煤气化炉技术介绍

煤气化炉技术介绍主要内容煤气化技术概述煤气化技术发展现状几种典型煤气化炉煤气化炉是以煤基为能源的化工系统和IGCC发电装置中制备合成煤气的关键部件，尽管其已有100多年的发展历史，但大型煤气化炉技术仍是能源和化工领域的高新技术，是目前洁净煤技术发展的核心技术和研究热点。该技术的突破必将带动化工、电力、煤炭等行业的发展，具有影响全局的作用。大容量的、能量转化率高的煤气化炉是最终实现IGCC发电装置成功应用和煤在化工行业中高效清洁利用的关键所在。1.煤气化技术概述煤气化技术概述煤气化技术概述1.1煤气化原理气化炉是将煤炭、石油焦、生物质等燃料转化为合成气的装置。煤气化技术概述1.2煤气化系统流程简图氧气1.3煤气化产物的用途煤气化煤气化技术概述煤气化技术概述气化炉固定床流化床气流床BGL、UGIU-Gas、KRWHTW、HY-Gas1.4煤气化炉分类Shell、TexacoGSP、E-GasPrenflo、三菱1.4.1按物料在炉内的流动状态来分煤气化技术概述气化炉水煤浆气化干粉气化TexacoShell、GSP、三菱气化炉纯氧气化空气气化三菱Shell、TexacoGSP、BGL1.4.3按气化介质来分1.4.2按进料方式来分煤气化技术概述国外拥有煤气化炉技术的公司主要集中在设备制造企业，其中具有影响力的主要有：荷兰Shell公司、美国GE公司、德国西门子公司、日本三菱公司、英国煤气公司等。GE收购了Texaco气化炉技术，并且收购了WabashRiver电站，直接参与电站的运行，作为其产品开发和放大的试验基地；西门子收购了GSP气化炉技术；日本三菱公司拥有吹空气的煤气化炉技术；英国煤气公司拥有BGL煤气化炉技术。2.煤气化技术发展现状2.1国外煤气化技术煤气化技术发展现状研发单位名称主要技术ShellShell气化技术GETexaco气化技术燃机技术西门子GSP气化技术燃机技术三菱吹空气气化技术燃机技术英国煤气公司BGL气化炉国外煤气化技术煤气化技术发展现状国内研发机构及企业西安热工研究院中科院工程热物理研究院中科院山西煤炭化学研究院东南大学华东理工大学清华大学兖矿集团有限公司山西潞安矿业（集团）公司绿色煤电有限公司北京航天万源煤化工有限公司国内哈锅、上锅已有煤气化炉的加工制造经历；西安热工研究院以及中科院已具备IGCC方案设计能力。1.4.2国内煤气化技术以项目为依托直接推向市场濮阳临泉煤气化技术发展现状国内主要的自主煤气化技术●多喷嘴水煤浆加压气化技术●两段式干煤粉加压气化技术●四喷嘴对置式干粉煤加压气化技术●循环流化床部分煤气化技术●灰熔聚煤气化技术●多元料浆加压气化技术●航天炉煤气化技术发展现状气化炉在国内应用状况2008年底统计结果，国内正在运行的煤气化炉情况如下：■约4000台固定床间歇式气化炉■30台碎煤加压气化炉（鲁奇炉）■11台恩德炉（流化床）■7台灰融聚气化炉■8台国产水煤浆气化炉■30台GE水煤浆气化炉■20台壳牌干粉煤气化炉煤气化技术发展现状●BGL气化炉●GSP气化炉●三菱吹空气气化炉●Texco气化炉●Shell气化炉3.几种典型煤气化炉技术从目前的应用情况来看，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的气流床气化炉，包括Texaco、Shell、GSP、Prenflo、E-Gas。另外，还有以空气为气化剂的气化炉和部分煤气化的循环流化床气化炉。下面选取比较有代表性的Shell、Texaco、GSP、BGL、三菱共五种气化炉作简要介绍。几种典型煤气化炉技术几种典型煤气化炉技术3.1BGL煤气化炉●20-50mm块煤，细粉比例不能大于35%；●需加入适量的助熔剂；●水冷夹套结构，内层为耐火材料；●气化产物含有一定的焦油和苯酚，分离较困难。BGL气化炉是由英国煤气公司与Lurgi联合开发的BGL气化炉的优点如下：(1)与流化床或气流床气化相比，耗氧量较低；(2)熔渣区的高温气化使反应速度加快，处理量增大以及不受煤的反应性影响；(3)炉内存煤量大，在发生煤源中断时能保证安全运行。