廢鍋流程的合成氣蒸汽聯產水煤漿水冷壁晉華爐煤氣化技術應用

丁法效 張景濤

摘 要：為徹底解決“三高煤”的氣化問題，進一步提高氣化系統(tǒng)的能量轉換效率，陽煤集團和清華大學在現有晉華爐基礎上，擬在陽煤豐喜集團泉稷分公司新上1臺2000t/d氣化爐，增加對流式蒸汽發(fā)生器，完成第4代晉華爐的研發(fā)和工業(yè)化應用，以實現氣化熱量的“全熱回收”，蒸汽產量可再增加40%～50%。

關鍵詞：廢鍋流程;合成氣;蒸汽聯產;水煤漿水冷壁;晉華爐;煤氣化技術

1 晉華爐簡介

晉華爐煤氣化技術是由清華大學山西清潔能源研究院、北京清創(chuàng)晉華科技有限公司、山西陽煤化工機械（集團）有限公司和陽煤豐喜肥業(yè)（集團）有限責任公司共同開發(fā)的新型合成氣/蒸汽聯產水煤漿水冷壁（帶輻射廢鍋）煤氣化技術，是經過多年的實踐和創(chuàng)新，通過產、學、研、用相結合，完成了專利研究、工藝包、工程設計和工程建設的新型、高效、節(jié)能的煤氣化技術[1-2]。該裝置于2015年10月在陽煤豐喜集團（肥業(yè)）有限責任公司臨猗分公司（以下簡稱臨猗分公司）開始組建，設計有效氣產量為35000m3/h（標態(tài)），設計壓力為4.0MPa，建設工期6個月。裝置于2016年4月1日一次投料成功，并連續(xù)穩(wěn)定運行;至2017年12月1日，累計運行550d（因電力系統(tǒng)春檢、秋檢、空分更換轉子、年前停車檢修、合出氣管焊縫漏、碳洗塔改造等原因停車7次），運行狀況良好，有效氣成分達到81%以上。

2 工藝流程

晉華爐煤氣化裝置分為3個工段：水煤漿制備工段、氣化工段、灰水處理工段。

2.1水煤漿制備工段

由煤貯運系統(tǒng)來的原料煤，經皮帶機輸送入煤斗，經煤稱重給料機計量進入磨煤機。制漿用水采用工廠難以處理的廢水等。添加劑在地下池中配制成一定濃度后，由添加劑槽給料泵送入添加劑槽，再經添加劑計量給料泵按一定比例與水、原料煤同時進入磨煤機，在磨煤機中磨成一定粒度分布、高濃度的煤漿，出磨煤機的煤漿經滾筒篩過濾后流至磨機出料槽，由低壓煤漿泵送至煤漿槽。磨機出料槽和煤漿槽均設有攪拌器，使煤漿始終處于均勻懸浮狀態(tài)。

2.2氣化工段

來自煤漿槽的煤漿由高壓煤漿泵加壓后送至氣化爐，來自空分裝置的氧氣由燒嘴的中心管和環(huán)管進入氣化爐，煤漿和氧氣在高溫條件下瞬間完成部分氧化反應生成粗煤氣。反應后的粗煤氣和熔渣一起出燃燒室后，進入輻射廢鍋進行熱量回收，輻射廢鍋產生高壓飽和蒸汽。經輻射廢鍋，粗煤氣降溫后與廢鍋底部的激冷水混合去往洗氣塔，經洗氣塔洗滌降溫除塵后送至用戶。為了保護工藝燒嘴，在工藝燒嘴的端部設有水夾套，通過工藝燒嘴冷卻水的循環(huán)流動來冷卻燒嘴。氣化爐水冷壁系統(tǒng)和燒嘴冷卻水系統(tǒng)共用1套鍋爐給水系統(tǒng)。來自鍋爐母管的鍋爐水通過液位調節(jié)系統(tǒng)送入汽包，汽包中的鍋爐水通過鍋爐水循環(huán)泵分別送入氣化爐的水冷壁系統(tǒng)和燒嘴冷卻水系統(tǒng)。氣化爐反應中產生的熔渣出燃燒室后隨粗煤氣進入廢鍋回收熱量，出廢鍋經水浴冷卻后由鎖斗系統(tǒng)排入渣池，由撈渣機撈出后用貨車外運。渣池黑水送至灰水處理系統(tǒng)進行處理。

