煤氣化爐技術介紹

1、 煤氣化爐技術介紹u煤氣化技術概述煤氣化技術概述u煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀u幾種典型煤氣化爐幾種典型煤氣化爐 煤氣化爐是以煤基為能源的化工系統(tǒng)和IGCC發(fā)電裝置中制備合成煤氣的關鍵部件，盡管其已有100多年的發(fā)展歷史，但大型煤氣化爐技術仍是能源和化工領域的高新技術，是目前潔凈煤技術發(fā)展的核心技術和研究熱點。該技術的突破必將帶動化工、電力、煤炭等行業(yè)的發(fā)展，具有影響全局的作用。大容量的、能量轉化率高的煤氣化爐是最終實現IGCC發(fā)電裝置成功應用和煤在化工行業(yè)中高效清潔利用的關鍵所在。1.1.煤氣化技術概述煤氣化技術概述煤氣化技術概述煤氣化技術概述煤氣化技術概述煤氣化技術概述1.1 煤氣

2、化原理煤氣化原理氣化爐是將煤炭、石油焦、生物質等燃料轉化為合成氣的裝置。氣化爐是將煤炭、石油焦、生物質等燃料轉化為合成氣的裝置。煤氣化技術概述煤氣化技術概述1.2 煤氣化系統(tǒng)流程簡圖煤氣化系統(tǒng)流程簡圖氧氣氧氣1.3 煤氣化產物的用途煤氣化產物的用途煤氣化煤氣化煤氣化技術概述煤氣化技術概述煤氣化技術概述煤氣化技術概述氣化爐氣化爐固定床固定床流化床流化床氣流床氣流床BGL、UGIU-Gas、KRWHTW、 HY-Gas1.4 煤氣化爐分類煤氣化爐分類 Shell、Texaco GSP、 E-Gas Prenflo、三菱、三菱1.4.1 按物料在爐內的流動狀態(tài)來分按物料在爐內的流動狀態(tài)來分煤氣化技術

3、概述煤氣化技術概述氣化爐氣化爐水煤漿氣化水煤漿氣化干粉氣化干粉氣化TexacoShell、GSP、三菱、三菱氣化爐氣化爐純氧氣化純氧氣化空氣氣化空氣氣化三菱三菱 Shell、Texaco GSP、 BGL1.4.3 按氣化介質來分按氣化介質來分1.4.2 按進料方式來分按進料方式來分煤氣化技術概述煤氣化技術概述 國外擁有煤氣化爐技術的公司主要集中在設備制造企業(yè)，其中具有影響力的主要有：荷蘭Shell公司、美國GE公司、德國西門子公司、日本三菱公司、英國煤氣公司等。GE收購了Texaco氣化爐技術，并且收購了Wabash River電站，直接參與電站的運行，作為其產品開發(fā)和放大的試驗基地；西門子

4、收購了GSP氣化爐技術；日本三菱公司擁有吹空氣的煤氣化爐技術；英國煤氣公司擁有BGL煤氣化爐技術。 2. 煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀2.1 國外煤氣化技術國外煤氣化技術煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀研發(fā)單位名稱研發(fā)單位名稱主要技術主要技術ShellShell氣化技術氣化技術GETexaco氣化技術氣化技術 燃機技術燃機技術西門子西門子GSP氣化技術氣化技術 燃機技術燃機技術三菱三菱吹空氣氣化技術吹空氣氣化技術 燃機技術燃機技術英國煤氣公司英國煤氣公司BGL氣化爐氣化爐國外煤氣化技術國外煤氣化技術煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀國內研發(fā)機構及企業(yè)國內研發(fā)機構及企業(yè)西安熱工研究

5、院西安熱工研究院中科院工程熱物理研究院中科院工程熱物理研究院中科院山西煤炭化學研究院中科院山西煤炭化學研究院東南大學東南大學華東理工大學華東理工大學清華大學清華大學兗礦集團有限公司兗礦集團有限公司山西潞安礦業(yè)（集團）公司山西潞安礦業(yè)（集團）公司綠色煤電有限公司綠色煤電有限公司北京航天萬源煤化工有限公司北京航天萬源煤化工有限公司 國內哈鍋、上鍋已有國內哈鍋、上鍋已有煤氣化爐的加工制造經歷；煤氣化爐的加工制造經歷；西安熱工研究院以及中科西安熱工研究院以及中科院已具備院已具備IGCC方案設計能方案設計能力。力。1.4.2 國內煤氣化技術國內煤氣化技術以項目為依托以項目為依托直接推向市場直接推向市場濮

