【正文】 技攻關(guān)項(xiàng)目，由華東理工大學(xué)、原魯南化肥廠(水煤漿工程國(guó)家中心的依托單位)、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司共同承擔(dān)開發(fā)完成。新型(對(duì)置式多噴嘴)水煤漿加壓氣化技術(shù)在2004年11月、2005年5月分別在德州和兗礦投入工業(yè)生產(chǎn)。殼牌干粉煤加壓氣化工藝(SCGP)殼牌干粉煤氣化是Shell公司開發(fā)的具有特色的第三代煤氣化工藝，于1972年開始在殼牌公司阿姆斯特丹研究院(KSLA)進(jìn)行煤氣化研究，1976年應(yīng)用于一臺(tái)6t/d煤氣化爐，1978年第一套中試裝置在德國(guó)漢堡郊區(qū)哈爾堡煉油廠建成并投入運(yùn)行日處理煤量150噸，1978年在美國(guó)休斯頓迪爾帕克煉油廠建成日投煤量250~400噸的示范裝置投產(chǎn)稱作SCGP1示范裝置。1993年在荷蘭的德姆克勒(Demkolec)電廠建成投煤量2000噸/日的大型煤氣化裝置，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，稱作SCGP工業(yè)生產(chǎn)裝置。裝置開工率最高達(dá)73%。該套裝置的成功投運(yùn)表明SCGP氣化技術(shù)是先進(jìn)可行的。1)SCGP技術(shù)的特點(diǎn)①適合于氣化原料煤的范圍較寬，采用高溫加壓干粉煤氣流床SCGP氣化方法，拓寬了適應(yīng)制取合成氣原料煤的煤種，如褐煤、煙煤、無(wú)煙煤等各種煤均可使用，對(duì)煤的性質(zhì)如：粒度、結(jié)焦性、灰分、水分、硫分、氧分等含量均不敏感。②成功地設(shè)計(jì)了膜式水冷壁氣化爐，采用水冷壁氣化爐，基本消除了頻繁檢修、更換爐內(nèi)耐火襯里和耗費(fèi)昂貴的弊端。同時(shí)單爐產(chǎn)氣能力大，具有高效、大型化和長(zhǎng)周期運(yùn)行的顯著特點(diǎn)。③SCGP技術(shù)具有較高的熱效率，煤炭利用率高，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%，其原料煤能量加在收率高，80%~83%以合成氣形式回收(即冷煤氣效率)，14%~16%以蒸汽形式回收。④環(huán)境質(zhì)量高，SCGP氣化工藝，殼牌公司稱它為“潔凈煤”工藝，其生產(chǎn)的合成氣是含甲烷量很低的高潔凈合成氣。在煤氣化過(guò)程中，煤粉制備采用密閉系統(tǒng)，無(wú)粉塵排放；煤中灰分在氣化爐排出時(shí)被轉(zhuǎn)化為玻璃體顆粒，可作為道路建筑材料，不污染環(huán)境；合成氣水洗排放液經(jīng)汽提冷卻后循環(huán)使用，汽提逐出的H2S氣體送硫回收裝置。⑤氣化爐及廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，目前其內(nèi)件及關(guān)鍵設(shè)備還需引進(jìn)；相同生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)備的外形尺寸較大，運(yùn)輸較困難；裝置投資相對(duì)較大。 德國(guó)未來(lái)能源公司的GSP干粉煤加壓氣化工藝未來(lái)能源公司位于德國(guó)來(lái)比錫附近的弗來(lái)堡市(Freibarg)，原為東德墨水泵工氣聯(lián)合企業(yè)弗來(lái)堡燃料研究所。1980年建成兩套粉煤加壓氣化裝置：MW3(處理煤量100~250kg/h)，MW5(處理煤量300~500kg)，1983年12月又建成一套大型粉煤加壓氣化裝置，MW130處理干煤量30t/h稱為GSP工藝。