【文章內(nèi)容簡介】 時該設(shè)備作為GSP的專有設(shè)備，以保證煤加壓的可靠性和安全性。（4）氣化系列配置在工業(yè)裝置中采用單系列，日投煤量可到720噸，不設(shè)備用系列，同時正在開發(fā)投煤量為2000t/d裝置。目前對投煤量2000t/d規(guī)模的裝置推薦采用2臺投煤量為1000t/d的氣化爐并聯(lián)運行。氣化裝置運轉(zhuǎn)率達到90%以上。（5）燒嘴頂部單噴嘴型燒嘴，燒嘴有6層通道，進料氣體和原料物料共分3層。燒嘴外層為煤粉、中層為氧氣和蒸汽、內(nèi)層為點火燃料氣，為保證穩(wěn)定燃燒，在正常運行中采用粗合成氣作為常明燈燃料。另外3層為密閉熱水循環(huán)系統(tǒng)，分布在進料氣體和原料物料之間，以使燒嘴在恒定溫度下運行，以保證燒嘴不至于燒毀。（6）氣化熱量的回收及粗煤氣除塵GSP工藝中氣化爐的高溫煤氣采用冷激，同時飽和煤氣以回收熱量，通過冷激一方面除灰，另一方面回收熱量，使后序變換系統(tǒng)不需補加蒸汽，而是回收蒸汽。通過兩級文丘里洗滌，使粗煤氣中塵含量小于1 mg/Nm。B．德士古(Texaco)水煤漿氣化工藝Texaco水煤漿氣化工藝為第二代先進煤氣化技術(shù)。美國Texaco公司很早就開發(fā)了以天然氣和重油為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)，經(jīng)多年研究以后，推出了水煤漿氣化工藝。該工藝采用水煤漿進料、液態(tài)排渣、在氣流床中加壓氣化，水煤漿與純氧在高溫高壓下反應(yīng)生成煤氣。國內(nèi)引進的渭河、魯南、上海焦化、淮南四套裝置，現(xiàn)均已投運，Texaco水煤漿氣化工藝具有如下特點：（1）對煤種有一定適應(yīng)性。除了含水高的褐煤以外，各種煙煤、石油焦、煤加氫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(jié)性、硫含量沒有嚴格要求。但是，國內(nèi)企業(yè)運行證實水煤漿氣化對使用煤質(zhì)仍有一定的選擇性：氣化用煤的灰熔點溫度t3值低于1350℃時有利于氣化；煤中灰分含量不超過15%為宜，越低越好，煤的熱值高于26000kJ/kg，并有較好的成漿性能，使用能制成60～65%濃度的水煤漿之煤種，才能使運行穩(wěn)定，又較為經(jīng)濟，并能充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。（2）氣化壓力高?！?MPa之間，可根據(jù)使用煤氣的用途加以選擇。（3）氣化技術(shù)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。氣化爐為專門設(shè)計的熱壁爐，為維持1350～1400℃溫度下反應(yīng)，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。熱回收有激冷和廢鍋兩種類型，可以煤氣用途加以選擇。（4）合成氣質(zhì)量較好。其有效組分（CO+H）含量占80%，甲烷量%。碳轉(zhuǎn)化率95～98%。冷煤氣效率70～76%，氣化指標較為先進。由于水煤漿中含有35～40%水分，因而氧氣用量較大。（5）對環(huán)境影響較小。氣化過程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物，故廢水治理簡單，易達到排放指標。高溫排出的融渣，冷卻固化后可用于建筑材料，填埋時對環(huán)境也無影響。C．Shell干煤粉氣化工藝：殼牌（Shell）干煤粉氣化工藝是殼牌（Shell）公司開發(fā)的煤粉氣化工藝，具有鮮明的技術(shù)特色，是當前先進的第二代煤氣化工藝。早在1972年就開始基礎(chǔ)研究，1978年德國漢堡殼牌150 t/d投煤量中試裝置運行幾年并取得豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1987年在美國休斯頓建設(shè)了一套投煤量250 t/d的示范裝置，在此示范裝置中殼牌公司使用了十幾種煤，包括煙煤、無煙煤、褐煤、石油焦等，其運行表明，該示范裝置能適應(yīng)上述所有煤種并累計運行了15000小時。