6、陽濮陽臨泉臨泉煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀國內主要的自主煤氣化技術國內主要的自主煤氣化技術 多噴嘴水煤漿加壓氣化技術 兩段式干煤粉加壓氣化技術 四噴嘴對置式干粉煤加壓氣化技術 循環(huán)流化床部分煤氣化技術 灰熔聚煤氣化技術 多元料漿加壓氣化技術 航天爐航天爐 煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀氣化爐在國內應用狀況氣化爐在國內應用狀況 2008年底統(tǒng)計結果，國內正在運行的煤氣化爐情況如下： 約約4000臺固定床間歇式氣化爐臺固定床間歇式氣化爐 30臺碎煤加壓氣化爐（魯奇爐）臺碎煤加壓氣化爐（魯奇爐） 11臺恩德爐（流化床）臺恩德爐（流化床） 7臺灰融聚氣化爐臺灰融聚氣化爐 8臺國產水煤漿氣

7、化爐臺國產水煤漿氣化爐 30臺臺GE水煤漿氣化爐水煤漿氣化爐 20臺殼牌干粉煤氣化爐臺殼牌干粉煤氣化爐煤氣化技術發(fā)展現狀煤氣化技術發(fā)展現狀 BGL氣化爐氣化爐 GSP氣化爐氣化爐 三菱吹空氣氣化爐三菱吹空氣氣化爐 Texco氣化爐氣化爐 Shell氣化爐氣化爐 3.3.幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術 從目前的應用情況來看，普從目前的應用情況來看，普遍看好的氣化爐主要是以氧氣遍看好的氣化爐主要是以氧氣為氣化劑的氣流床氣化爐，包為氣化劑的氣流床氣化爐，包括括Texaco、Shell、GSP、Prenflo、E-Gas。另外，還有以。另外，還有以空氣為氣化劑的氣化爐和部分空氣為氣化劑的氣化

8、爐和部分煤氣化的循環(huán)流化床氣化爐。煤氣化的循環(huán)流化床氣化爐。下面選取比較有代表性的下面選取比較有代表性的Shell、Texaco、GSP、BGL、三菱共、三菱共五種氣化爐作簡要介紹。五種氣化爐作簡要介紹。 幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術3.1 BGL煤氣化爐煤氣化爐 20-50mm塊煤，細粉比塊煤，細粉比 例不能大于例不能大于35%； 需加入適量的助熔劑；需加入適量的助熔劑； 水冷夾套結構，內層為水冷夾套結構，內層為 耐火材料；耐火材料； 氣化產物含有一定的焦油氣化產物含有一定的焦油 和苯酚，分離較困難。和苯酚，分離較困難。 BGL氣化爐是由英

9、國煤氣公司與Lurgi聯(lián)合開發(fā)的BGL氣化爐的優(yōu)點如下：氣化爐的優(yōu)點如下： (1) 與流化床或氣流床氣化相比，耗氧量較低； (2) 熔渣區(qū)的高溫氣化使反應速度加快，處理量增大以及不受煤的反應性影響； (3) 爐內存煤量大，在發(fā)生煤源中斷時能保證安全運行。負荷調節(jié)容易，開、停工快； (4) 噴嘴中可噴入煤粉，本工藝冷凝后的焦油油類，所產生含酚廢水可制成水煤漿自噴 嘴入爐氣化； (5) 高溫區(qū)位于爐底中心線周圍，使高溫運行不致發(fā)生隨之而來的爐體材料問題。BGL氣化爐的缺點有：氣化爐的缺點有： (1) 爐氣化以塊煤為主，在不易獲得塊煤的地方就不便采用； (2) 煤種適應性差，要求采用低灰含量、低灰熔

10、點的煤，當使用高灰熔點煤時，就需加 入助熔劑； (3) 爐內所用耐火材料需能耐高溫和抗腐蝕性能，必須致密、孔徑小，不含活性鐵，對 排渣口的耐火材料要求更高； (4) BGL氣化爐中，排渣是整個操作的關鍵問題，此項操作較魯奇干灰爐更為復雜； (5) 有含酚廢水排出，需用生化處理等方法加以凈化； (6) 煤氣中CO含量較高，甲烷含量較低(與魯奇干灰爐相比)，更適于作燃料氣。 BGLBGL煤氣化爐的特點煤氣化爐的特點幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術GSP氣化爐的結構示意圖氣化爐的結構示意圖3.2 GSP煤氣化爐煤氣化爐幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術 GSP氣化技術最早是由前東德的德