2004年從巴高克電力公司分離出來(lái)，并由瑞士SH公司收購(gòu)以東德煤炭工業(yè)學(xué)院為依托加強(qiáng)開發(fā)煤的氣化技術(shù)。未來(lái)能源公司在不同煤種、廢渣、裂解木炭、石油焦以及各種化學(xué)廢料方面有GSP氣化技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。GSP氣化技術(shù)不僅可使礦物燃料或類似原料轉(zhuǎn)化為合成氣，還可以使有些常規(guī)燃料如有足夠高熱值的廢渣和廢料轉(zhuǎn)化為合成氣。因此，采用水冷壁氣化反應(yīng)器有很大的優(yōu)勢(shì)。GSP氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，避免了因高溫、熔渣腐蝕及開停車產(chǎn)生應(yīng)力對(duì)耐火材料的破壞而導(dǎo)致氣化爐無(wú)法長(zhǎng)周期運(yùn)行。由于不需要耐火磚絕熱層，而且爐內(nèi)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，所以運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，可單爐運(yùn)行，不需要備用爐，可靠性高。1)GSP流化床煤氣化工工藝技術(shù)特點(diǎn)：①能高效生產(chǎn)富氫和一氧化碳的合成氣，甲烷含量少，熱值高；②燃料可完全氣化，不生成冷凝副產(chǎn)品，氣體不含焦油、酚等污染物；③液態(tài)排渣，熔融淬冷成透明狀，硬度大對(duì)環(huán)境無(wú)污染；④煤種適應(yīng)范圍廣，GSP氣化對(duì)煤質(zhì)要求不苛刻，能氣化劣質(zhì)褐煤，也可氣化煙煤和焦煤；⑤噴嘴火焰溫度約1800~2200℃，平均停留時(shí)間約10s，反應(yīng)速率高，因而氣化裝置的生產(chǎn)能力大。有效氣體(CO+H2)含量高達(dá)91%以上，煤氣化碳轉(zhuǎn)化率高于99%；⑥可處理高Cl的物料，原料適應(yīng)性強(qiáng)；⑦水管冷壁型氣化爐，壽命長(zhǎng)，維修工作量?。虎嘈滦退錃饣瘒娋?，壽命長(zhǎng)，效率高；⑨采用激冷流程，高溫煤氣在激冷室上部用若干水噴頭將煤氣激冷至200℃左右，然后用文丘里除塵器將煤氣含塵量降低到1mg/m3以下。這種工藝技術(shù)簡(jiǎn)單，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用較低。除噴嘴和水冷壁、部分閥門、計(jì)特殊儀表外絕大部分設(shè)備可國(guó)產(chǎn)化。⑩GSP供料系統(tǒng)采用400kg/m3惰性氣體密相氣流輸送，合格粉煤經(jīng)煤鎖倉(cāng)三管并流進(jìn)料，每根進(jìn)料管都設(shè)有固體物料(固－氣混合)的流量計(jì)、密度計(jì)。用通過(guò)的粉煤供入量調(diào)節(jié)入爐氧氣和蒸汽量。供料系統(tǒng)安全可靠。氣化爐溫度主要根據(jù)氣化室與激冷室的壓差變化來(lái)調(diào)節(jié)控制。正常情況下其壓差為20~30mbar(200~300H2O)。多噴嘴對(duì)置粉煤加壓氣化技術(shù)多噴嘴對(duì)置粉煤加壓氣化技術(shù)是在新型多噴嘴對(duì)置氣化爐中試裝置的基礎(chǔ)上開發(fā)的，是對(duì)新型氣化爐攻關(guān)成果的拓展和延伸。由魯南化肥廠、華東理工大學(xué)、中國(guó)天辰化學(xué)工程公司共同承擔(dān)的《日投料30噸能力粉煤加壓氣化爐工業(yè)中試裝置》項(xiàng)目，2001年11月被科技部列入了“十五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。