科林高压干粉煤气化工艺技术分析赵小倩,胡长胜(大唐能源化工有限责任公司 北京 100000)摘要 介绍了科林高压干粉煤气化的工艺流程、工艺特点。

对该气化技术的可操作性进行了分析,并与国内应用的2种煤气化工艺(干粉煤废锅气化工艺和水煤浆加压气化工艺)数据进行了简单对比。

科林高压干粉煤气化工艺具有设备结构简单、煤种适用性更宽、消耗低和设备国产化程度高的特点。

关键词 粉煤气化 工艺特点 技术分析本文作者的联系方式:changs h engzydh @163.co mTechnol ogical Anal ysis on Choren H igh -Pressure PulverizedCoal G asification ProcessZhao X iaoqian ,H u Changsheng(Datang Energy and Che m ica l I ndustry Co .,Ltd . Beiji n g 100000)Abst ract The process and features of Choren h i g h -pressure pulveried coal gasifi c ation are presented .Operab ility o f the gasification techno logy is ana l y sed .And t h e operati o n data as co m paredw it h the other t w o coal gasification pr ocesses ,.i e .pulverized coal gasification processw it h w aste heat bo iler and coa-l w ater slurry pressure gasification process ,usi n g i n Ch i n a are described briefly .Cho ren h igh -pressure pu l v erized coal gasification process is featured w ith si m ple i n equip m ent str ucture ,w ider app licab ility of coal variety ,lo w er consum ption and high loca liza ti o n of equip m en.tK eyw ords pulver ized coal gasification process feature techno l o g ica l analysis 煤气化工艺在很大程度上影响到煤化工产品(电力)的成本和效益,选择高效、低耗、无污染的煤气化技术是发展煤化工的前提。

现就国内近期引进的激冷流程的科林高压干粉煤气化技术进行总结,以供参考。

1 技术来源及发展历程科林高压干粉煤气化炉简称为CCG 炉(Cho ren Coal Gasifier)。

该技术起源于前东德燃料研究所,于20世纪70年代末开始开发,目的是利用当地褐煤生产城市燃气。

1979年在弗莱贝格市建立了1套3MW 中试装置,完成了一系列基础研究和工艺验证工作,试验煤种分别来自德国、中国、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、澳大利亚、捷克等国家。

1984年在黑水泵市(SC HWARZ PUM PE)建立了1套130MW (日投煤量为720t)水冷壁煤气化炉工业化装置,气化当地褐煤制取城市燃气,有8年的工业化生产经验。

燃料研究所和黑水泵厂的技术骨干发起成立了科林的前身公司,继续致力于煤气化技术的研发,并把运行中出现的问题进行了设计更改和完善,推出了一套完整优化的气化技术。

2 科林CCG 技术与西门子GSP 技术的联系和区别科林公司和西门子公司所提供的煤气化技术均是在前东德燃料研究所早年的过期专利和黑水泵厂130MW 气化炉的基础上进行放大和改进,然后形成了各自新的专利体系。

两种技术均以干粉煤进料,磨煤和干燥的要求相似;均采用环状盘管水冷壁结构;化工项目均采用全激冷流程,西门子为I GCC 发电项目也开6发了部分激冷流程;均为烧嘴顶置下喷,不同的是西门子采用了组合烧嘴设计,将点火烧嘴与粉煤烧嘴集成在一起,而科林公司沿用了经黑水泵气化炉验证的多喷嘴设计。

由于在烧嘴上的不同布置,使得两种技术具有了一定的独立性,均有各自的专利保护,避免了知识产权冲突。

组合烧嘴和多烧嘴虽各有优劣,但由于都是顶置下喷设计,其实并不构成本质差异。

西门子公司在传统上是一家设备制造公司,所以除了收取专利费和设计费外,要求烧嘴、气化炉甚至给料斗都必须从西门子公司购买。

而科林公司是一家专利商,只要求用户从科林公司购买其生产的烧嘴,可以做到95%的设备国产化,如兖矿贵州开阳500kt/a合成氨项目采用的科林气化炉就是由大连金州重型机械厂整体制造。

