U-GAS氣化裝置在義煤綜能公司的應(yīng)用

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(河南能源化工集團 義煤綜能公司，河南 義馬 472300)

U-GAS氣化裝置在義煤綜能公司的應(yīng)用

李永波，王杰才

(河南能源化工集團 義煤綜能公司，河南 義馬 472300)

介紹了U-gas氣化裝置的工藝流程，義煤綜能公司U-gas氣化裝置試運行情況，以及對U-gas氣化裝置進行的優(yōu)化、改進，從運行情況來看，各項指標達到設(shè)計要求。

煤氣化；U-gas；改造

0 前言

U-gas氣化技術(shù)是美國氣體技術(shù)研究院(GTI)開發(fā)的煤氣化技術(shù)，該技術(shù)采用流態(tài)化反應(yīng)，可以轉(zhuǎn)化劣質(zhì)燃料為有效氣體[1]，美國綜合能源公司于2008年在山東棗莊建成一小型工業(yè)化裝置建成投運，2009年義煤公司與其合資采用該技術(shù)在義馬市化工園區(qū)建設(shè)年產(chǎn)30萬t甲醇的工業(yè)化示范裝置。

1 工藝流程

氣化裝置主要有：輸煤系統(tǒng)、氣化爐、排渣系統(tǒng)、旋風分離系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)(見圖1)。

圖1 義煤綜能公司U-Gas煤氣化工藝流程圖

來自原料工序的原料煤，經(jīng)皮帶輸送至氣化工序緩沖煤斗，經(jīng)過加煤系統(tǒng)噴入氣化爐內(nèi)。氣化爐是一個直立的圓筒體，分上下兩段，上部的直徑較大，氣流速度較低，稱之為稀相段；下部的直徑較小，氣流速度較大，形成流化床的濃相段。煤炭進入濃相段，主要的氣化反應(yīng)發(fā)生在濃相段。濃相段的底部有一個倒錐形的氣體分布板，分布板上開了數(shù)百個圓孔，水蒸氣和氧氣(開車時用空氣)通過這些小孔進入氣化爐。分布板的作用是均勻地分布氣化劑并把下移的顆粒體推向射流區(qū)，建立固體顆粒的內(nèi)循環(huán)。分布板的下端與灰渣排放管(分級器)相接，灰渣由夾套管進入排渣系統(tǒng)；灰渣經(jīng)過灰鎖斗噴水降溫后經(jīng)冷渣機、皮帶機、斗提機送往渣倉；灰渣排放管開有一根蒸汽管即環(huán)管，灰渣排放管中心還有一根向上開口的射流管即中心管，粉煤氣化所需的氧氣和水蒸氣，大部分氧氣和一部分水蒸氣由此進入氣化爐。產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)過一旋、二旋后進入余熱鍋爐系統(tǒng)降溫，在經(jīng)高效旋風再次除塵后進入陶瓷除塵系統(tǒng)后然后外送。高效旋風與陶瓷除塵系統(tǒng)捕集的粉塵送往粉倉。

2 裝置運行情況

義煤綜能公司共有U-gas氣化爐裝置三套，兩開一備，2010年4月開工建設(shè)，2012年12月28日產(chǎn)出甲醇。在試運行初期因員工操作不熟練、原料煤品質(zhì)變化大等因素，氣化爐運行負荷較低，經(jīng)過幾個月的摸索，操作負荷從開始的50%逐步提高到90%；在2013年8月U-gas氣化裝置兩臺爐最長連續(xù)運行76 d。在2014年2月成功試燒灰熔點1 500 ℃、熱值21.7 J的新義礦煤，為以后原料煤的選擇提供了更大的空間。

2.1 U-gas氣化爐用煤

義煤綜能公司U-gas氣化爐完全采用義馬本地煤，義馬煤是典型的高灰、高硫、低熱值的長焰煤(分析見表1、表2)。主要考慮煤的氣力輸送的要求，入爐煤粒度控制在13 mm以下，經(jīng)過簡單的篩分破碎即可，水分控制在10%以內(nèi)。

