【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 氣中有效氣體 (CO+H)高達(dá) 90％以上。 (3)氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧氣消耗低 20％左右。 (4)單爐生產(chǎn)能力大，目前已投入運(yùn)轉(zhuǎn)的單爐氣化壓力 ，日處理煤 2020噸。但目前國(guó)內(nèi)無(wú)投運(yùn)裝置。 (5)氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火磚襯里，維護(hù)量少，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，無(wú)需備用爐。 (6)熱效率高，煤中約 83％的熱能轉(zhuǎn)化為合成氣，約 15％的熱能被回收為高壓或中壓蒸汽，總的熱效率為 98％左右。 (7)氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒，性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。氣化污水中含氰化物少，容易處理，必要時(shí)做到零排放。 (8)Shell 公司專(zhuān)利氣化燒嘴設(shè)計(jì)保證壽命為 8 000 h，荷蘭 Demkolec 電廠使用的燒嘴運(yùn)行近 4 年尚未更換，仍在使用，這是氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的一個(gè)重要驗(yàn)證。 (9)氣化操作采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，其中包括 Shell 公司專(zhuān)有的工藝計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，設(shè)有必要的安全聯(lián)鎖及控制系統(tǒng)，使氣化操作在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。 GSP 煤氣化技術(shù) GSP 工藝介紹 GSP 工藝 技術(shù)由前民主德國(guó)的德意志燃料研究所 (German Fuel Institute) 開(kāi)發(fā) , 始于上世紀(jì) 70 年代末。最初的目的是用高灰分褐煤生產(chǎn)民用煤氣。 1979 年在弗來(lái)堡 (Freiburg) 分別建立了一套 3MW 冷壁爐 (Cooling Screen) 和5MW 冷墻爐 (Cooling Wall) 中試裝置 , 完成了一系列基礎(chǔ)研究和工藝驗(yàn)證工作。試驗(yàn)的煤種來(lái)自德國(guó)、中國(guó)、波蘭、前蘇聯(lián)、南非、西班牙、保加利亞、澳大利亞、捷克等國(guó)家。 1984 年 , 又在黑水泵市 (Schwar Ze Pumpe) 的勞柏格 (Laubag) 電廠建立了一套 130MW 冷壁爐的商業(yè)化裝置 , 原料處理能力為 30t/h, 該裝置運(yùn)行了 10 多年 , 未更換過(guò)氣化爐燒嘴的主體和水冷壁。 GSP 工藝技術(shù)適用于各種原料 , 可用于處理城市廢料等在內(nèi)的各種碳?xì)浠衔?。因?, 將其用于發(fā)電、城市煤氣的生產(chǎn)也是很好的出路。 上圖為 GSP 加壓氣流床氣化工藝流程簡(jiǎn)圖。與其他煤氣化工藝一樣 , GSP 氣化工藝過(guò)程也主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、粗煤氣洗滌系統(tǒng)組成 , 即備煤、氣化、除渣三部分組成。固體氣化原料被碾磨為不大于 mm 的粒度后 , 經(jīng)過(guò)干燥 , 通過(guò)濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴。對(duì)于液態(tài)或污泥狀的氣化原料則可用泵送至燒嘴。 氣化原料與其他氣化劑 (氧氣、水蒸氣 ) 經(jīng)燒嘴同時(shí)噴入氣化爐內(nèi)的反應(yīng)室 , 然后在高溫 (1400～ 1600℃ )、高壓 (～ Pa) 下發(fā)生快速氣化反應(yīng) , 產(chǎn)生以 CO 和H2 為主要成分的熱粗煤氣。氣化原料中的礦物部分形成熔渣。熱粗煤氣和熔渣一起通過(guò)反應(yīng)室底部的排渣口進(jìn)入下部的激冷室。 冷卻后的粗煤氣去洗滌系統(tǒng)；渣粒固化成玻璃狀 , 通過(guò)鎖斗系統(tǒng)排出；溢流出的激冷水送污水處理系統(tǒng)。