該項(xiàng)目已于2003年3月完成工程設(shè)計(jì)，2004年10月在魯化建成并一次投料成功。于2004年12月6~8日，通過(guò)由科技部組織的國(guó)家72小時(shí)考核。裝置運(yùn)行良好，各項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到和超過(guò)設(shè)計(jì)要求。于2005年2月1日，通過(guò)由科技部組織的國(guó)家項(xiàng)目驗(yàn)收。項(xiàng)目試驗(yàn)的成功，可望使我國(guó)在煤化工氣化整體技術(shù)水平處于國(guó)際先進(jìn)水平，氣化爐結(jié)構(gòu)及工藝效果處理國(guó)際領(lǐng)先水平。多噴嘴對(duì)置粉煤加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)是：①用對(duì)置式氣化爐，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞，有利于煤粉氣化。單爐產(chǎn)氣能力大，具有高效、煤耗低和長(zhǎng)周期運(yùn)行的顯著特點(diǎn)。②氣化爐熱量利用高，有激冷工藝制得含蒸汽量高的合成氣如用于生產(chǎn)合成氨或甲醇，在變換工序不需再外加蒸汽。③能高效生產(chǎn)富氫和一氧化碳的合成氣，甲烷含量少，熱值高。④燃料可完全氣化，不生成冷凝副產(chǎn)品，氣體不含焦油、酚等污染物。⑤液態(tài)排渣，熔融淬冷成透明狀，硬度大對(duì)環(huán)境無(wú)污染。⑥能氣化劣質(zhì)褐煤，也可氣化硬煤和焦煤，煤種適應(yīng)范圍廣。⑦煤氣化碳轉(zhuǎn)化率高于98%；合成氣中有效成分CO+H2≥90%；冷煤氣效率：~83%。⑧新型水冷氣化噴咀，壽命長(zhǎng)，效率高。⑨煤粉采用氮?dú)饣駽O2活化(懸浮)、收縮擴(kuò)張管降壓、載氣量三者協(xié)調(diào)控制，達(dá)到煤粉的穩(wěn)定可控輸送。⑩氣化爐裝置具有開車方便、操作靈活、投煤負(fù)荷增減自如的特點(diǎn)，尤其是氣化爐裝置可靈活的焦下一對(duì)燒嘴另一對(duì)煤嘴可繼續(xù)工作，不必立即停車，為保壓操作和維修創(chuàng)造有利條件。 氣化工藝技術(shù)選擇本項(xiàng)目是大型煤化工企業(yè)，所選技術(shù)必須適合于大型工業(yè)化裝置，生產(chǎn)成熟、技術(shù)先進(jìn)、操作穩(wěn)定可靠，整個(gè)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)帶來(lái)的“三廢”污染少，同時(shí)必須適宜氣化當(dāng)?shù)卦厦?。綜合以上各因素作為選擇工藝方案的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)就這幾種目前世界上最先進(jìn)的、工業(yè)化的做進(jìn)一步的比較。技 術(shù) 和 經(jīng) 濟(jì) 性 比 較 表氣化工藝殼 牌德國(guó)GSP德士古BGL熔渣煤氣化原料煤的要求90%100目干粉煤(褐煤8%)灰熔點(diǎn)1500℃灰分8%～20%250~500μm干粉煤(褐煤8%)灰熔點(diǎn)1500℃灰分1%～20%40~45%200目水煤漿濃度60%灰熔點(diǎn)1350℃灰分15%5～40mm碎煤適應(yīng)的煤種次煙煤、煙煤、褐煤、無(wú)煙煤、油渣等次煙煤、煙煤、褐煤、無(wú)煙煤、油渣等次煙煤、煙煤油渣等褐煤、次煙煤、無(wú)煙煤、垃圾等氣化溫度℃1450～16001450～16001450～15001300～1350氣化壓力MPa~~氣化爐的特點(diǎn)下部多噴嘴供料水冷壁 