新型粉煤氣化爐的研究與探索

唐 勇

(貴州盤江投資控股〔集團(tuán)〕有限公司 貴州貴陽(yáng) 550081)

新型粉煤氣化爐的研究與探索

唐 勇

(貴州盤江投資控股〔集團(tuán)〕有限公司 貴州貴陽(yáng) 550081)

介紹了現(xiàn)有煤氣化爐的運(yùn)行情況、存在的問(wèn)題及攻關(guān)難點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)有煤氣化爐存在的不足，提出了研發(fā)新型氣化爐的設(shè)計(jì)構(gòu)想，以達(dá)到氣化爐開(kāi)停車操作方便、安全，運(yùn)行成本低，節(jié)能環(huán)保的目的。

氣化爐；新型；節(jié)能；環(huán)保

經(jīng)過(guò)10年的發(fā)展，曾經(jīng)的煤化工熱潮現(xiàn)已經(jīng)冷落，尤其是原油價(jià)格的大幅跌落，更使煤化工產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重打擊。發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的設(shè)備是氣化爐，需能滿足后續(xù)產(chǎn)品大型化、規(guī)?；a(chǎn)的要求。現(xiàn)針對(duì)氣化爐進(jìn)行研究及探索，以緩解我國(guó)對(duì)國(guó)外大型煤氣化爐的依賴程度，同時(shí)解決進(jìn)口設(shè)備、技術(shù)水土不服的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化并降低投資。

1 主要?dú)饣癄t情況

按固體與氣體接觸的方式區(qū)分，煤氣化爐可分為固定床、流化床、氣流床和熔融床，其中熔融床技術(shù)還沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)，氣流床氣化是目前煤氣化技術(shù)的主流，代表著今后煤氣化技術(shù)的發(fā)展方向。因此，本文主要介紹具有代表性的德士古氣化爐、殼牌氣化爐、GSP爐等大型氣化爐[1]。

1.1 德士古氣化爐

德士古氣化爐為濕法進(jìn)料的氣流床氣化爐。國(guó)內(nèi)最早引進(jìn)德士古氣化爐的是山東魯南化肥廠，投運(yùn)的裝置有山東魯南、上海焦化、陜西渭化、安徽淮化、金陵石化、南化公司等近3 0臺(tái)(套)裝置，其中一些裝置已有10年以上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行狀況良好，代表了水煤漿氣化技術(shù)的先進(jìn)性。但德士古氣化爐對(duì)煤質(zhì)限制比較嚴(yán)格，如煤的成漿性、灰分含量等，且存在耐火磚成本高、使用壽命短、燒嘴易磨損等問(wèn)題。

1.2 殼牌氣化爐

殼牌氣化爐屬于干粉煤氣流床氣化爐，可氣化不同種類的煤，包括劣質(zhì)的次煙煤和褐煤以及生物燃料和廢棄物等。殼牌氣化工藝于1972年開(kāi)始研究，1978年在德國(guó)漢堡建成中試裝置，1987年在美國(guó)建成日投煤量250～400 t的示范裝置；1996年在荷蘭建成大型IGCC裝置，氣化爐為單系統(tǒng)操作，日處理煤量2 000 t[2]。從2006年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)先后有湖北雙環(huán)、岳陽(yáng)洞氮、廣西柳州、貴州天福等10余家企業(yè)引進(jìn)該技術(shù)，已建成或在建的氣化爐超過(guò)20臺(tái)。

1.3 GSP爐

GSP爐發(fā)展于1979年，前民主德國(guó)燃料研究所建設(shè)了1套熱負(fù)荷為3 MW的煤氣化中試裝置，氣化爐內(nèi)有耐火材料襯里。GSP氣化爐早期只有6年氣化褐煤的業(yè)績(jī)，沒(méi)有氣化高灰分、高灰熔點(diǎn)煤的業(yè)績(jī)，商業(yè)化運(yùn)行的裝置較少，國(guó)外有加拿大能源公司及美國(guó)安全能源公司合成天然氣項(xiàng)目，單爐日投煤量為2 000 t；國(guó)內(nèi)有神華寧煤甲醇制烯烴項(xiàng)目和山西蘭花氨醇項(xiàng)目，單爐日投煤量2 000 t，以無(wú)煙煤為原料。

1.4 氣化爐存在的問(wèn)題或缺陷

殼牌等干粉煤氣化爐整個(gè)系統(tǒng)流程長(zhǎng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，N2(或CO2)消耗量大；須配套超高壓氮壓機(jī)、高壓氮壓機(jī)、低壓氮壓機(jī)及激冷氣壓縮機(jī)，導(dǎo)致投資大、能耗高；煤的干燥、磨粉及中壓過(guò)熱蒸汽等所增加的煤耗、動(dòng)力能耗，提高了生產(chǎn)成本；存在爐內(nèi)掛渣不均、積灰(爐頂輸氣管換熱器和廢熱鍋爐)、飛灰過(guò)濾器除塵效率不高、激冷氣壓縮機(jī)故障等問(wèn)題，易造成工藝管線堵塞或磨穿；氣化爐的點(diǎn)火燒嘴或噴嘴易損壞。

德士古水煤槳?dú)饣癄t燒嘴使用壽命較短，一般使用2個(gè)月后需停車檢查、維修或更換噴嘴頭部，影響氣化爐的穩(wěn)定性、安全性，使氣化爐難以達(dá)到“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。

另外，氣化爐開(kāi)車及升溫過(guò)程中需消耗大量的天然氣或柴油等燃料，將產(chǎn)生大量的廢氣，既不環(huán)保又浪費(fèi)資源；生產(chǎn)過(guò)程中需消耗燃料或合成氣，以維持氣化爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 國(guó)內(nèi)氣化爐的發(fā)展