表1 氣化用煤的工業(yè)分析

表2 入爐煤的元素分析 %

2.2 U-gas氣化爐運行主要參數(shù)

我公司U-gas氣化爐設(shè)計操作溫度1 000 ℃，設(shè)計操作壓力1.0 MPa，粗煤氣產(chǎn)量100 000 Nm3/h(單臺)，具體參數(shù)如表3、表4所示。氣化爐操作溫度比設(shè)計值低100 ℃，主要是為了避免煤的灰熔點波動而造成氣化爐內(nèi)結(jié)疤，影響長期穩(wěn)定運行，目前隨著操作的熟練和穩(wěn)定的原煤供應(yīng)，氣化爐操作溫度正在逐步提高；為了控制爐溫和保證物料的流化，實際運行中蒸汽消耗量有所增加，造成合成氣成分比設(shè)計值有所變化。

除了操作溫度低于設(shè)計值外，其他主要參數(shù)基本與設(shè)計值一致，我公司U-gas氣化爐運行達到設(shè)計指標。

2.3 U-gas氣化爐工藝廢水與灰渣

U-gas氣化爐工藝廢水中主要含有NH3-N、COD，不含其它難生化物質(zhì)，易于處理，廢水NH3-N含量在49.09 mg/L左右，COD在1 500 mg/L左右，pH值在8～9。

U-gas氣化爐排渣實現(xiàn)灰團聚，正常操作時團聚顆粒大小在18 mm左右，最大顆粒在50 mm左右，灰渣中殘?zhí)空？刂圃?%以下，最好時可達1%～2%。

表3 單臺氣化爐運行主要參數(shù)

表4 氣化爐粗合成氣主要氣體成分 %

3 U-gas氣化裝置特點

從我公司U-gas氣化裝置一年來的試運行情況看，具有以下特點：①可有效轉(zhuǎn)化利用低熱值高灰、高硫、高熔點煤。②原料煤處理簡單，一般控制在13 mm以下，破碎篩分即可簡便易行。③廢水中主要含有NH3-N，COD較低，不含其它難生化物質(zhì)，易于處理，廢水量少。④操作簡單，負荷彈性大，可在50%～110%運行。⑤主要設(shè)備均國產(chǎn)，投資低，制造周期短。

4 對氣化裝置改造

考慮到我公司采用的是國際首套1.0 MPa壓力的U-gas氣化爐，無相近經(jīng)驗可借鑒，為盡可能地降低新裝置的風險，我公司在建立之初就成立了氣化攻關(guān)組，在充分借鑒其它氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上分系統(tǒng)進行論證攻關(guān)。

4.1在設(shè)計階段，通過論證分析，對設(shè)計進行了以下優(yōu)化

①加煤系統(tǒng)。取消了螺旋加煤，借鑒高爐噴粉系統(tǒng)，成功地解決了稱重、連續(xù)加煤、加煤口掛壁及密封問題。②排渣系統(tǒng)。原設(shè)計采用高溫、高壓冷渣機，經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)不能解決在900 ℃、1.0 MPa壓力下的密封泄漏問題。結(jié)合各方面經(jīng)驗，采用高溫噴水、鎖斗排渣系統(tǒng)，取得了良好效果。③除塵系統(tǒng)。原設(shè)計采用布袋除塵器，占地面積大，易損壞，后借鑒其他爐型，采用陶瓷除塵，保證了煤氣除塵效果。④高溫閥。高溫鎖渣閥在1 000 ℃條件下，運行周期短，價格高，后在工藝上適當改進后，降低了溫度，改用新型閥，運行情況良好。⑤流化床氣化工藝特點會帶來設(shè)備及框架振動，在棗莊氣化裝置該晃動尤其明顯，存在巨大安全隱患。為此，綜能公司在改變框架結(jié)構(gòu)的同時，對設(shè)備支撐進行了優(yōu)化改造，從實際運行情況看，改造后滿足了使用要求。