廢鍋流程充分回收廢熱產(chǎn)蒸汽頂部單噴嘴供料水冷壁 激冷流程回收少量蒸汽頂部單噴嘴 熱壁Al2O3Cr2O3ZrO2耐火襯里 冷激流程(用于IGCC時(shí)有廢鍋流程)從爐頂進(jìn)入的原料煤與產(chǎn)品氣逆流接觸，受熱后被干燥、干餾，碳轉(zhuǎn)化率%99999899比氧耗Nm3/1000(H2+CO)Nm3335335387192～250比碳耗kg/1000(H2+CO)Nm3585比汽耗kg/1000(H2+CO)Nm31201200電耗kW/1000(H2+CO)Nm3132132152冷煤氣效率%80807190煤氣化熱效率%9685~90*80H2+CO含量v%85%85%～80%65~85％單爐最大投煤量(t/d)2500200020001000~1300耐火磚或水冷壁壽命20年20年1年噴嘴壽命1~10年，前端部分一年60天建廠投資很高較高較高較低從上表可以看出：(1)從投資看，Shell氣化最高，經(jīng)核算幾乎高出GSP一倍。GSP與Texaco接近，Texaco雖然國(guó)產(chǎn)化程度很高節(jié)省投資，但由于Texaco爐臺(tái)數(shù)多，設(shè)備、自控儀表、管道安裝、土建、黑水處理量大造成的投資費(fèi)用的增加。(2)運(yùn)行費(fèi)用，Shell最低，但與GSP非常接近。主要是Shell氣化熱效率高，回收熱量多。Texaco氣化運(yùn)行費(fèi)用最高，主要原因是煤耗高、氧耗高，耐火材料消耗高，水煤漿添加劑等增加了費(fèi)用。(3)Shell氣化爐僅一臺(tái)，可靠性稍差，Texaco氣化爐有備用，可靠性高。(4)Shell氣化爐因直徑超限須在現(xiàn)場(chǎng)組焊，氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大。廢鍋回收了大量蒸汽，熱效率最高。干法除灰投資大，操作繁瑣。GSP相對(duì)比較簡(jiǎn)單，特別是水冷壁結(jié)構(gòu)和冷激除塵、洗滌，雖然熱效率比Shell低些，投資省是一種適合國(guó)情的技術(shù)。(5)Shell氣化爐2000t/d在國(guó)外有生產(chǎn)廠，Texaco氣化在國(guó)外有投煤量2000t/d的爐子，國(guó)內(nèi)只有標(biāo)準(zhǔn)尺寸爐，投煤量700t/d。GSP僅有一臺(tái)720t/d的氣化爐運(yùn)行6年，現(xiàn)已改為以焦油為原料，存在放大問題。通過(guò)以上比較及國(guó)內(nèi)建廠經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的煤炭資源狀況，本項(xiàng)目原料煤煤種為褐煤，適宜采用GSP干粉煤加壓氣化技術(shù)。因此本可研暫時(shí)推薦采用GSP干粉煤加壓氣化工藝。 原材料技術(shù)規(guī)格本項(xiàng)目原料煤，來(lái)自呼倫貝爾市當(dāng)?shù)匦掳蜖柣⒆笃烊堑孛禾锏暮置?。原料煤分析?shù)據(jù)如下：測(cè) 試 項(xiàng) 目測(cè) 試 結(jié) 果分 類測(cè)試項(xiàng)目及計(jì)量單位測(cè)試點(diǎn)數(shù)變化范圍平 均 值工業(yè)分折Mad (%)48～Aa (%)46～Vadf (%)48～發(fā) 熱 量 (MJ/Kg)48～(5154大卡/千克) (MJ/Kg)48～(4953大卡/千克)全 硫St,d (%)49～元素分折Cdaf (%)49～Hdaf (%)48～Ndaf (%)48～(O+S)daf (%)49～有害元素CId (%)49～Pd (%)49～Asad (104)49～苯萃取物EB (%)49～腐 植 酸AHad (%)49～焦渣型號(hào)481～2視 密 度ARD (t/m3)48～注：煤種為褐煤。 