在取得大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，于1993年在荷蘭建成日處理煤量為2000噸的單系列大型氣化裝置，1994年首次將生產(chǎn)的煤氣用于發(fā)電，并且使用了多種世界各地煤種，取得了豐富的數(shù)據(jù)。該煤氣化裝置用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電經(jīng)過3年示范運行，已于1998年1月正式交付用戶使用，氣化裝置連續(xù)運轉(zhuǎn)率達95％，其負荷可在40～100％之間調(diào)整，生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)表明已達到預(yù)期目標。殼牌粉煤氣化工藝具有如下特點：（1）采用干煤粉作氣化原料，煤粉用惰氣輸送，操作十分安全。對煤種的適應(yīng)性比較廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可使用；對煤的灰熔點適應(yīng)范圍比其它氣化工藝更寬，即使是高灰分、高水分、高硫的煤種也能使用。（2）氣化溫度高，一般在1400～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率高達99%，合成氣質(zhì)量好。煤氣中甲烷含量極少，不含重烴，CO+H達到90%。由于氣體中有效組分高，煤氣總量有所減少，因而氣化消耗煤量也可降低。（3）氧耗低。采用干煤粉進料與水煤漿氣化相比不需在爐內(nèi)蒸發(fā)水分，氧氣用量因而可減少15～25%，從而降低了成本。配套空分裝置規(guī)模相對縮小，投資也可相應(yīng)降低。（4）氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚襯里。水冷壁設(shè)計壽命按25年考慮。正常使用維護量很小，運行周期長，也無需設(shè)置備用爐。商業(yè)化運行單臺爐日處理煤量已達2000噸，目前，正在設(shè)計更大規(guī)模的裝置。（5）每臺氣化爐設(shè)有4～6個燒嘴，故對生產(chǎn)負荷調(diào)節(jié)比Texaco單個燒嘴更為靈活，范圍也更寬。Shell燒嘴保證壽命為8000小時，已超過連續(xù)16000小時運行。燒嘴的使用壽命長，也是氣化裝置能長期運行的一個重要保證。（6）熱效率高。Shell煤氣化的冷煤氣效率達到78～83%，其余～15%副產(chǎn)高壓或中壓蒸汽，總的原料煤的熱效率達98%，處于很高水平。（7）對環(huán)境影響小。氣化過程無廢氣排放。系統(tǒng)排出的融渣和飛灰含碳低，可作為水泥等建筑材料，堆放時也無污染物滲出。氣化污水不含焦油、 酚等，容易處理，需要時可作到零排放。其中三種煤氣化具體對比如下表所示： 表124三種煤氣化工藝性能對比表項 目GSPSHELLTEXACO原料要求褐煤、煙煤，灰熔性溫度1700℃，灰分～20％各種煤，灰熔性溫度～1700℃，灰分12～31％煙煤、石油焦爐 型氣流床，水冷壁氣流床，水冷壁氣流床，耐火磚排渣方式液態(tài)排渣液態(tài)排渣液態(tài)排渣氣化劑氧氣＋蒸汽氧氣＋蒸汽氧氣操作壓力（MPa）～～操作溫度（℃）1400~17001400~17001300~1400商業(yè)化裝置最大單爐投煤量（t/d）7201000（新設(shè)計）20001000（激冷流程）2000（廢鍋流程）氣化爐，臺數(shù)、尺寸4臺，f35002臺，f46304+2臺，f3200操作彈性75~110%50~120%80~110% 1025除塵冷卻方式水激冷＋洗滌干式過濾＋洗滌水激冷＋洗滌產(chǎn)出煤氣溫度（℃）220160～170242251碳轉(zhuǎn)化率（%）9998氧耗(每km3CO+H2)340～380330～360380430煤氣中CO+H2 （%）70~90~90~80煤氣中CH4（%）對環(huán)境影響黑水量大難處理無黑水量大難處理工程經(jīng)驗僅工業(yè)示范裝置較多較多從以上三種氣化工藝的特點可以看出， 殼牌粉煤氣化工藝與GSP工藝相比在煤氣組成、設(shè)備制造技術(shù)可靠性、工藝可靠性、工程經(jīng)驗方面有明顯優(yōu)勢， 殼牌粉煤氣化工藝與德士古工藝相比在煤種適應(yīng)性、氧氣消耗、碳轉(zhuǎn)化率、熱效率等方面，均占有一定的優(yōu)勢。