这就构成了气化岛投资的巨大差异:西门子公司的宁煤项目采用了5台日投煤量为2000t的气化炉,气化岛造价为25~28亿元;科林公司的兖矿贵州开阳项目采用2台日投煤量1500t的气化炉,气化岛造价约为5亿元。

3工艺流程与其它粉煤气化工艺一样,CC G气化工艺过程也主要是由给料系统、气化炉和粗煤气洗涤系统组成,即备煤、气化和气体处理三部分组成。

原料煤被碾磨为100%的粒度<100L m和80%的粒度<65L m后进行干燥,然后通过浓相气流输入系统送至烧嘴,在反应室内与工业氧气和水蒸气在高温、高压条件下反应,产生合成气。

根据煤炭的组分和灰熔特性,通过氧煤比调节气化温度(控制炉内化学反应的剧烈程度),一般控制在1400~1700e。

反应室内壁为水冷壁,在水冷壁传热面形成固定渣层,进行炉壁冷却并防止流动渣对炉壁的冲刷。

生成的合成气及液态灰渣离开反应室向下流动,在激冷室中被水冷却,液态灰渣被水浴固化成颗粒状。

灰渣经锁斗系统排出,然后从排放水中分离并通过捞渣机运出。

合成气被蒸汽饱和,离开气化炉的温度约为210e。

气化炉外壳的表面温度低于100e。

原料气化和达到气体平衡所需的热量由原料碳氧化成CO2和CO所提供。

气化温度的选择是由原料煤的物理和化学性质(如灰熔点等)决定。

4技术特点(1)CCG气化炉为多喷嘴顶置的形式,分为1个引燃烧嘴和3个煤粉烧嘴。

在开车和停车时,利用液化气混合氮气作为引燃烧嘴的燃气。

在气化炉运行过程中,出于安全考虑,引燃烧嘴在较小的功率下运行(长明灯),可以利用循环回送的合成气作为引燃烧嘴的燃料。

由于长明灯反应放热也是气化反应所需的,所以并不会造成额外的能量损耗。

(2)煤粉、氧气和水蒸气通过烧嘴进入反应室,发生部分氧化反应。

反应室是由齿形蛇管卷水冷壁围成的圆柱形空间,上部为烧嘴,下部为排渣口,粉煤与氧气、水蒸气的气化反应在此空腔内进行。

第1次开车后,水冷壁被挂上1层渣,在后续运行中利用以渣抗渣的原理保护水冷壁。

正常运行时,炉体内温度为1400~1700e,经过渣层后温度降至500e左右,再经过16.5mm厚的屏壁和Si C填充物,温度降至270e左右,水冷壁内的加压冷却水的温度为250e左右。

水冷壁气化炉的优点是炉体实际承受的温度较低,水冷壁承温<500e,外层壳体内壁温度<250e,气化炉外壳的表面温度<100e,不易损坏,故可以气化灰熔点较高的煤种。

(3)粉煤在烧嘴内移动的速率约为10m/s,主要靠高速的氧气带动粉煤形成旋流参与反应,因此磨蚀不严重,喷嘴寿命可达5年以上,仅需每年检修头部向火面。

检修更换烧嘴仅需8h。

(4)由于气化温度高,碳转化率可达99%。

(5)合成气中有效成分(CO+H2)体积分数高达90%~93%。

(6)冷煤气效率高达80%~83%。

(7)适应的煤种广泛,褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、石油焦都能适用。

(8)生产1000m3有效气(CO+H2)煤耗为550~600kg,氧耗为290~360m3(标态)。

(9)氧耗比水煤浆法低15%~20%,因此可节省配套空分装置的投资。

(10)因采用顶置多喷嘴操作,生产负荷可调节幅度为50%~110%,也易于放大装置能力。

75可操作性分析事实证明,各种气化技术在低负荷(60%~ 80%)、频繁停车的情况下,碳转化率、冷煤气效率、有效气含量、比煤耗及比氧耗都难以达到设计要求,甚至偏差很多。