備煤及氣化工藝流程簡(jiǎn)述 備 煤粉煤制備工序是將來(lái)自原煤貯運(yùn)的原料煤磨粉、干燥，制成滿足造氣工序要求的合格原料，并送往氣化爐。磨煤及干燥在國(guó)內(nèi)外電力、冶金、化工等行業(yè)中，磨煤及干燥常采用的流程有中間貯倉(cāng)或直吹式兩種流程。采用的磨機(jī)型式有以下三種：(1)低速磨：即鋼球磨煤機(jī)，適用于各種煤種，一般適用于中、小工程，對(duì)采用磨損性很強(qiáng)的易燃煙煤的大型工程，在投資合理時(shí)，也可選用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。(2)中速磨：也稱立式磨，適用磨損性較強(qiáng)的褐煤、煙煤、劣質(zhì)煙煤、貧煤。最適宜原煤水分在25%以下，HGI＝35～100的煤種。輥盤式磨煤機(jī)是中速磨其中的一種型式。(3)高速磨：如風(fēng)扇磨，適用于高水分、低灰分、磨損性不強(qiáng)的褐煤。由于中速磨適應(yīng)性較廣，具有能耗低、鋼耗低、檢修方便、噪音低等特點(diǎn)，因而，不僅在大中型電站，而且在冶金、化工(如shell、GSP煤氣化)等行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái)，大中型電站開始采用中速磨煤機(jī)，目前已裝機(jī)800余臺(tái)。開始是進(jìn)口磨煤機(jī)，爾后與國(guó)外廠商合作制造，先后有北京電力設(shè)備總廠和沈陽(yáng)重型機(jī)械廠從德國(guó)Babcock公司引進(jìn)MPS型磨煤機(jī)制造技術(shù)，上海重型機(jī)器廠從美國(guó)CE公司引進(jìn)HP型磨煤機(jī)制造技術(shù)，從合作制造到形成自己的系列，三廠共生產(chǎn)各型磨煤機(jī)500臺(tái)以上，據(jù)國(guó)家電力公司統(tǒng)計(jì)，耐磨件壽命接近國(guó)外水平，可用系數(shù)達(dá)86%以上，運(yùn)行情況良好，同時(shí)輥盤式中速磨煤機(jī)又屬節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。綜上所述，本工程煤粉制備(磨粉和干燥)技術(shù)采用國(guó)內(nèi)成熟的中間貯倉(cāng)式流程，磨煤機(jī)采用輥盤式中速磨煤機(jī)，磨煤與干燥同時(shí)完成。煤粉分離收塵采用一級(jí)分離收集技術(shù)，收塵器擬采用成熟可靠的長(zhǎng)袋低壓大型噴吹袋式收塵器。 根據(jù)呼倫貝爾煤的特點(diǎn)，結(jié)合上述國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)概況，參照國(guó)內(nèi)外類似工程采用的方案，中速磨磨粉得到的磨粉細(xì)度能滿足本項(xiàng)目氣化裝置對(duì)煤粉的要求，并能同時(shí)將煤粉干燥到進(jìn)氣化爐的水份要求。提供磨煤機(jī)進(jìn)行煤粉干燥的熱源通常有燃煤熱風(fēng)爐和燃?xì)鉅t等形式，這幾種形式均是成熟可靠的。但采用燃煤熱風(fēng)爐會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響，因此本項(xiàng)目推薦采用燃?xì)鉄犸L(fēng)爐作為提供磨煤機(jī)中干燥水分的熱源。熱風(fēng)爐燃料采用合成氣凈化裝置尾氣及氨合成弛放氣。開工用燃料為柴油，點(diǎn)火采用液化石油氣(LPG)。煤粉干燥的熱介質(zhì)為熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱煙氣、磨煤干燥后