全资子公司一德国未来能源有限责任公司。2 GSPM煤气化工艺1.2技术应用GSPTM采用干粉进料、纯氧气流床气化、液态虽然GSPTM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、第33卷化肥工业第3期表1 GSPI 气化工艺应用成功范例气化类型气流床气化炉用户Schwarze PumpeBASF plc SealsandsSokolovskd uheInd ,a. s.所在地Schwarze Pumpe德国Middlesbrough英国Vresova捷克共和国试车19842001计划2005年反应器类型气流床水冷壁气流床,水冷壁热容量/MW20030140压力/MPa2.82. 9温度/C1 400反应器体积/m’!13.55激冷方式完全激冷局部激冷供料系统煤粉/液态供料液态供料1984-1990年前采用普通的及含尼龙合成过程中产生的液体废440 MW IGCC的26个固定床气盐的褐煤气化原料物,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1990年以后采用天然气、污泥、焦产物以及含硫酸铵的有机物品油以及生物质等产品用于IGCC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。GSPT气化工嘴中其中输送煤粉线速度为6 ~8 m/s ;密相煤艺生产合成原料气流程见图1。粉量为350 ~450 kg/m3 ;输送能力为1 200 kg/变换cos水解H2S脱除脱除CO:(cm2.h)。粉煤入炉量测量可通过带称重传感;燕汽凤个燕蒸汽中醇合成器的加料器与入炉煤粉管线上的流量计测量。干费托合成煤煤粉气流输送系统见图2。干煤粉_废气加国友计量应中。输送黑国响门储仓-①!北尘lCO2氮气冷|咨期今却[___淋爪清水冷凝I几可T循环锁斗氮气___昌. 氮气r由黑水处理CLAUS塔密相流化床，四0日干煤粉去气化分图1 GSPT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 ~50 mm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磨机在磨机内将煤碾2.2气体及 气体冷却除尘系统碎到适于气化的微粒(≤250 μm ,≥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 )气化炉的操作压力为2.5 ~4.0 MPa。根据送到煤的加压和投料系统。此系统包括锁斗和给进料的组分和炉渣熔化的情况，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1350~1600C。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CO\l以哭中归工性公洋引|气化怕的8半合0去中n去白+的泊h人水66人土n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3 GSPT 煤气化关键设备通过链条输送机装车运出。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1和激冷室。水冷壁由以碳化硅为屏蔽的冷却盘管mg/m'(标态)后送出界区。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 C。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,以防出的滤饼装车外送。沉降槽上部的灰水与滤液一盘管泄漏或损坏。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 C。气化界区外污水处理系统。炉的结构见图3。原料蒸气/氧气喷嘴干煤粉燕气/氧气加压水出口←水冷壁加压水入口激冷水. 水夹套排流口激冷室合成气出口溢流口粗煤气(/液态涟清图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口处典型气GSP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口处典型气体组成干基)/%项目H2CoCO2N2 +ArCH4H2S合计GSPTM气化工艺23.668.93.14.00.10.3100. 0水煤浆气化工艺36.347. 912.61.2100.0GSPTI气化炉的高效率同时降低了煤和氧气表3 GSPT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。消耗指标GSPTM气化工艺的消耗指标见表3。原料煤(灰分6. 84%低热值27378 kJ/kg)564 kg :GSPT气化炉可以根据用户的要求加以设计氧气(纯度9.6% )315 m2(表4)。蒸汽(300 C A4.5 MPa)56 kg第33卷化肥工业第3期表4不同规模的GSPTM气化炉组合式气化喷嘴结构见图4 ,外观示意图见.小中大图5。由图4可知,由中心向外的环隙依次为氧,项目规模/MW200400800气、氧气/蒸汽、煤粉通道。几根煤粉输送管均布操作压力/MPa .2.5进入最外环隙,并在通道内盘旋,使煤粉旋转喷50 000160 000320 000出。给煤管线末端与喷嘴顶端相切,在喷嘴外形(m'，h-1)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气化室中进行气化。因此从给煤管出口到喷嘴顶尺寸(长x高)y2000x3500 2 900x5 2503 650 x6700端之间只产生很小的热应力。mm高乐电点火工艺包完成关进展情况已商业运行包---火焰探测器在交付中.键计算H一点火用燃料.冷却水一日MPa如果更换粉煤输送过程中的阀门组件操作日一冷却水压力可以提高到4.0 MPa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GSPTM气化炉设--干煤粉计压力均为4.0 MPa。3.2 组合式气化喷嘴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|1犬然气↑年串串，氧气↓干煤粉冷却水图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理。由于固态渣层的自行修复功能,使得水冷固态渣层。该固态渣层的厚度取决于炉内火焰温壁的期望使用寿命在25年以上。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GSPTN煤气化技术优点第33卷化肥工业第3期液态渣(8 )流体上进下出,单喷嘴,水激冷流程,设备和工艺简单投资省建设周期短。膜式壁加压，冷却水固态渣5 GSPM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42222 kt预计到2010年对合成氨的需求量大约为47000kt。抓钉中国的合成氨装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,1500TubeSiCSiag所以急需技术改造。这为用粉煤为原料采用先进3.5mm.i =50WpkA =8Wmk=1Wmk的GSPTM气化技术开辟了广阔的市场。1000(2)甲醇甲醇在中国不仅是化学工业中重要的中间产品,而且是正在迅速发展的汽车燃料。中国现有500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250原料通过先进的煤气化技术(如GSPTM气化技术)来扩大现有的生产能力增强市场竞争力。0510I52025( 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厂( IGCC)煤掺混使用。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GSP"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,-般在1450~1600C。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(