11科林CCG粉煤加壓氣化技術(shù)

1、科林CCG粉煤加壓氣化技術(shù)技術(shù)擁有單位：德國(guó)科林工業(yè)技術(shù)有限責(zé)任公司德國(guó)科林工業(yè)技術(shù)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱科林公司）是世界著名的潔凈煤利用 技術(shù)的研發(fā)者、擁有者及工業(yè)解決方案供應(yīng)商，全部擁有科林粉煤氣化（CHOREN Coal Gasification）技術(shù)。科林的前身是歐洲潔凈煤利用技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)和領(lǐng) 導(dǎo)者一一前德國(guó)燃料研究所（DBI）。上世紀(jì)90年代，前德國(guó)燃料研究所研發(fā)部 部長(zhǎng)Wolf博士創(chuàng)立了科林，科林名稱的由來是：“C-Carbon-碳，H-Hydrogen- 氫，O-Oxygen-氧，REN-RENewable-可再生”?？屏趾诵募夹g(shù)團(tuán)隊(duì)來自于前德國(guó) 燃料研究所及黑水泵氣化廠。公司總部

2、及技術(shù)研發(fā)工程中心位于德國(guó)薩克森州的 德累斯頓。科林在干粉煤氣流床氣化技術(shù)領(lǐng)域擁有40多年的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、 建設(shè)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)闃I(yè)主提供全方位、立體化的煤氣化解決方案?？屏諧CG粉煤氣化工藝過程主要是由給料、氣化與激冷等系統(tǒng)組成，采用干 粉煤加壓進(jìn)料，以純氧作為氧化劑（部分煤種需添加少量水蒸氣），在氣化室內(nèi) 在高溫高壓的條件下反應(yīng)，產(chǎn)生以一氧化碳和氫氣為主的合成氣，并實(shí)現(xiàn)高溫液 態(tài)排渣。原料氣化和達(dá)到氣體平衡所需的熱量由原料碳氧化成一氧化碳和二氧化 碳所釋放。氣化溫度的選擇主要由煤的熔融特性及粘溫特性確定,氣化壓力的確 定主要取決于產(chǎn)品煤氣的利用工藝，通常為4.0MPa。通過科林CCG氣

3、化工藝可 以把原煤、石油焦等轉(zhuǎn)化為清潔的、高附加值的一氧化碳和氫氣，可用于生產(chǎn)合 成氨、甲醇、合成油、合成天然氣等化工產(chǎn)品，還可用于發(fā)電或者生產(chǎn)城市煤氣。圖/2008年4月17日，德國(guó)總理默克爾視察科林公司并發(fā)表演講。一、工藝流程科林CCG粉煤加壓氣化工藝（如圖所示）主要包括磨煤干燥、煤粉輸送、氣 化與激冷、合成氣洗滌、排渣系統(tǒng)、黑水處理等單元。圖/科林CCG粉煤氣化工藝流程簡(jiǎn)圖1、磨煤干燥其作用是將原煤干燥并磨制成合格的煤粉。本單元由磨煤、惰性氣體輸送和 煤粉過濾三部分組成，使用常規(guī)的原煤研磨、干燥技術(shù)。來自煤倉(cāng)的碎煤經(jīng)稱重 給煤機(jī)計(jì)量后進(jìn)入磨煤機(jī)，被磨成煤粉，并由高溫惰性氣體烘干、輸送，通