在引進(jìn)國(guó)外氣化爐的基礎(chǔ)上不斷消化吸收，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了許多氣化爐，具有代表性的主要有兩段式粉煤氣化爐、清華爐、航天爐等，實(shí)現(xiàn)了日氣化原煤千噸級(jí)的規(guī)模，正進(jìn)行千噸以上規(guī)模的氣化爐建設(shè)及工業(yè)示范。

國(guó)內(nèi)氣化爐都借鑒了國(guó)外氣化爐的設(shè)計(jì)原理及理念，均采用中高壓氣化方式以提高處理煤量，但同時(shí)也提高了設(shè)備的加工難度，制造成本成倍提高。

3 新型氣化爐的設(shè)計(jì)構(gòu)想

新型氣化爐從設(shè)計(jì)方面應(yīng)打破現(xiàn)有模式，以克服現(xiàn)行氣化爐存在的問(wèn)題及難點(diǎn)，從設(shè)備制造的難易度、成本高低以及設(shè)備的操作性、環(huán)保及物耗方面著手，以達(dá)到降低設(shè)備投資、便于開(kāi)停車、運(yùn)行安全、節(jié)約物料的目的。

3.1 設(shè)計(jì)壓力

新型氣化爐采用常壓式設(shè)計(jì)，可大幅降低設(shè)備的制造難度和成本。氣化反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，反應(yīng)速率隨著壓力的增大而減緩。新型氣化爐不采用中高壓方式，有利于固態(tài)粉煤的氣化，可提高反應(yīng)速率。

3.2 點(diǎn)火方式

目前，氣化爐主要以天然氣、柴油等燃料進(jìn)行點(diǎn)火和升溫，操作過(guò)程中點(diǎn)火燒嘴很容易損壞，且需消耗大量的燃料并產(chǎn)生大量的工業(yè)廢氣。以日處理原煤2 000 t的單臺(tái)GSP爐為例，天然氣為點(diǎn)火開(kāi)車的燃料，氣化爐系統(tǒng)升溫達(dá)到熱備狀態(tài)約需24 h以上，每小時(shí)消耗天然氣約1 220 m3。河南龍宇煤化工有限公司殼牌氣化爐僅開(kāi)、停車就需220萬(wàn)元。

新型氣化爐采用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)火和升溫，操作方便、安全，且不消耗燃料，也不產(chǎn)生工業(yè)廢氣，節(jié)能又環(huán)保，不僅節(jié)約了資源，而且降低了開(kāi)車成本。

3.3 進(jìn)料與排氣方式

新型氣化爐采用爐頂進(jìn)料，進(jìn)入氣化爐的煤與氧化劑等充分混合后，依靠重力從上往下依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)、排渣區(qū)，完成氣化過(guò)程。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體從氣化爐的中下部排出進(jìn)入廢熱鍋爐回收利用熱量，渣落入爐底激冷池中并經(jīng)撈渣機(jī)排出。新型氣化爐能有效減少飛灰及粉煤進(jìn)入廢熱鍋爐的量，減輕對(duì)管道的磨損，且不存在返回的激冷氣，工藝流程短，有效減少了高壓設(shè)備，大大降低了系統(tǒng)建設(shè)投資。

3.4 粉煤噴嘴

新型氣化爐高溫反應(yīng)區(qū)在爐體中部，爐頂溫度較低，且熱量大部分被煤帶走(預(yù)熱)，粉煤噴嘴的溫度被有效降低，不易損壞。取消開(kāi)工燒嘴和工藝燒嘴，采用先進(jìn)、可靠、低成本的燃燒方式，確保煤氣化所需的溫度，大大降低了設(shè)備投資和開(kāi)車成本。

3.5 新型氣化爐的優(yōu)勢(shì)及進(jìn)展

新型氣化爐易制造，開(kāi)停車方便、安全，建設(shè)投資低，同等規(guī)模氣化爐建設(shè)成本僅為殼牌、GSP等爐的20%左右；氣化溫度高，理論值可達(dá)4 000 ℃左右，適應(yīng)煤種廣泛。目前，新型氣化爐項(xiàng)目研究正進(jìn)入中試階段。

4 結(jié)語(yǔ)

新型氣化爐在節(jié)能環(huán)保方面優(yōu)于現(xiàn)有的各種氣化爐，可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保、低成本運(yùn)行的目的。我國(guó)擁有豐富的煤炭資源，其中高灰分、高硫、高灰熔點(diǎn)的煤儲(chǔ)量巨大，新型氣化爐的研發(fā)有利于提高資源的利用率[3]。

[1] 郭文元.大型干煤粉氣化爐的技術(shù)特點(diǎn)[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2005(5)：19- 21.

[2] 唐宏青.現(xiàn)代煤化工新技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[3] 唐勇.發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)提高資源綜合利用度[J].煤炭技術(shù)，2006(9)：1- 2.

Study and Exploration of New Coal Gasifier

TANG Yong

(Guizhou Panjiang Investment Holding 〔Group〕 Co., Ltd., Guiyang 550081, China)

The operation conditions of present coal gasifier, existing problems and difficulties to be tackled are introduced.In connection with shortcomings of current coal gasifier, design ideas of developing new gasifier are proposed, with the goal of easy operation of startup and shutdown of gasifier, safety, low operation cost, energy saving and environmental protection.

gasifier; new type; energy saving; environmental protection

唐勇(1979—)，高級(jí)工程師，經(jīng)濟(jì)師，從事煤化工技術(shù)管理及項(xiàng)目前期咨詢工作；tangyongtang2005@126.com

TQ545

A

1006- 7779(2017)01- 0053- 02

2015- 07- 24)