氣化溫度的選擇是由原料煤的物理化學(xué)性質(zhì)決定的 , 氣化壓力的確定主要取決于產(chǎn)品煤氣的利用工藝。 GSP 主要設(shè)備結(jié)構(gòu) GSP 氣化爐是由燒嘴、冷壁氣化室和激冷室組成的加壓氣流床。 GSP 工藝氣化爐結(jié)構(gòu)圖： GSP 工藝氣化爐的水冷壁結(jié)構(gòu)圖： GSP 加壓氣化床氣化爐水冷壁結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖。冷壁氣化室的冷壁是一個(gè)多層結(jié)構(gòu) , 由液體熔渣、固體熔渣、屏壁、填充物、齒形蛇管卷、加壓冷卻水管組成 , 置于外部壓力容器內(nèi) , 為氣密膜墻結(jié)構(gòu) , 且內(nèi)襯有起保護(hù)作用的耐火材料。氣化過(guò)程中 , 反應(yīng)溫度比較高 , 產(chǎn)生的熔渣被燒嘴以小渣滴的形式甩至水冷壁 , 然后在 水冷壁上形成固化熔渣層。 該固化熔渣層的厚度取決于反應(yīng)室內(nèi)的火焰溫度和熔渣的粘溫特性。水冷壁可以通過(guò)固化熔渣層厚度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)氣化爐的運(yùn)行工況。當(dāng)固化熔渣層加厚時(shí) , 則傳給水冷壁的熱流量減小 , 從而使得排出反應(yīng)室的熔渣量增多。如果因系統(tǒng)故障使反應(yīng)室內(nèi)熱負(fù)荷突然增加 , 則傳給水冷壁的熱流量會(huì)隨之增大而使水冷壁上的部分固體熔渣熔化。隨著通過(guò)水冷壁從氣化反應(yīng)室移走熱量的增多 , 水冷壁上的固化熔渣層又會(huì)逐漸加厚。這就是氣化過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的原理 , 從而保證氣化過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。 反應(yīng)室是由水冷壁圍成的圓柱形空間 , 上部 為燒嘴 , 下部為排渣口 , 原料與氧氣、水蒸氣的氣化反應(yīng)就在此空腔內(nèi)進(jìn)行。 爐體內(nèi)溫度為 1 400 ℃以上 , 經(jīng)過(guò) 515 mm 厚的液體熔渣和固體熔渣以后 , 溫度降低到 500℃左右 , 再經(jīng)過(guò) 13 mm 厚的屏壁和填充物 , 溫度降低到 270 ℃左右 , 加壓冷卻水的溫度為 250 ℃左右。冷壁氣化爐體的優(yōu)點(diǎn)是外層殼體內(nèi)壁的溫度比較低 ( 250 ℃ ) , 不容易損壞。齒形蛇管卷在使用 10 a 以后 , 沒(méi)有破壞性的損壞。 GSP 工藝氣化爐燒嘴的結(jié)構(gòu)圖： GSP 的燒嘴是一種內(nèi)冷式多通道的多用途燒嘴 , 共有 6 層通 道 , 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖。進(jìn)料氣體和原料物料共分內(nèi)中外三層。燒嘴外層是主燃料 (3 個(gè)進(jìn)口 ) , 例如煤粉 。 中層是氧氣和高壓蒸汽；內(nèi)層進(jìn)料為燃料氣 , 作為持續(xù)點(diǎn)火用。該燒嘴還配有閉路循環(huán)水冷卻系統(tǒng) , 為安全起見(jiàn) , 該冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水壓高于氣化爐的操作壓力。 冷卻水也有三層 , 分別在物料的內(nèi)中、中外層之間和外層之外 , 這種冷卻方式傳熱比較均勻 , 可以使燒嘴的溫度保持在較低的水平 , 特別是燒嘴頭部的溫度不至于太高 , 以免將燒嘴的頭部燒壞。燒嘴頭部的材料較好 , 其使用壽命預(yù)計(jì)可以在 10 a 以上 , 但是 , 燒嘴頭部金屬材料的 要求比較高 , 且每年都要維修。 GSP 煤氣技術(shù)特點(diǎn) (1)采用干粉煤 (水份含量 2％ )作為氣化原料，根據(jù)后續(xù)化工產(chǎn)品的要求，煤粉可用氮?dú)饣蚨趸驾斔停什僮魇职踩捎跉饣瘻囟雀?，故?duì)煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的揭煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。對(duì)煤的灰熔點(diǎn)的適用范圍比其他氣化工藝更寬，即使是高水份、高灰分、高硫含量和高灰熔點(diǎn)的煤種也能使用。 (2)氣化溫度高，一般在 1450～ 1600℃ ,煤氣中甲烷體積分?jǐn)?shù)小于 ％ , (CO+H2)體積分?jǐn)?shù)高達(dá) 90％以上。 (3)氧耗較低，與水煤漿加壓氣化工藝相比，氧耗低約 15％ 20％ , 可降低配套空分裝置投資和運(yùn)行費(fèi)用。 (4)氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火材料襯坦水冷壁設(shè)計(jì)壽命按 25 年考慮。常使用時(shí)維護(hù)量很少，運(yùn)行周期長(zhǎng)。 (5)只有一個(gè)聯(lián)合噴嘴 (開(kāi)工噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一 )，噴嘴使用壽命長(zhǎng)，為氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了可靠保障。 (6)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá) 99％以上，冷煤氣效率高達(dá) 80％以上。 (7)對(duì)環(huán)境影響小，氣化過(guò)程無(wú)廢氣排放。 GSP氣化技術(shù)是成熟技術(shù)的組合，裝置投資與 Texaco 方法相似，而技術(shù)指標(biāo)與 Shell方法相 似。 Dow 煤氣化工藝 工藝簡(jiǎn)介 Destec(Dow)煤氣化工藝原稱 Dow 煤氣化工藝，是由美國(guó) Dow 化學(xué)公司于 1973 年開(kāi)發(fā)的， 1987 年成功應(yīng)用于商業(yè)性的熱電廠。該工藝與 Texaco 煤氣化工藝齊名，同樣是水煤漿進(jìn)料，加壓純氧氣流床氣化工藝，因此 Destec(Dow)不僅具有 Texaco 工藝的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)因其氣化爐結(jié)構(gòu)及工藝過(guò)程的特點(diǎn)，工藝性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比 Texaco工藝略勝一籌。 Destec(Dow)氣化爐如下圖所示，兩段氧氣氣化、連續(xù)排渣、內(nèi)襯耐火磚。第 1段在 13201430℃的熔渣條件下操作，準(zhǔn)確的溫度取決于熔渣的粘滯特性。 第 1 段為水平圓柱體，每端各有 1個(gè)水煤漿和氧氣的進(jìn)料燒嘴。 80％的水煤漿和氧氣混合后噴人第 1段。在圓柱體中央為熔渣的排出口，經(jīng)過(guò)淬水段流出。第 1段反應(yīng)產(chǎn)生的熱煤氣由頂部進(jìn)人第 2段。 第 2 段為直立在第 1段上的垂直圓柱體，為向上流動(dòng)型的氣化段，在此設(shè)置 1個(gè)燒嘴， 20％水煤漿射人熱氣體，不加氧氣，利用氣體的顯熱把水煤漿的水分氣化，煤被加熱、高溫分解進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，這對(duì)于煤的有效能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能是有利的。由于吸熱過(guò)程使混合煤氣溫度大幅度降低到 1050℃左右。 Destec 煤氣化工藝過(guò)程 Destec 煤氣化工藝特點(diǎn) (1) Destec(Dow)是一種潔凈的煤氣化工藝，已應(yīng)用在美國(guó)建成并投運(yùn)的 2座 IGCC電站，單爐投煤量為 2 500 t/d 左右，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具備與其他先進(jìn)煤氣化工藝競(jìng)爭(zhēng)的能力。 (2)從 Destec(Dow)煤氣化裝置生產(chǎn)的合成氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)，不僅適用于 IGCC，也適用作為化工產(chǎn)品的原料氣，如合成氨、甲醇、碳一化學(xué)品等。 (3)由于 Destec(Dow)氣化爐采用兩段氣化反應(yīng)，其比氧耗、煤氣熱值、冷煤氣效率及 碳轉(zhuǎn)化率等指標(biāo)比 Texaco 優(yōu)越；由于氣化爐出口溫度較低，只需要對(duì)流式煤氣冷卻器回收熱量，不需設(shè)置昂貴的輻射式鍋爐，因而造價(jià)比 Texaco低；由于氣體處理工序采用先干洗除塵后水洗，故灰水循環(huán)量較小，濕灰量少，對(duì)環(huán)保有利。 (4)采用水煤漿進(jìn)料方式，其原料制備和加壓進(jìn)料工序相對(duì)簡(jiǎn)單，安全可靠，但因原料中含水分 35％～ 40％，因而氧耗比以干粉煤為原料的氣化工藝 15％～25％。 (5)氣化爐內(nèi)襯耐火磚，沒(méi)有水冷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，初投資較小，但由于爐內(nèi)溫度較高，以及磨損及腐蝕等因素，耐火磚壽命僅 2～ 3a。為保證耐火磚 壽命，氣化區(qū)溫度不宜過(guò)高，適合于氣化灰熔點(diǎn) (煤灰流動(dòng)溫度 FT)在 1350℃以下的煤種，因此對(duì)煤種的選用范圍有一定局限性。 (6)根據(jù)已投運(yùn)的商業(yè)性氣化裝置的經(jīng)驗(yàn)，為保證年可用率在 85％以上 .氣化爐需考慮備用。 Texaco、 Shell、 GSP三種氣化技術(shù)對(duì)比 Texaco、 Shell、 GSP氣化工藝比較 名稱 Texaco Shell GSP 原料要求 (1)煙煤、無(wú)煙煤、油渣； (2)粒經(jīng) 40%～ 45%200 目； (3)水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù) 60%； (4)灰熔融性溫度 1350℃； (5)灰份 15% (1)褐煤 無(wú)煙煤全部煤種；(2)粒經(jīng) 90%100 目含水 2%干粉煤 (褐煤 8%)； (3)灰熔融性溫度1500℃； (4)灰份 8%～ 20% (1)褐煤 無(wú)煙煤全部煤種、石油焦、油渣、生物質(zhì)； (2)粒經(jīng)250μ m～ 500μ m 含水 2%干粉煤(褐煤 8%)； (3)灰熔融性溫度1500℃； (4)灰份 1%～ 20% 氣化溫度 /℃ 1450～ 1600 1450～ 1600 1450～ 1600 氣化壓力 /MPa ～ 氣化爐特點(diǎn) 水煤漿供料，頂部單噴嘴。熱壁 Al2O3Cr2O3ZrO2 耐火襯里，冷激流程 (用于 IGCC時(shí)有廢鍋流程 )，除噴嘴外全為碳鋼 干煤粉供料，下部多噴嘴對(duì)噴。承壓外殼內(nèi)有水冷壁，廢鍋流程，充分回收廢熱產(chǎn)蒸汽。材質(zhì)碳鋼、合金鋼、不銹鋼。 干粉煤供料，頂部單噴嘴。承壓外殼內(nèi)有水冷壁，激冷流程。由水冷壁回收少量蒸汽，除噴嘴外材質(zhì)全為碳鋼。 投煤 2020t/d 單臺(tái)氣化爐尺寸/mm φ內(nèi)＝ 4500 標(biāo)準(zhǔn)爐：φ外＝ 2794 和 φ外＝ 3175(投煤 800t/d) H＝ 11500 φ內(nèi)＝ 4600 (投煤 2300t/d) H＝ 31640 φ內(nèi)＝ 3500 H＝ 17000 耐火磚或水冷壁壽命 /a 1 20 20 噴嘴壽命 60d 1a～ 10a前端部分 1a 60萬(wàn) t/a甲醇 氣化爐臺(tái)數(shù) 4＋ 1 1(φ內(nèi)約為 5000mm) 2 冷激室或廢鍋尺寸 /mm 2794 2500 冷激室φ內(nèi) =3500 除塵冷卻方式 洗滌 干式過(guò)濾、洗滌 分離＋洗滌 出變換溫度 /℃ 210 40 220 建筑物 (不包括變換 ) 裝置占地： 9100m2 高約 55m(氣化部分 ) 裝置占地： 9000m2 高約 85m～ 90m(氣化部分 ) 裝置占地： 9000m2 高約 55m(氣化部分 ) Texaco、 Shell、 GSP氣化工藝投資比較 (價(jià)格：萬(wàn)元 ) 名稱 Texaco Shell GSP 備注 煤粉制備與輸送 (包括干燥 ) ―― 10800 10800 關(guān)鍵閥門(mén)引進(jìn) 水煤漿制備與制送 15000 ―― ―― 煤漿泵引進(jìn) 煤氣化 (包括排渣、洗滌除塵 ) 28000 59393 (其中陶瓷過(guò)濾器 7100) 28800 引進(jìn)陶瓷過(guò)濾器、水冷壁噴嘴、廢鍋等 高壓 CO2輸送壓縮機(jī) ―― 2257 1100 低壓 N2輸送壓縮機(jī) ―― 550 550 變換、冷卻裝置 4000 5800 5800 合 計(jì) 47000 78800 47050 Texaco、 Shell、 GSP氣化指標(biāo)比較 Texaco、 Shell、 GSP每立方米 (CO＋ H2)成本初步測(cè)算 通過(guò)以上數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論（ 但在實(shí)際操作中受環(huán)境影響，最終結(jié)果可能有偏差 ）： (1) GSP 與 She11 煤制合成氣的比較； a、 GSP 與 She11 煤制合成氣相比：流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、投資省。 GSP 煤氣化技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，其目