负荷调节容易，开、停工快；(4)喷嘴中可喷入煤粉，本工艺冷凝后的焦油油类，所产生含酚废水可制成水煤浆自喷嘴入炉气化；(5)高温区位于炉底中心线周围，使高温运行不致发生随之而来的炉体材料问题。BGL气化炉的缺点有：(1)炉气化以块煤为主，在不易获得块煤的地方就不便采用；(2)煤种适应性差，要求采用低灰含量、低灰熔点的煤，当使用高灰熔点煤时，就需加入助熔剂；(3)炉内所用耐火材料需能耐高温和抗腐蚀性能，必须致密、孔径小，不含活性铁，对排渣口的耐火材料要求更高；(4)BGL气化炉中，排渣是整个操作的关键问题，此项操作较鲁奇干灰炉更为复杂；(5)有含酚废水排出，需用生化处理等方法加以净化；(6)煤气中CO含量较高，甲烷含量较低(与鲁奇干灰炉相比)，更适于作燃料气。BGL煤气化炉的特点几种典型煤气化炉技术GSP气化炉的结构示意图3.2GSP煤气化炉几种典型煤气化炉技术GSP气化技术最早是由前东德的德意志燃料研究所(简称DBI)从1975年起开发的能源技术，可用于处理固体燃料，尤其是低品位褐煤，后来几经易主，现已被德国西门子公司收购。●进料方式：干法和湿法均有；●气化温度为1300℃～1500℃；●采用气化室和激冷室结构；●外壳为水冷夹套结构，减少热损失，提高效率；●内层分水冷壁和耐火砖两种。GSP煤气化炉组合式气化多喷嘴结构示意图几种典型煤气化炉技术几种典型煤气化炉技术●GSP煤气化工艺（干法进料）几种典型煤气化炉技术(1)GSP气流床气化技术具有气流床气化的突出优点：煤种适应广、处理能力大、气化效率高、碳转化率高、环境友好等。(2)GSP气化的给料有干法和湿法两种，可以气化煤，也可以处理其他化工过程的废弃物及下脚料，如：化学废液和煤焦油。(3)GSP气化炉的气化室有耐火砖和水冷壁两种结构。可以根据原料的不同性质选取不同的结构。(4）GSP气化工艺的整个气化炉外壳为一水夹套结构，减少热损，提高了整体热效率。(5)GSP气化技术的工艺运行烧嘴与开工烘炉烧嘴为组合结构，这样可使整个开车过程简单、迅速。(6)GSP气化炉同样适应于大规模，目前已设计出热功率500MWth相当于日处理煤2000吨的气化炉。GSP煤气化炉的特点几种典型煤气化炉技术在中国，GSP技术许可包括气化岛的性能保证，工艺包设计，专有设备的供应，还可以依据客户的要求提供从项目开始的可行性研究、前端设计到后期的现场服务、操作及维护的一系列服务。2007年5月，神华宁煤烯烃项目的520,000mn3/hGSP气化技术许可与专有设备采购和设计合同正式生效。该项目是宁东煤化工基地的重点项目，也是目前世界上规模最大的煤基烯烃项目，其中间产品167万吨甲醇，最终产品50万吨聚丙烯，总投资约160亿元人民币。该项目采用5台500MWth(日投煤量约2000吨)GSP气化炉。2007年9月，山西兰花煤化工有限责任公司的“晋城3052项目”西门子（GSP）气化技术许可与专有设备采购和设计合同正式生效。此项目使用2台500MWth(日投煤量约2000吨)GSP气化炉。这是先进的大型粉煤气流床气化技术第一次应用于山西省大型煤化工项目，为充分利用高灰熔点，高硫的无烟粉煤提供了一种清洁环保高效的解决方案。GSP气化技术的应用几种典型煤气化炉技术空气为氧化剂、干法供料的、两段气化的气流床气化炉。三菱公司于2005年开始建设了一个25万千瓦级的IGCC示范电站，并于2008年通过满负荷试运。该项目采用三菱重工燃机、吹空气气化炉。3.3三菱吹空气煤气化炉几种典型煤气化炉技术●三菱吹空气煤气化技术工艺流程几种典型煤气化炉技术●水煤浆供料●液态排渣炉●内壁衬有多层耐火砖●水煤浆和氧气从炉顶的燃烧器高速连续地喷入部分氧化室，高温状态下工作的喷嘴设有冷却水装置，水煤浆喷入气化炉内迅速发生反应，数秒钟内完成气化过程。●气化炉的下部因冷却方式不同有2种形式，一种是激冷型冷却方式，一种是全热回收型。