4、過粉 煤袋式過濾器實(shí)現(xiàn)煤粉與惰性氣體的分離，粉煤螺旋輸送機(jī)進(jìn)入粉倉(cāng)，惰性氣體 循環(huán)利用。2、煤粉輸送來自磨煤干燥單元的合格干煤粉儲(chǔ)存于常壓煤粉倉(cāng)內(nèi)，粉煤給料罐通過3 條并行管道以穩(wěn)定的質(zhì)量流量持續(xù)向氣化爐燒嘴系統(tǒng)供料。煤粉鎖斗聯(lián)通常壓倉(cāng) 與給料罐，常壓下接收煤粉倉(cāng)煤粉后加壓向給料罐放料，循環(huán)進(jìn)行。根據(jù)氣化爐 大小，煤粉輸送系統(tǒng)采用24個(gè)煤鎖斗，可實(shí)現(xiàn)加壓用惰性氣體在鎖斗間的循 環(huán)利用。3、氣化與激冷即為氣化爐，由氣化室和激冷室組成?？屏諧CG氣化爐操作壓力為2.5 4.4MPa（g）,可實(shí)現(xiàn)高壓投料，氣化操作溫度控制在14001700C之間。在氣化 室內(nèi)，煤粉與氧氣和蒸汽通過快速反應(yīng)生成合成氣

5、。其主要成份為CO和,并 含有少量的CO2和N2，同時(shí)還含有微量的CH4、HCl等（ppm級(jí)）。在氣化爐頂部，以120的角度設(shè)置三個(gè)煤粉燒嘴（如圖所示），每個(gè)燒嘴 都有自己獨(dú)立的煤粉輸送管道。采用多個(gè)獨(dú)立的噴射燒嘴，煤粉流和氣化劑流在 燒嘴外進(jìn)行混合，可以在大體積的反應(yīng)室內(nèi)使煤粉分布更均勻。在燒嘴布置的中 央位置（反應(yīng)室中軸處），設(shè)置點(diǎn)火燒嘴（長(zhǎng)明燈）。在開車階段，采用燃料氣 為燃料點(diǎn)燃點(diǎn)火燒嘴，再利用點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)燃煤粉燒嘴；當(dāng)氣化爐正常運(yùn)行時(shí)，點(diǎn) 火燒嘴則作為長(zhǎng)明燈一直處于運(yùn)行狀態(tài)，不需要任何CO作為保護(hù)氣。2圖/燒嘴示意圖氣化爐內(nèi)壁采用盤管水冷壁結(jié)構(gòu)，通過水泵使鍋爐水在管內(nèi)強(qiáng)制循環(huán)，并副 產(chǎn)

6、低壓蒸汽。煤灰融化后，一部分灰渣會(huì)掛在水冷壁上形成渣層，達(dá)到以渣抗渣 的作用。合成氣經(jīng)過激冷環(huán)進(jìn)入激冷室，在激冷室內(nèi)經(jīng)過降溫、增濕、除塵、洗 滌后被水飽和，以液態(tài)形式從氣化室流下來的熔渣則迅速固化。4、合成氣凈化該系統(tǒng)包括文丘里洗滌器，旋風(fēng)分離器和洗滌塔。粗合成氣經(jīng)文丘里洗滌器 進(jìn)一步潤(rùn)濕后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器，并將約7 0%的細(xì)灰(粒徑0.1 m)分離下來。 在粗合成氣中殘存的極小顆?；覊m可在后續(xù)的合成氣洗滌塔中通過凝聚/冷凝的 形式被分離出來。凈化后的合成氣含塵量低于1mg/Nm3o5、排渣系統(tǒng)其作用是將渣與黑水分離后輸送到界區(qū)外，被冷卻到220C的渣塊通過重力 作用進(jìn)入到破渣機(jī)中，并被破碎成

7、直徑小于50mm的顆粒，隨后進(jìn)入到渣鎖斗中， 通過鎖斗降壓后排入渣池，灰渣被撈渣機(jī)撈出后排出系統(tǒng)，黑水則借助機(jī)泵送入 黑水處理系統(tǒng)。6、黑水處理其作用在于，將系統(tǒng)產(chǎn)生的含固、高溫廢水減壓至常壓，回收熱量，盡可能 將懸浮的固體分離，并將得到的灰水返回到工藝系統(tǒng)中。黑水通過兩級(jí)減壓閃蒸 處理，將壓力降低至0.5MPa(g)和-0.05MPa(g),溫度冷卻至大約155C和75C, 閃蒸出的廢蒸汽被用于預(yù)熱灰水。經(jīng)過減壓冷卻的黑水在重力作用下進(jìn)入澄清池， 通過添加相應(yīng)的絮凝劑將固體物分離出來，灰水返回系統(tǒng)中使用。為了限制有害 物的積累，部分灰水將作為廢水排出，并補(bǔ)水維持系統(tǒng)水平衡。技術(shù)特點(diǎn)參數(shù)表氣化

