低壓氣流床氣化技術(shù)應(yīng)用于中小型煤化工行業(yè)的優(yōu)勢(shì)

(安徽科達(dá)潔能股份有限公司，安徽 馬鞍山 243041)

我國中小型煤化工企業(yè)，尤其是中小型合成氨生產(chǎn)企業(yè)，一部分仍然在使用老工藝氣化系統(tǒng)——固定床氣化爐進(jìn)行生產(chǎn)，氣化爐臺(tái)數(shù)較多，并且固定床氣化爐使用的煤種必須為塊煤或型煤，原料價(jià)格偏高。近兩年，由于化工行業(yè)市場(chǎng)產(chǎn)品行情好轉(zhuǎn)，雖然這些企業(yè)的生產(chǎn)成本偏高，但總體仍然處于盈利狀態(tài)。然而，隨著國家及地方政府的環(huán)保政策的日趨嚴(yán)厲，迫使這些企業(yè)謀求對(duì)煤氣化系統(tǒng)進(jìn)行“氣頭”升級(jí)改造。

以安徽科達(dá)潔能股份有限公司(以下簡稱安徽科達(dá)潔能)與某煤化工企業(yè)技術(shù)交流情況為例，該公司18萬t/a合成氨裝置，共配備10臺(tái)固定床氣化爐，其使用原料為無煙塊煤(來源于山西、陜西)，到廠價(jià)格為1 350元/t，噸氨煤原料成本約1 800元。原料煤價(jià)格昂貴，造成了噸氨生產(chǎn)成本偏高，雖然該企業(yè)進(jìn)行了非常嚴(yán)格的生產(chǎn)管控處理，但整個(gè)煤氣化生產(chǎn)區(qū)域仍然存在廢氣、廢水污染的環(huán)保問題。

更為緊迫的是，根據(jù)國家及地方政府的環(huán)保政策，該企業(yè)必須在2020年左右完成對(duì)煤氣化生產(chǎn)系統(tǒng)的升級(jí)改造[1]。這也逼迫該企業(yè)在市場(chǎng)上尋求運(yùn)行壓力為1.0 MPa左右的低壓氣流床氣化技術(shù)，用來改造其煤氣化生產(chǎn)裝置。

其實(shí)該企業(yè)面臨的情況，在國內(nèi)同類型的中小型煤化工企業(yè)中普遍存在。

1 科達(dá)低壓氣流床氣化技術(shù)

安徽科達(dá)潔能自2010年開始進(jìn)行氣流床氣化技術(shù)的調(diào)研及低壓氣流床系統(tǒng)的研發(fā)工作。2012年立項(xiàng)5 000 Nm3/h的低壓氣流床氣化技術(shù)的中試裝置，并在馬鞍山基地開工建設(shè)，于2013年4月至2014年6月進(jìn)行了4次四燒嘴對(duì)置下行廢鍋換熱氣化方式的試驗(yàn)運(yùn)行工作，采集使用循環(huán)流化床氣化的飛灰和原煤的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合沈陽科達(dá)潔能燃?xì)庥邢薰?以下簡稱沈陽科達(dá)潔能)循環(huán)流化床系統(tǒng)運(yùn)行狀況，為了提高煤炭的綜合利用率，于2014年7月立項(xiàng)，在沈陽科達(dá)潔能建設(shè)了兩臺(tái)10 kNm3/h(經(jīng)除塵、脫硫的干煤氣，下同)的低壓氣流床裝置，原料為循環(huán)流化床產(chǎn)生的飛灰。該項(xiàng)目于2015年7月首次投料并穩(wěn)定運(yùn)行，在2016年、2017年全年度的長周期運(yùn)行過程中，為沈陽科達(dá)潔能實(shí)現(xiàn)“降本增效”起到了積極的作用。

通過工業(yè)化裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集及核心設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，安徽科達(dá)潔能的技術(shù)團(tuán)隊(duì)完全掌握了低壓氣流床氣化核心技術(shù)的要點(diǎn)，并且根據(jù)沈陽科達(dá)潔能兩臺(tái)低壓氣流床氣化裝置的運(yùn)行情況，驗(yàn)證了低壓氣流床氣化技術(shù)完全能夠達(dá)到各項(xiàng)設(shè)計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

科達(dá)低壓氣流床氣化系統(tǒng)按照單爐產(chǎn)能劃分，目前有10 kNm3/h、30 kNm3/h、55 kNm3/h、80 kNm3/h和100 kNm3/h等規(guī)格，氣化爐運(yùn)行壓力范圍在0～1.6 MPa之間，負(fù)荷彈性控制在60%～120%之間。整個(gè)工藝系統(tǒng)包含磨煤系統(tǒng)、氣力輸送系統(tǒng)、水汽系統(tǒng)、主氣化系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、渣收集系統(tǒng)、DCS/SIS控制系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)等。低壓氣流床氣化工藝見圖1。