：（1）GSP工藝要求煤粉粒徑在250μm~500μm，shell工藝要求煤粉粒徑90％100μm，這決定了兩種工藝的碳轉(zhuǎn)化率的差異，根據(jù)WEC的經(jīng)驗以及灰渣中碳含量來看，兩種工藝的碳轉(zhuǎn)化率相差約2~3％。（2）GSP工藝采用頂部單噴嘴火焰較長，爐內(nèi)溫差的不均勻性較大，易影響激冷室設(shè)備材料的使用壽命，同時負荷調(diào)節(jié)余地小，shell工藝采用4個，對稱布置的燒嘴進料，爐內(nèi)火焰短，溫差均勻，易于水冷壁掛渣，負荷調(diào)節(jié)余地較大。（3）GSP氣化爐燒嘴用較多的過熱蒸汽，2000噸／天投煤量需消耗的過熱蒸汽約18 t/h，因此能耗較高，相應(yīng)氧氣消耗較高。 t/h，因此能耗低，相應(yīng)氧氣消耗較低。（4）GSP氣化爐燒嘴需長期使用燃料氣以保持長明火狀態(tài)，如果采用粗合成氣，則需要約總產(chǎn)氣量的7％粗合成氣用于燃燒，相應(yīng)煤耗高4～5％。而shell煤氣化采用單獨的開工燒嘴，正常生產(chǎn)停止運行。（5）從目前淮化集團送煤樣到GSP中試裝置試驗結(jié)果來看，煤種試燒結(jié)果不理想，氣化溫度在1670 ～1955 ，煤氣中（CO+H）含量在～75％，煤氣中N2含量在16～17％，該合成氣組分有效氣不夠理想，而且對于生產(chǎn)甲醇的裝置不利。而SHELL煤氣化從目前運行的商業(yè)化裝置來看煤氣中（CO+H）含量在～90％，煤氣中N含量在～9％，如采用CO輸送煤粉，N含量可降至2%以下。（6）GSP煤氣化工藝激冷＋洗滌流程和德士古煤氣化工藝激冷＋洗滌流程相似，目前國內(nèi)德士古流程中運行數(shù)據(jù)表明，進變換的粗煤氣中塵含量均大于2 mg/Nm，GSP氣化工藝未經(jīng)干法除灰，僅經(jīng)過激冷分離和濕法洗滌很難保證原料煤氣中灰塵含量小于1 mg/N m，對后序系統(tǒng)的操作帶來很不利影響。而shell煤氣化工藝采用干法除塵＋濕法洗滌，有效保證原料氣中灰塵含量小于1 mg/N m。（7）GSP氣化爐水冷壁使用壽命較短， mm，GSP保證10年，使用壽命保證25年。（8）根據(jù)投煤量720噸／日示范裝置的操作經(jīng)驗，GSP氣化爐每3個月停車檢查一次氣化爐燒嘴頭部（停車2天），（停車2天），其年開工率約90％。shell氣化爐按正常年大修，年開工率在約95％上。（9）盡管GSP工藝專利商介紹，其720 t/d示范裝置有4年褐煤運行經(jīng)驗，但無運行其它煤種經(jīng)驗，也缺乏褐煤運行的生產(chǎn)記錄。WEC的考察人員沒有查到一份褐煤的生產(chǎn)運行記錄，而且其技術(shù)人員也沒有解釋在褐煤運行中是否存在其他問題，因此其可靠性還值得研究。而SHELL工藝在荷蘭Demkolec電廠已運行近10年，有完整的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，該技術(shù)已得到驗。（10）對于2000 t/d投煤量能力，GSP需2臺氣化爐并聯(lián)操作，且單臺氣化爐需要從現(xiàn)有720 t/d投煤量的氣化爐放大到1000 t/d投煤量，尤其是頂部單燒嘴，放大存在一定風(fēng)險。而shell已有成熟的2000 t/d投煤量氣化爐。：a、煤種適應(yīng)性方面德士古氣化工藝中，煤必須以含有大約35％的水的懸浮液的形式進入氣化爐，而這一點只適于煙煤和硬煤。本項目原料煤為永城無煙粉煤，由于其灰熔點較高，因此所需氣化溫度將超出Texaco氣化爐內(nèi)襯里能長期承受范圍；由于灰含量也較高，因此將加劇對Texaco氣化爐內(nèi)襯耐火磚的侵蝕影響，增加排渣操作頻率。殼牌氣化工藝采用干煤粉進料，采用水冷壁結(jié)構(gòu)，因此對煤種的選擇范圍可以更寬。b、氧氣消耗在德士古氣化爐內(nèi)需用氧氣供煤燃燒，然后將煤水懸浮液中的水分蒸發(fā)過熱到1300～1400℃的溫度。如水煤漿濃度為65%%， kg的水煤漿中，1 kg的水，并將其加熱到1400℃，約需2900 kJ的熱量。1 kg干煤(除褐煤以外的煤)的熱量是25000 kJ，％被浪費。