4.2在運行階段，主要暴露了以下問題并進行了改造

①陶瓷過濾器過濾下的煤粉含碳高，針對這一情況進行了煤粉返爐實驗，重新回收利用，取得了效果，改造全部完成后，可避免煤粉污染環(huán)境，進一步提高碳轉(zhuǎn)化率。②輸煤載氣改造。實際運行中輸煤用氣量較大，而工藝尾氣作為廢氣排放。為充分利用工藝尾氣，對此，我公司改用部分工藝尾氣輔助輸煤，使工藝尾氣中的甲烷進一步分解為有效合成氣。

5 小結(jié)

U-gas氣化爐從運行情況來看，氣化爐各項主要指標達到設(shè)計要求。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在原料選擇范圍寬，廢水處理簡單，煤氣成分接近Lurgi氣化工藝。經(jīng)過優(yōu)化完善后，該氣化技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1]劉 巧.淺議U-gas爐氣化工藝設(shè)計[J].煤化工，2000，92(3):27-31.

工信部五舉措助力化工新材料

新材料產(chǎn)業(yè)是我國由工業(yè)大國向工業(yè)強國轉(zhuǎn)變的重要基礎(chǔ)，以先進高分子材料及復合材料為代表的化工新材料，更是工業(yè)發(fā)展的助推器。面對行業(yè)發(fā)展遇到的機遇及存在的問題，工信部將從五個方面入手，推動化工新材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學研用緊密合作向前發(fā)展。

一是加強政策引導，推進產(chǎn)業(yè)化進程。工信部正在會同其他部門，繼續(xù)通過技術(shù)改造、強基工程、新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化等專項，支持化工新材料的產(chǎn)業(yè)化及示范應(yīng)用，支持公共服務(wù)平臺。 二是加強行業(yè)管理，發(fā)揮行業(yè)協(xié)會的作用。行業(yè)要以市場為導向，企業(yè)為主體，政產(chǎn)學研充分結(jié)合。政府要通過制定標準、規(guī)劃和政策并加強政策執(zhí)行的監(jiān)管力度，為企業(yè)創(chuàng)造公平的競爭環(huán)境。同時，政府可以為行業(yè)牽線搭橋，在重點化工新材料行業(yè)，引導建立上下游協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，消除阻礙行業(yè)發(fā)展的壁壘。 三是鼓勵企業(yè)開放發(fā)展，走國際化道路。一方面，歡迎國外先進企業(yè)“走進來”，鼓勵國內(nèi)企業(yè)與之合作，并在合作中盡可能擴大外方技術(shù)溢出效應(yīng)；另一方面也鼓勵國內(nèi)企業(yè)“走出去”，充分利用全世界的資源，包括礦產(chǎn)資源、技術(shù)資源、市場資源、人才資源等。目前，“走出去”的相關(guān)鼓勵政策正在醞釀。 四是培育企業(yè)做大做強，推進產(chǎn)業(yè)集約發(fā)展。鼓勵企業(yè)通過兼并重組、戰(zhàn)略合作做大做強，形成若干個具有國際競爭力的化工新材料企業(yè)集團；同時圍繞大型企業(yè)建設(shè)化工新材料產(chǎn)業(yè)集群。 五是適當利用公平貿(mào)易手段，保護民族工業(yè)。近幾年，我國在化工新材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域積極運用反傾銷等國際公平貿(mào)易手段，來應(yīng)對國外競爭對手對民族工業(yè)的打壓。例如有機硅、雙酚A等行業(yè)實施的反傾銷對國內(nèi)相關(guān)企業(yè)快速發(fā)展起到了積極作用。

2014-06-08

李永波(1980-)，男，助理工程師；通訊聯(lián)系人：王杰才，電話：13839865905。

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