圖1 低壓氣流床氣化工藝流程

2 低壓氣流床氣化技術(shù)應(yīng)用于中小型煤化工行業(yè)的優(yōu)勢(shì)

2.1 中小型煤化工煤氣化與變換生產(chǎn)流程

固定床氣化工藝流程見圖2。

根據(jù)固定床氣化工藝生產(chǎn)流程，若選用氣化爐運(yùn)行壓力為1.0 MPa的低壓氣流床系統(tǒng)，生產(chǎn)的煤氣直接送入變換系統(tǒng)，可節(jié)約煤氣加壓產(chǎn)生的額外能耗。

圖2 固定床氣化工藝流程

2.2 固定床氣化工藝劣勢(shì)[2]

(1)原料煤受限制，只能使用無煙塊煤或型煤，原料成本高。

(2)單爐產(chǎn)能低，產(chǎn)氣量約12 000 Nm3/h[3-4]，造成裝置配套的氣化爐臺(tái)數(shù)太多，占地面積大。

(3)氣化溫度偏低，造成生產(chǎn)過程中的廢水、廢氣中成分復(fù)雜，污染難處理。

(4)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，絕大多數(shù)企業(yè)還是使用純?nèi)斯げ僮髂Ｊ健?/p>

(5)無安全保護(hù)聯(lián)鎖的設(shè)置，整個(gè)系統(tǒng)在生產(chǎn)期間安全性能偏低。

2.3 低壓氣流床氣化工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

(1)建設(shè)周期短，維護(hù)成本低。相對(duì)于國內(nèi)外其他高壓氣流床裝置，低壓氣流床裝置建設(shè)周期一般為8個(gè)月左右，裝置占地面積小，且建設(shè)成本低，投資回收期短。低壓氣流床設(shè)備維護(hù)成本低，核心設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命30年以上，易損件少。

(2)煤種適應(yīng)廣，單爐產(chǎn)能高，匹配度好[1]。低壓氣流床工藝采用干煤粉氣化工藝，核心設(shè)備氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)。煤種適應(yīng)性廣，煙煤、無煙煤、貧瘦煤(如采用褐煤，則需對(duì)原煤進(jìn)行預(yù)干燥)均可使用。根據(jù)安徽科達(dá)潔能工業(yè)裝置的煤種試燒結(jié)果，全水低于20%，發(fā)熱量≥17 556 kJ/kg，灰熔點(diǎn)(FT)≤1 500 ℃的煤種即可作為氣化原料煤，用煤成本大大降低。目前低壓氣流床單爐的最大爐型為100 kNm3/h，設(shè)計(jì)壓力為低壓(0～1.6 MPa)，可根據(jù)用戶實(shí)際用氣需求選用最優(yōu)的爐型替代升級(jí)方案。對(duì)于固定床氣化爐常壓氣化采用低壓氣流床氣化系統(tǒng)升級(jí)改造，在保證原產(chǎn)能前提下后段系統(tǒng)可利舊。

(3)生產(chǎn)成本低，運(yùn)行穩(wěn)定。低壓氣流床綜合煤氣生產(chǎn)成本約為固定床氣化爐生產(chǎn)工藝的65%，且系統(tǒng)副產(chǎn)大量蒸汽，可滿足全廠蒸汽需求。低壓氣流床氣化技術(shù)成熟，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，目前科達(dá)低壓氣流床裝置可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)系統(tǒng)效率高，清潔無污染[5，6]?？七_(dá)低壓氣流床冷煤氣效率可達(dá)80%，熱效率大于96%，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%。低壓氣流床氣化裝置在生產(chǎn)過程中無酚水、焦油等污染物產(chǎn)生，環(huán)保性好，解決了固定床氣化爐污染難處理的問題。

(5)勞動(dòng)強(qiáng)度低，安全性能高?？七_(dá)低壓氣流床由于工藝操作及設(shè)備比較穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度低于固定床氣化裝置，氣化系統(tǒng)每班共配備3～5人即可滿足生產(chǎn)需求。低壓氣流床氣化系統(tǒng)采用先進(jìn)的DCS操作系統(tǒng)、SIS安全系統(tǒng)，在操作的便捷性及安全性上有極大的保證。

3 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)中小型煤化工行業(yè)用低壓氣流床氣化系統(tǒng)升級(jí)改造具有一定優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈蛪簹饬鞔矚饣到y(tǒng)產(chǎn)生的煤氣壓力可與現(xiàn)有的變換裝置運(yùn)行壓力匹配，使這些企業(yè)省去對(duì)后系統(tǒng)改造的費(fèi)用，節(jié)約投資成本，并且在應(yīng)用低壓氣流床氣化系統(tǒng)后原料煤的可用煤質(zhì)更廣，節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本，為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。