11、意志燃料研究所(簡稱DBI)從1975年起開發(fā)的能源技術，可用于處理固體燃料，尤其是低品位褐煤，后來幾經易主，現已被德國西門子公司收購。 進料方式：干法和濕法均有；進料方式：干法和濕法均有； 氣化溫度為氣化溫度為13001500； 采用氣化室和激冷室結構；采用氣化室和激冷室結構； 外殼為水冷夾套結構，減少外殼為水冷夾套結構，減少 熱損失，提高效率；熱損失，提高效率；內層分水冷壁和耐火磚兩種。內層分水冷壁和耐火磚兩種。 GSP煤氣化爐組合式氣化多噴嘴結構示意圖煤氣化爐組合式氣化多噴嘴結構示意圖幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術GSP煤氣化工藝（干法進

12、料）煤氣化工藝（干法進料）幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術GSP氣流床氣化技術具有氣流床氣化的突出優(yōu)點：煤種適應廣、處理能力大、氣化效率高、碳轉化率高、環(huán)境友好等。(2) GSP氣化的給料有干法和濕法兩種，可以氣化煤，也可以處理其他化工過程的廢棄物及下腳料，如：化學廢液和煤焦油。(3) GSP氣化爐的氣化室有耐火磚和水冷壁兩種結構?？梢愿鶕系牟煌再|選取不同的結構。(4）GSP氣化工藝的整個氣化爐外殼為一水夾套結構，減少熱損，提高了整體熱效率。(5) GSP氣化技術的工藝運行燒嘴與開工烘爐燒嘴為組合結構，這樣可使整個開車過程簡單、迅速。(6) GSP氣化爐同樣適應于大規(guī)模，目前已設

13、計出熱功率500MWth相當于日處理煤2 000噸的氣化爐。GSPGSP煤氣化爐的特點煤氣化爐的特點幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術 在中國，GSP技術許可包括氣化島的性能保證，工藝包設計，專有設備的供應，還可以依據客戶的要求提供從項目開始的可行性研究、前端設計到后期的現場服務、操作及維護的一系列服務。 2007年5月，神華寧煤烯烴項目的520,000mn3/h GSP氣化技術許可與專有設備采購和設計合同正式生效。該項目是寧東煤化工基地的重點項目，也是目前世界上規(guī)模最大的煤基烯烴項目，其中間產品167萬噸甲醇，最終產品50萬噸聚丙烯，總投資約160億元人民幣。該項目采用5臺500MWt

14、h (日投煤量約2000噸) GSP氣化爐。 2007年9月，山西蘭花煤化工有限責任公司的“晉城3052項目”西門子（GSP）氣化技術許可與專有設備采購和設計合同正式生效。此項目使用2臺500MWth(日投煤量約2000噸) GSP氣化爐。這是先進的大型粉煤氣流床氣化技術第一次應用于山西省大型煤化工項目，為充分利用高灰熔點，高硫的無煙粉煤提供了一種清潔環(huán)保高效的解決方案。GSP氣化技術的應用氣化技術的應用幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術空氣為氧化劑空氣為氧化劑、干法供料的、兩段氣化的氣流床氣化爐。三菱公司于2005年年開始建設開始建設了一個25萬千瓦級的IGCC示范電站示范電站，并于2

15、008年通過滿負荷試運。該項目采用三菱重工燃機、吹空氣氣化爐。3.3三菱吹空氣煤氣化爐三菱吹空氣煤氣化爐幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術三菱吹空氣煤氣化技術工藝流程三菱吹空氣煤氣化技術工藝流程 幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術水煤漿供料水煤漿供料液態(tài)排渣爐液態(tài)排渣爐內壁襯有多層耐火磚內壁襯有多層耐火磚水煤漿和氧氣從爐頂的燃燒水煤漿和氧氣從爐頂的燃燒器高速連續(xù)地噴入部分氧化室，器高速連續(xù)地噴入部分氧化室，高溫狀態(tài)下工作的噴嘴設有冷高溫狀態(tài)下工作的噴嘴設有冷卻水裝置，水煤漿噴入氣化爐卻水裝置，水煤漿噴入氣化爐內迅速發(fā)生反應，數秒鐘內完內迅速發(fā)生反應，數秒鐘內完成氣化過程。成氣化過程

16、。 氣化爐的下部因冷卻方式不氣化爐的下部因冷卻方式不同有同有2種形式，一種是激冷型種形式，一種是激冷型冷卻方式，一種是全熱回收型。冷卻方式，一種是全熱回收型。幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術Texaco激冷型氣化爐 Texaco全熱回收型氣化爐3.4 Texaco煤氣化爐煤氣化爐 Texaco煤氣化技術的工藝流程煤氣化技術的工藝流程煤氣化爐技術煤氣化爐技術德士古氣化爐德士古氣化爐濕法進料（水煤漿）濕法進料（水煤漿）氣化溫度氣化溫度1260-1540 煤粉粒度煤粉粒度0.1mm Texaco煤氣化工藝流程煤氣化工藝流程(1) 對煤種有一定適應性對煤種有一定適應性 各種煙煤、石油焦、煤加氫