而殼牌干法粉煤加壓氣化工藝原料經(jīng)過干燥后才進入氣化爐，用于加熱蒸發(fā)煤中水分的熱量小，因而氣化所需的氧氣量小。c、碳的轉(zhuǎn)化率德士古法有效氣體成份80％。而殼牌氣化爐的有效氣體成分更高，可達到90％左右，二氧化碳含量只有2％，其余是氮氣等成份，排出灰渣中含碳量小于1％，碳的轉(zhuǎn)化率～99％，煤中的碳已最大程度地得到了利用。d、運轉(zhuǎn)周期因氣化爐結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致氣化爐運行周期有較大差別，德士古氣化爐內(nèi)砌耐火磚，目前國產(chǎn)耐火磚使用壽命約一年，國外耐火磚也只有1～2年，德士古氣化燒嘴連續(xù)運行周期目前僅2～3個月，因而需備用爐來維持裝置正常運行。殼牌氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，對氣化爐操作溫度的要求比德士古氣化爐寬松，同時由于氣化燒嘴安裝在氣化爐側(cè)壁，燒嘴數(shù)量可為4～6個，負荷調(diào)整范圍寬，燒嘴運行周期保證值在8000小時以上，能保證氣化裝置長周期運行，無需設(shè)置備用爐。從以上工藝性能比較可看出，本項目殼牌干煤粉氣化較GSP干煤粉氣化工藝及德士古水煤漿氣化有較多優(yōu)點。因此本裝置煤氣化技術(shù)宜采用殼牌煤氣化技術(shù)。 殼牌氣化工藝流程說明Shell煤氣化工藝屬于加壓氣流床粉煤氣化，是以干煤粉進料，純氧作為氣化劑，液態(tài)排渣。干煤粉由少量的氮氣（或二氧化碳）吹入氣化爐，對粉煤的粒度要求也比較靈活，一般不需要過分細磨，但需要經(jīng)熱風(fēng)干燥，以免粉煤結(jié)團，尤其對含水量高的煤種更需要干燥。氣化火焰中心溫度隨煤種不同約在1600—2200℃之間，出爐煤氣溫度約于1400—1700℃。產(chǎn)生的高溫煤氣夾帶的細沫尚有一定的粘結(jié)性，所以，出爐需與一部分冷卻后的循環(huán)煤氣混合，將其激冷至900℃左右后再導(dǎo)入廢熱鍋爐，產(chǎn)生高壓過熱蒸汽。干煤氣中的有效成分CO+H可高達90%以上，甲烷含量很低。煤氣中約有83%以上的熱能轉(zhuǎn)化為有效氣，大約有15%左右的熱能以高壓蒸汽的形式回收。殼牌氣化技術(shù)相比較于其他氣化技術(shù)有以下幾個關(guān)鍵優(yōu)勢：1．采用加壓氮氣或二氧化碳氣體輸送干煤粉，煤種適應(yīng)性廣，對煤的灰熔點適應(yīng)范圍比Texaco水煤漿氣化技術(shù)更寬。2．氣化溫度約1400～1600℃，碳轉(zhuǎn)化率高達99%以上，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重烴，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體（CO+H）達到90%左右。3．氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧耗低15～25%，因而配套之空分裝置投資可減少。4．單爐生產(chǎn)能力大，日處理煤量可達2000噸以上。5．冷煤氣效率可達到78～83%。6．氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚襯里，維護量較少，氣化爐內(nèi)無傳動部件，運轉(zhuǎn)周期長，無需備用爐。7．氣化爐燒嘴及控制系統(tǒng)安全可靠。Shell公司氣化燒嘴設(shè)計壽命為8000小時。8．爐渣可用作水泥滲合劑或道路建造材料。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，對環(huán)境幾乎沒有影響。氣化污水中含氰化物少，容易處理。 shell煤氣化的原理殼牌氣化技術(shù)采用干煤粉進料、氣流床加壓氣化、液態(tài)排渣的形式，其主要反應(yīng)式如下： C＋O = CO △H=－393百萬焦耳/千摩爾碳C＋CO = 2CO △H=173百萬焦耳/千摩爾碳C＋HO=CO＋H △H=131百萬焦耳/千摩爾碳C＋2 H = CH △H=－75百萬焦耳/千摩爾碳CO＋HO= CO＋H △H=－41百萬焦耳