8、技術(shù)類型干粉煤氣流床氣化技術(shù)氣化技術(shù)名稱科林CCG氣化技術(shù)氣化爐爐型可根據(jù)項(xiàng)目要求提供日投煤量750t3000t 不同規(guī)模爐型氣化爐組合方式不建議設(shè)置備爐原煤的工業(yè)分析出于掛渣和經(jīng)濟(jì)性考慮，原煤灰分要求：6%35%。進(jìn)料方式干粉煤進(jìn)料，原煤粒度不限一般煤粉要求：水分2%,粒度 80%2mm。 褐煤煤粉要求：水分8%, 粒度 80%2mm。噴嘴類型和特點(diǎn)多煤粉燒嘴頂置下噴+中間點(diǎn)火燒嘴（長(zhǎng)明 燈）水冷壁結(jié)構(gòu)盤管+渣釘+SiC耐火層合成氣冷卻方式水激冷+水浴煤粉輸送載氣N2 或 CO2操作條件氣化溫度：14001700C氣化壓力：2.54.4Mpa合成氣規(guī)格壓力2.5 4.0Mpa溫度205 21

9、0C水汽比0.9 1.0有效氣成分（干基）H+CO:90 93%2固體含量1mg/Nm3其他成分CO : 5 6%、CH500ppm、N、HS 等 不含焦油、酚類、芳香類等化合物工藝指標(biāo)氧耗340Nm3/1000Nm3 ( CO+H2)煤耗580kg/1000Nm3 (CO+H2)碳轉(zhuǎn)化率99%灰渣比粗渣6070%;細(xì)渣3040%冷煤氣效率80 83%廢水排放量280kg/1000Nm3 (CO+H2)適合工業(yè)領(lǐng)域合成氨、甲醇、制氫、合成天然氣、合成油、發(fā)電二、技術(shù)特點(diǎn)1、煤種適應(yīng)性廣適用于各種煙煤、無煙煤、褐煤及石油焦等，對(duì)強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、結(jié)渣性、 粘結(jié)性等沒有具體要求。對(duì)高灰分、高灰熔點(diǎn)、

10、高硫含量的“三高”煤等低品質(zhì) 的煤種擁有很好的工業(yè)化業(yè)績(jī)。2、技術(shù)指標(biāo)高因燃燒器采用多燒嘴頂置下噴的配置方式，原料在氣化爐內(nèi)碰撞混合更加充 分，氣化爐爐膛及頂部掛渣均勻，可實(shí)現(xiàn)較高的氣化溫度(14001700C)，碳 轉(zhuǎn)化率高達(dá)到99%以上，合成氣中不含重?zé)N、焦油等物質(zhì)，有效合成氣成分90 93%,冷煤氣效率8083%。3、投資低根據(jù)項(xiàng)目規(guī)模不同，可提供日投煤量750噸/天至3000噸/天的不同氣化爐 爐型設(shè)計(jì)，主要設(shè)備制造已完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，整個(gè)裝置的投資建設(shè)成本低，建設(shè) 周期短。4、操作簡(jiǎn)單整個(gè)氣化裝置，煤粉加壓輸送、氣化爐點(diǎn)火投料、渣鎖斗排渣、停車等全部 實(shí)現(xiàn)程序順控，可實(shí)現(xiàn)一鍵點(diǎn)火開車及

