国内煤气化炉技术介绍资料

煤气化炉技术介绍GSP气化炉的结构示意图GSP煤气化炉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煤气化工艺（干法进料）(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气化技术的应用航天炉又名HT-L粉煤加压气化炉。航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承1500℃至1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化。该工艺煤种适应性广，从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化，对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。航天炉三条相同的进煤管线粉煤过滤器S-1103粉煤贮仓V-1201V-1204粉煤锁斗V-1205粉煤给料罐中压汽包V-1302原料煤贮仓V-1101磨煤机A-1101惰性气体发生器F-1101原料煤高压氮气空气燃料气渣称重给煤机X-1101氧气加热器E-1309P-1301A/B汽包循环泵F-1301气化炉洗涤塔C-1301高压闪蒸罐V-1401真空闪蒸罐V-1404除氧器V-1408灰水罐T-1401沉降槽S-1401过滤机S-1402锅炉给水中压过热蒸汽氧气粗合成气去火炬粗合成气脱盐水闪蒸气去火炬冷凝液来自变换低压饱和蒸汽滤饼污水中压蒸汽渣锁斗V-1303Q-1401/V-1411捞渣机备煤系统气化及合成气洗涤系统渣及灰水处理系统V-1309氧气缓冲罐航天炉工艺流程：1、以干煤粉为原料，对煤种适应范围宽;2、该工艺过程对煤的特性，例如煤的粒度、粘结性、含水量、含硫量、含氧量及灰份含量均不敏感，对于灰熔点较高的煤，可加入助溶剂(石灰石)，改变溶渣能；3、气化炉为水冷壁结构，可对粉煤进行高温气化，气化温度为约1400～1600℃，最高能到1800℃，碳转化率高达99%以上，冷煤气效率可达到78～83%,产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体（CO+H2）达到90%左右;4．氧耗低，与水煤浆气化相比，氧耗低15～25%，因而为之配套的空分装置投资可减少;5、采用激冷流程除灰，同时冷却合成气，气体中汽/气比较高；6、一次投资较少，运行维护成本也较低。航天炉煤气化的特点据专家测算，应用航天炉建设年处理原煤25万吨的气化工业装置，一次性投资可比壳牌气化炉少3亿元，比德士古气化炉少5440万元；每年的运行和维修费用比壳牌气化炉少2500万元，比德士古气化炉少500万元。它与壳牌、德士古等国际同类装置相比，有三大优势：一是投资少，比同等规模投资节省三分之一；二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面积推广。应用航天炉的优势航天炉粉煤加压气化工艺航天炉、Shell、Texaco三种气化指标比较名称航天炉ShellTexaco比氧耗(Nm3/KNm3)330-360330-360410-430有效气成分CO+H2(%)89–9189–9378–81碳转化率(%)999998冷煤气效率(%)80–8380–8371–76煤气化热效率(%)~959686原料煤输送形式干粉,气体输送干粉,气体输送水煤浆,泵输送烧嘴寿命10年,每6个月维修头部10年,每1.5年维修头部每1.5个月维修头部水冷壁或耐火砖寿命水冷壁结构简单，属圆筒盘管型，水路简单，易制造，寿命10年水冷壁呈多段竖管排列，水路复杂，合金钢材质，制造难度大，寿命10年昂贵的耐火砖只能用一年原料煤的适应性气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化对煤种要求高（灰熔点低于1250度，成浆性好）,无法实现原料煤本地化电耗低因有激冷气压缩机和反吹气压缩机,所以电耗较高低华东四喷嘴对置式水煤浆技术水煤浆通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的预膜式喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉，在炉内形成撞击流，强化热质传递，完成雾化和气化反应过程。。四喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图多喷嘴对置式水煤浆装置技术特点（1）气化工艺指标先进碳转化率＞99%；合成气中(CO+H2)含量达到85%；比氧耗、比煤耗均比水煤浆气化技术低；（2）设备使用寿命长直筒段耐火砖和锥底耐火砖状况良好，至今未更换，预期直筒段耐火砖寿命可以超过18000h，锥底耐火砖寿命可以超过10000h；喷嘴使用寿命长，目前喷嘴最长使用时间90d，且无明显的尺寸改变；（3）气化初步净化工艺先进采用了混合器、旋风分离器、水洗塔组合的合成气分级净化工艺，经实践证明，工艺效果优良，出水洗塔的合成气含固量低(＜1mg/Nm³)，系统运行稳定；（4）渣水处理工艺先进采用高压含渣水闪蒸蒸汽与灰水直接接触换热的工艺，提高了换热效率，最大程度地回收含渣水中热量，并且避免了水煤浆气化技术中常见的灰水换热器的结垢、堵灰现象；四喷嘴气化炉碳转化率98.3%单喷嘴气化炉碳转化率96.0%两段炉两段式干煤粉加压气化技术是西安热工研究院有限公司历经10余年的研究，并与2004年，建成了日处理煤量36～40t/d（10MWth）的干煤粉加压气化中试装置；2006年，开发成功1000～2000t/d级的干煤粉加压气化工业装置的大型粉煤气化技术煤气化炉气化温度均可达到1400℃以上，气化反应压力可达到4.0MPa，碳转化率达99%以上，有效气体成份（CO+H2）达90%以上。两段炉出厂图两段式煤气发生炉反应原理两段式煤气发生炉是在单段式煤气发生炉上增加了一个干馏段，适合多种煤种，如不粘结无烟煤、烟煤、长焰煤等，制取干馏煤气和气化煤气相混合的双重煤气。原料煤入炉后在炉子上段进行低温干馏。生成热值较高的低温干馏煤气，煤被干馏变成热半焦落入下段进行气化。炉底通入空气、水蒸气与焦炭反应生成的发生炉煤气，并为上部煤的干馏提供热源。两段式煤气发生炉自上而下，首先煤从炉顶煤仓经煤阀进入炉体，煤在干馏段经过充分的干燥和长时间的低温干馏，逐渐形成半焦，进入气化段，炽热的半焦在气化段与炉底鼓入的气化剂充分反应，经过炉内还原层，氧化层而形成灰渣，由炉栅驱动从灰盆自动排出两段式气化炉技术特色与优势：1．气化温度范围1300～1700℃，气化反应压力0.5～4.0MPa，碳转化率达99%以上，有效气体成份（CO+H2）达90%以上。不产生焦油、酚等凝聚物，不污染环境，合成气质量好。2．煤种适应性好，可气化褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤以及高灰分、高灰熔点煤，运行稳定可靠。3．气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣，无耐火砖衬里，维护量少，无需备炉。水冷壁寿命长达20年，烧嘴寿命长达10年。4．与国外先进干法气化技术相比，冷煤气效率提高2～3个百分点，比氧耗低10～15％；与水煤浆气化技术相比，冷煤气效率提高7～10个百分点，比氧耗降低20％～30％；5．可省略冷煤气循环激冷流程，使得系统自耗功大幅度降低；同时煤气冷却器及净化系统的设备尺寸减小1/2；6．两段式干煤粉气化炉可配套适合于化工领域的激冷流程和适合于电力领域的废锅流程；7．气化系统全部国产化，比国外先进干法气化炉造价低40%左右。清华炉（非熔渣—熔渣分级气化技术）通过氧气的分级加入，将煤的气化反应过程从3个阶段变为5个阶段，即脱水分和挥发份→燃烧→气化→再燃烧→再气化。清华炉清华炉流程清华炉工艺过程如左图所示。原料（水煤浆、干煤粉或者其它含碳物质）通过给料机构和燃料喷嘴进入气化炉的第一段，采用纯氧作为气化剂，采用其它气体如O2或与O2以任意比例相混合的CO2、N2、水蒸汽等作为预混气体调节控制第一段氧气的加入比例，使第一段的温度保持在灰熔点以下；在第二段再补充部分氧气，使第二段的温度达到煤的灰熔点以上并完成全部的气化过程。清华炉的流场改变分级给氧气流床气化炉的流场更为合理，如左图所示。由于二次给氧在氧气入口处形成反扩散火焰，氧气进入了炉顶部区域。请注意：传统的气化炉没有水平方向的给氧，在炉顶部形成了缺氧的黑区，不能承担气化反应，分级给氧工艺二次给氧反扩散火焰的卷吸使部分煤颗粒和氧进入炉顶部区域。分级气化炉内速度矢量分布不分级气化炉x-y平面速度矢量分布分级气化炉x-z平面速度矢量分布清华炉的技术特点（1）通过氧气分级供给，气化炉主烧嘴和侧壁氧气喷嘴分别向气化炉内加氧，改变了主烧嘴局部区域氧化强度过高的状态，使气化炉轴向温度均衡并有所提高，充分发挥气化炉全容积的气化功能。（2）在主烧嘴中心通道采用氧含量从0到100%的不同气体作为主烧嘴预混气体，不仅调整了火焰中心的温度，而且调整了火焰中心距主烧嘴端面的距离，有利于降低主烧嘴端部温度，延长其使用寿命。（3）生产甲醇时，采用CO2作预混气体，不仅可以保护主烧嘴，还可以使气化炉内起控制作用的变换反应向CO方向移动，提高有效气体成份采用两级给氧气化炉。结束语中国的煤化工建设热，对煤气化技术呈现出巨大的需求。近几年，国内外各种气化技术纷纷登场，中国已经成为世界上煤气化技术应用种类最多的国家。从应用情况看，国外技术仍占主导地位。国内自主知识产权水煤浆气化技术发展迅速，后来居上，已逐渐取代Texaco。干煤粉气化技术较为先进，但系统较为复杂，国产技术的发展远不及水煤浆气化技术，目前仅有北京航天万源煤化工和西安热工院在干煤粉气化方面取得了一定的突破，其示范装置尚处于试车阶段。国产自主大型干煤粉气化技术在我国大型煤化工和IGCC项目中的应用尚需工程验证，国产干煤粉气化技术要在国内市场占据主导地位，仍有较长的路要走。