因此,提高装置的可操作性,达到装置长周期、高负荷运行是增效降耗的唯一途径。

(1)备煤系统能否正常运行是影响气化负荷的一个重要因素。

科林粉煤制备系统改变了其它粉煤低压输送采用落差和螺旋输送机的方式,全部采用低压气力输送,避免了由于动设备故障导致粉煤供应不足而造成气化装置降负荷运行,甚至停车。

(2)采用多喷嘴同向顶置下喷设置,避免了烧嘴间的磨蚀,大大延长了烧嘴寿命,不会出现烧嘴罩泄漏的现象。

(3)采用激冷流程,避免了由于废热锅炉换热管积灰导致换热器出口温度高而影响高负荷生产的问题,同时也避免了由于高温高压过滤器滤棒断裂导致的停车事故。

高温高压陶瓷过滤器的过滤元件国内目前尚不能制造,每年需更换1次,费用为500万元。

(4)废锅流程的气化炉、合成气冷却器(对流式废热锅炉)、输气导管的内件、烧嘴、粉煤阀、渣阀、灰阀、陶瓷过滤器内件等国内尚不能制造,需耗费大量外汇;气化炉、合成气冷却器、输气导管、陶瓷过滤器、高压氮气缓冲罐等属大型超重设备,其运输和吊装比较困难。

由于CC G气化工艺采用激冷流程,设备结构简单,外形尺寸小,装置投资少;对于投煤量相同的气化炉,激冷流程气化框架高度只有废锅流程的一半,质量只有其20%左右;气化岛投资只有其50%~60%。

CCG气化技术的煤种适应性更宽,煤、水、电耗量少,连续运行时间长。

总体而言,CCG气化技术效率和消耗与干粉煤废锅技术基本相当,而投资大大低于干粉煤废锅技术。

(5)喷嘴顶置下喷的方案可以使高温粗煤气及灰渣流向相同,以确保燃烧室排渣顺畅。

6气化工艺对比几种主要的气化工艺对比见表1。

表1几种主要气化工艺对比项目干粉煤废锅气化技术水煤浆加压气化技术科林CCG气化技术原料的适应性适应各种煤适应成浆性好、灰熔点低的各种煤适应各种煤、油、气1000m3(标态)有效气煤耗/t~0.69~0.72~0.691000m3(标态)有效气氧耗/m3~330~389~330气化温度/e1400~17001300~15001400~1700气化压力/M Pa[4.00[8.54[ 4.00最大单炉处理煤能力/(t#d-1)300015001500气化炉配置单炉需有备用炉单炉或多炉单炉烧嘴配置多组对置单个顶置或多个对置多个顶置气化炉结构水冷壁耐火衬里水冷壁气化炉直径/mm5450052794(53175)52900热回收废锅、水冷壁废锅或激冷激冷煤气除尘冷煤气激冷,过滤,洗涤洗涤洗涤主要易损件高温过滤器,烧嘴耐火衬里,烧嘴烧嘴输煤方式气体压送水煤浆泵送气体压送单炉连续运行周期/月~123~4~12磨煤方法干磨同时干燥湿磨干磨同时干燥气体与炉渣流向逆流顺流顺流国产化水平关键设备引进国产化率高国产化率高工业应用业绩国外用于联合循环发电,国内用于合成氨和甲醇生产国内外成功用于联合循环发电、合成氨和甲醇等国外成功用于联合循环发电和甲醇等投资比较/%150~17090~110100 87结语通过干粉煤废锅气化技术、水煤浆加压气化技术及科林CCG气化技术比较可看出,这3种气流床气化工艺都是先进的煤气化技术。