11、可視化點(diǎn)火投料監(jiān)控；氣化爐可在高壓力 下投料，避免了低壓投料后升壓升負(fù)荷調(diào)節(jié)的操作。5、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低整個(gè)氣化裝置工藝流程緊湊，設(shè)備臺(tái)數(shù)少；粉煤輸送系統(tǒng)采用多鎖斗的配置 方案，可實(shí)現(xiàn)加壓用惰性氣體在鎖斗間的循環(huán)利用，既減少了惰性氣體排放量又 減小了相關(guān)設(shè)備和閥門的體積或口徑；氣化爐采用盤管水冷壁的結(jié)構(gòu)，無需耐火 磚，水冷壁采用間接換熱副產(chǎn)低壓蒸汽，盤管壽命可達(dá)到20年以上；開、停車 操作方便且時(shí)間短(從冷態(tài)開車到滿負(fù)荷運(yùn)行僅需12小時(shí))，可實(shí)現(xiàn)高壓直 接投料，投料后即可向后續(xù)系統(tǒng)導(dǎo)氣;點(diǎn)火燒嘴和煤粉燒嘴分開，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單， 降低了故障率；煤粉燒嘴采用多燒嘴頂置下噴的設(shè)計(jì)方式，保證了流場(chǎng)的合理分

12、 布和煤粉在反應(yīng)空間內(nèi)的均勻混合，燒嘴調(diào)節(jié)余地更大，氣化裝置放大更容易； 工藝燒嘴內(nèi)，煤粉和氧氣有各自的流道，原料離開燒嘴后在氣化室內(nèi)混合，燒嘴 壽命達(dá)1年以上。6、節(jié)能環(huán)保科林CCG粉煤氣化技術(shù)可以使能耗大幅降低，采用高壓投料，投料后即可向 后系統(tǒng)導(dǎo)氣，大大減少合成氣向火炬的排放量，減少了浪費(fèi)；合成氣中含固體量 低、水汽比高，提供了足夠變換所需的水蒸氣并有效的避免了變換工段可能發(fā)生 的催化劑中毒和床層堵塞現(xiàn)象；系統(tǒng)所產(chǎn)廢水很少，廢水中不含苯、酚等大分子 有機(jī)物，對(duì)廢水處理系統(tǒng)的規(guī)模和先進(jìn)性要求不高，廢水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后即可實(shí)現(xiàn) 回收利用；爐渣不含可溶性有毒物質(zhì)，可作為建筑原料使用；氣體排放物僅為

13、輸 煤用惰性氣體，含塵量低于10mg/Nm3。7、安全性高整個(gè)生產(chǎn)裝置通過DCS系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，煤粉輸送、點(diǎn)火、投料等復(fù)雜 過程均采用順序邏輯控制，方便可靠，并且避免了人工操作可能帶來的誤操作； ESD系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)火、投料、運(yùn)行、停車的各個(gè)階段進(jìn)行聯(lián)鎖保 護(hù)，保證裝置設(shè)備和人身的安全。三、運(yùn)行實(shí)例目前，科林CCG粉煤技術(shù)主要有以下工業(yè)化應(yīng)用裝置：1984年建在德國(guó)的第一套工業(yè)化裝置一一黑水泵氣化廠。該廠用于氣化當(dāng) 地的褐煤生產(chǎn)城市燃?xì)猓b置大小為200MWth（日投煤量720噸），該裝置一直 穩(wěn)定運(yùn)行至1990年。后由于天然氣的廣泛應(yīng)用，城市燃?xì)馊狈κ袌?chǎng)，該裝置被 改造后使用

14、液態(tài)物料，其合成氣用于IGCC發(fā)電及生產(chǎn)甲醇，并一直運(yùn)行至2007 年。目前正在建設(shè)的內(nèi)蒙古康乃爾化學(xué)工業(yè)有限公司年產(chǎn)60萬噸乙二醇項(xiàng)目。 該項(xiàng)目位于中國(guó)內(nèi)蒙古通遼扎魯特旗，一期30萬噸/年，以當(dāng)?shù)睾置鹤鲈?，?用兩臺(tái)300MWth（單臺(tái)氣化爐日投煤量1200噸）科林CCG粉煤氣化爐。該項(xiàng)目計(jì) 劃于2015年9月建成。在這里，重點(diǎn)介紹一下2012年在中國(guó)貴州建成的貴州開陽化工有限公司年 產(chǎn)50萬噸合成氨項(xiàng)目。圖/建設(shè)中的貴州開陽化工年產(chǎn)50萬噸合成氨項(xiàng)目該項(xiàng)目采用兩套400MWth科林CCG粉煤氣化爐，設(shè)計(jì)單臺(tái)氣化爐有效氣量 70,000Nm3/h。該項(xiàng)目以貴州當(dāng)?shù)氐臒o煙煤作為設(shè)計(jì)煤種，揮發(fā)