几种典型煤气化炉技术Texaco激冷型气化炉Texaco全热回收型气化炉3.4Texaco煤气化炉●Texaco煤气化技术的工艺流程煤气化炉技术●德士古气化炉●湿法进料（水煤浆）●气化温度1260-1540℃●煤粉粒度0.1mm●Texaco煤气化工艺流程(1)对煤种有一定适应性各种烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣均可作为气化原料，以年轻烟煤为主，对煤的粒度、粘结性、硫含量没有严格要求。但是，国内企业运行证实水煤浆气化对使用煤质仍有一定的选择性：灰熔点温度t3低于1350℃；煤中灰分含量不超过15%，越低越好，并有较好的成浆性能，才能使运行稳定，并能充分发挥水煤浆气化技术的优势。(2)气化压力高：工业装置使用压力在2.8～8.5MPa之间。(3)气化技术成熟制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化温度：1350～1400℃温度，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。有激冷和废锅两种类型。(4)合成气质量较好其有效组分（CO+H2）含量占80%，甲烷量0.1%。碳转化率95～99%。冷煤气效率70～76%，气化指标较为先进。由于水煤浆中含有35～40%水分，因而氧气用量较大。(5)对环境影响较小气化过程不产生焦油、萘、酚等污染物，故废水治理简单。高温排出的熔渣，冷却固化后可用于建筑材料，填埋时对环境也无影响。Texaco煤气化炉的特点几种典型煤气化炉技术(1)水煤浆气化氧耗高比氧耗一般都在400mn3/1000mn3(CO+H2)以上，而Shell粉煤气化一般在330mn3/1000mn3(CO+H2)左右。(2)需热备用炉气化炉一般开二个月左右就要单炉停车检修，或出现故障，须有计划地停车，而备用炉必须在1000℃以上才可投料，若临时把冷备用炉升温至1000℃以上，势必影响全系统生产，所以有备用炉应处于热备用状态的要求，而维持热备用炉耗能较大。(3)气化炉耐火材料寿命短我国多选用法国砖（沙佛埃耐火材料公司），其寿命为1～1.5年。其中渭河化肥厂开车一年，三台气化炉向火面砖全改换过，一炉砖需75万美元，而且换一炉砖周期长，影响生产二个月。目前，我们国内正研制价廉、耐高温侵蚀，而且使用寿命长的耐火材料。(4)工艺烧嘴寿命短烧嘴的稳定运行是操作好气化炉的另一个重要因素。Texaco气化炉烧嘴的寿命短（2个月左右）而且昂贵（8万美元/个）。(5)激冷环寿命短激冷环使用寿命短，一般只有1年左右。Texaco煤气化炉存在的问题几种典型煤气化炉技术Texaco气化技术在中国的应用有着30多年应用经验的Texaco煤气化技术在中国应用快二十年了，是较成熟的煤气化技术。从技术的掌握和操作的熟练，设备的国产化和配套的耐火材料的制造都有较大优势。但Texaco煤气化技术水煤浆中含有40%的水，使它的热值降低；对煤质的限制变得较严格，如成浆性差的煤、灰分较高、灰熔点高的煤经济性较差；每炉耐火砖要50万美元，进口的要100万美元，寿命不到2年；价值15万美元的喷嘴只能运行2个月左右就要拆下修理。这些缺点也同时制约了Texaco气化技术在国内的发展。表4为Texaco气化炉在中国的业绩。Texaco气化炉在中国的业绩主要在2006年以前，2006年以后，Texaco基本上在中国没有拿到新的订单，水煤浆煤气化市场正逐步被新兴的国内技术所替代。几种典型煤气化炉技术Texaco气化炉在中国的业绩序号名称单台投煤量t/d台数压力Mpa签约时间产品1鲁南化肥3602+12.61989氨，甲醇2上海焦化5003+13.921992甲醇3陕西渭河750、10243+16.371992氨，甲醇4浩良和5001+141997合成氨5淮南化工5002+142002合成氨6金陵大化7502+142003合成氨7南京大化15001+18.72002合成氨8神木化工5002+142002甲醇9兖矿榆林15002+16.52003甲醇10上焦二期5002+142003甲醇11南化14001+18.7200312兖矿国宏10002+14200513惠生5002