17、液化殘渣均可作為氣化原料，以年輕煙煤為主，對煤的粒度、粘結性、硫含量沒有嚴格要求。但是，國內企業(yè)運行證實水煤漿氣化對使用煤質仍有一定的選擇性：灰熔點溫度t3低于1350；煤中灰分含量不超過15%，越低越好，并有較好的成漿性能，才能使運行穩(wěn)定，并能充分發(fā)揮水煤漿氣化技術的優(yōu)勢。(2) 氣化壓力高氣化壓力高：工業(yè)裝置使用壓力在2.88.5MPa之間。(3) 氣化技術成熟氣化技術成熟 制備的水煤漿可用隔膜泵來輸送，操作安全又便于計量控制。氣化溫度：13501400溫度，燃燒室內由多層特種耐火磚砌筑。有激冷和廢鍋兩種類型。(4) 合成氣質量較好合成氣質量較好 其有效組分（CO+H2）含量占80%，甲烷

18、量0.1%。碳轉化率9599%。冷煤氣效率7076%，氣化指標較為先進。由于水煤漿中含有3540%水分，因而氧氣用量較大。(5) 對環(huán)境影響較小對環(huán)境影響較小 氣化過程不產生焦油、萘、酚等污染物，故廢水治理簡單。高溫排出的熔渣，冷卻固化后可用于建筑材料，填埋時對環(huán)境也無影響。TexacoTexaco煤氣化爐的特點煤氣化爐的特點幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術(1) 水煤漿氣化氧耗高水煤漿氣化氧耗高 比氧耗一般都在400mn3/1000mn3 (CO+H2)以上，而Shell粉煤氣化一般在330 mn3/1000 mn3 (CO+H2)左右。(2) 需熱備用爐需熱備用爐 氣化爐一般開二個

19、月左右就要單爐停車檢修，或出現故障，須有計劃地停車，而備用爐必須在1000以上才可投料，若臨時把冷備用爐升溫至1000以上，勢必影響全系統(tǒng)生產，所以有備用爐應處于熱備用狀態(tài)的要求，而維持熱備用爐耗能較大。(3) 氣化爐耐火材料壽命短氣化爐耐火材料壽命短 我國多選用法國磚（沙佛埃耐火材料公司），其壽命為11.5年。其中渭河化肥廠開車一年，三臺氣化爐向火面磚全改換過，一爐磚需75萬美元，而且換一爐磚周期長，影響生產二個月。目前，我們國內正研制價廉、耐高溫侵蝕，而且使用壽命長的耐火材料。 (4) 工藝燒嘴壽命短工藝燒嘴壽命短 燒嘴的穩(wěn)定運行是操作好氣化爐的另一個重要因素。Texaco氣化爐燒嘴的壽命

20、短（2個月左右）而且昂貴（8萬美元/個）。 (5) 激冷環(huán)壽命短激冷環(huán)壽命短激冷環(huán)使用壽命短，一般只有1年左右。 TexacoTexaco煤氣化爐存在的問題煤氣化爐存在的問題幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術Texaco氣化技術在中國的應用氣化技術在中國的應用 有著30多年應用經驗的Texaco煤氣化技術在中國應用快二十年了，是較成熟的煤氣化技術。從技術的掌握和操作的熟練，設備的國產化和配套的耐火材料的制造都有較大優(yōu)勢。但Texaco煤氣化技術水煤漿中含有40%的水，使它的熱值降低；對煤質的限制變得較嚴格，如成漿性差的煤、灰分較高、灰熔點高的煤經濟性較差；每爐耐火磚要50萬美元，進口的要

21、100萬美元，壽命不到2年；價值15萬美元的噴嘴只能運行2個月左右就要拆下修理。這些缺點也同時制約了Texaco氣化技術在國內的發(fā)展。 表4為Texaco氣化爐在中國的業(yè)績。Texaco氣化爐在中國的業(yè)績主要在2006年以前，2006年以后，Texaco基本上在中國沒有拿到新的訂單，水煤漿煤氣化市場正逐步被新興的國內技術所替代。 幾種典型煤氣化爐技術幾種典型煤氣化爐技術Texaco氣化爐在中國的業(yè)績氣化爐在中國的業(yè)績序號序號名稱名稱單臺投煤量單臺投煤量t/d臺數臺數壓力壓力Mpa簽約時簽約時間間產品產品1魯南化肥3602+12.61989氨，甲醇2上海焦化5003+13.921992甲醇3陜西渭河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兗礦榆林15002+16.52003甲醇10上焦二期5002+142003甲醇11南化14001+18.72003 12兗礦國宏10002+142005 13