15、分低、氧含量低， 原煤中灰分高達(dá)27%,全硫3%以上，灰熔點(diǎn)的流動(dòng)溫度1450C,屬于典型的“三 高”劣質(zhì)煤。該項(xiàng)目于2012年9月開始調(diào)試，并于2013年1月打通全流程，生 產(chǎn)出合格的合成氨產(chǎn)品。目前該項(xiàng)目氣化裝置已進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，單爐實(shí)現(xiàn) 112%負(fù)荷下正常運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行中，因貴州地區(qū)的煤礦分布個(gè)數(shù)多、單個(gè)煤礦的 產(chǎn)能低、運(yùn)輸又比較困難，單個(gè)煤種很難滿足生產(chǎn)的需求，所以在生產(chǎn)中，曾嘗 試使用來自20多個(gè)煤礦的原煤，其中主要煤種來源以青龍煤、大宏煤、回歸煤、 玖園煤、魯炎煤等為主。原煤灰分2530%,最高入爐灰分達(dá)36.7%,硫含量4wt% 左右，高位發(fā)熱量22.026.5MJ/kg.ad

16、，流動(dòng)溫度普遍高于1400C，最高高于 1500C（出于經(jīng)濟(jì)考慮，會(huì)添加少量助溶劑）。氣化裝置運(yùn)行期間，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，氣化裝置基本保持在100%的負(fù)荷下穩(wěn) 定運(yùn)行（如氣化裝置運(yùn)行參數(shù)表所示），比氧耗350Nm3/1000Nm3 （H +CO），比煤2耗580kg/1000Nm3 （H2+CO）,碳轉(zhuǎn)化率98%,冷煤氣效率79%;合成氣經(jīng)過文丘里 洗滌器、旋風(fēng)分離器、洗滌塔的分級(jí)凈化后，合成氣固體含量低于1mg/Nm3，不僅 系統(tǒng)損失小，洗滌能力強(qiáng)，合成氣無需經(jīng)過預(yù)變換即可直接送入變換工段；渣水 處理系統(tǒng)的熱回收效果好，高壓灰水的溫度高，合成氣溫度高，水汽比可到1.0 左右，為后續(xù)全變換提供了充

17、足的蒸汽。綜合來看，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到世界領(lǐng)先的 水準(zhǔn)，特別是在解決高灰份、高灰熔點(diǎn)煤的氣化和洗滌方面受到了業(yè)主的極大好 評(píng)。表/氣化裝置運(yùn)行參數(shù)表（單臺(tái)氣化爐）序號(hào)名稱單位數(shù)值1煤量t/h452氧量Nm3/h230003蒸汽流量t/h3.94熱通量MW4.85總氣量（濕基）Nm3/h1400006合成氣壓力Mpa3.87合成氣含固量mg/Nm318合成氣成分 （干基）COvol%61.3H 2vol%27.1CO2vol%4.4N2vol%6.0CH4ppm58H2Svol%1.19廢水排放量t/h2010廢水水質(zhì)懸浮物mg/L56濁度mg/L15NH -Nmg/L43CODmgO /L2145PH6.9511粗細(xì)渣比例6:4 7:312粗渣殘?zhí)縲t%113細(xì)灰殘?zhí)縲t%25-35四、科林CCG氣化技術(shù)發(fā)展隨著首套科林CCG氣化裝置成功開車并快速轉(zhuǎn)入