2.3灰水處理工段

從洗氣塔底部來的黑水進入高壓閃蒸罐，在高壓閃蒸罐中，一部分水經減壓閃蒸變成蒸汽，高壓閃蒸汽送去熱水塔回收熱量。從高壓閃蒸罐底部排出的水含有較多的固體顆粒，這部分黑水通過液位控制閥送到低壓閃蒸罐繼續(xù)閃蒸，閃蒸后的氣體送往除氧器，閃蒸后的黑水送到真空閃蒸罐，來自渣池的黑水也送到真空閃蒸罐。經過真空閃蒸罐中的閃蒸，黑水中溶解的氣體釋放出來。從真空閃蒸罐出來的閃蒸汽首先進入真空閃蒸冷凝器進行冷凝分離，下液直接插入灰水槽中，利用灰水槽的液位作為液封，以保證其真空度。真空閃蒸罐的真空度由真空泵來實現。真空泵將真空閃蒸冷凝器出來的氣體抽引出，然后直接排入大氣，液體去灰水槽。真空閃蒸罐不控制液位，真空閃蒸罐下液管線直接插入沉降槽中心桶，利用沉降槽的液位作為液封，以保證其真空度。

3 裝置72h技術考核

3.1本次考核采用的煤種與設計煤種基本符合;

3.2連續(xù)穩(wěn)定運行72h，平均負荷率為104.9%，各項指標平穩(wěn)，考核數據達到了考核指標要求;

3.3裝置自動化水平高，安全可靠，操控性能良好;

3.4采用具有自主知識產權的專利技術，國產化率達到100%;

3.5根據現場考核結果，專家組意見為：晉華爐技術裝置為國內外首套水煤漿水冷壁直連輻射廢鍋的氣化工業(yè)裝置，副產的高品質蒸汽可作為工藝和動力用汽，灰水循環(huán)量大幅度減少，節(jié)能降耗和環(huán)保綜合性能優(yōu)異。

4 技術優(yōu)勢及優(yōu)點

4.1煤種適應性廣由于氣化室采用膜式水冷壁結構，對氣化爐燃燒室進行保護，擺脫了耐火磚氣化爐對爐溫的限制，煤種適應性大大增強。

4.2點火投料系統(tǒng)更安全晉華爐采用三流道的組合式燒嘴，點火時送入燃料氣，用燃料氣將氣化爐溫度升至800℃，在常壓下投水煤漿，燃料氣與水煤漿同軸伴燃，穩(wěn)燃后切斷燃料氣。由于有燃料氣的伴燃，投料后氣化爐溫度馬上上升，不會發(fā)生爆燃，實現了一個燒嘴點火、烘爐、投料全過程，在開車過程中不再需要更換燒嘴，開車更簡潔、穩(wěn)定。

4.3本質安全性好耐火磚氣化爐在開車和運行過程中，爐殼溫度在200℃以上。如果筑爐有問題或者爐磚竄氣，有時會發(fā)生爐壁超溫的現象，嚴重時甚至會造成氣化爐爐殼鼓包、爆炸事故。膜式水冷壁采用垂直懸掛結構，布水均勻，無氣液分層，水力循環(huán)系統(tǒng)采用本質安全的自然循環(huán)設計，氣化室爐內壁掛渣狀況良好，渣后的水冷管吸熱量較小，副產蒸汽量≤1t/h，既保證了水冷壁的安全，又解決了高溫環(huán)境中水冷壁的膨脹問題。

結束語

熱量回收好耐火磚氣化爐是通過激冷水將高溫粗煤氣進行降溫冷卻，激冷水循環(huán)量大，激冷后送往閃蒸系統(tǒng)的水流量大，閃蒸系統(tǒng)熱損耗高。晉華爐從氣化室出來的高溫合成氣進入輻射式蒸汽發(fā)生器，副產高品質的高壓蒸汽，有效回收了熱量，提高了熱量利用率，降低了能耗。廢鍋大小可根據后系統(tǒng)需要的汽氣比進行調節(jié)，從而保證后系統(tǒng)不用再補加蒸汽，合成氣通過廢鍋回收熱量后降至700℃左右。

參考文獻

[1]于利紅，李彩艷，吳永國，趙梅梅，李磊，閆鳳芹.廢鍋流程煤氣化技術綜述[J].煤炭加工與綜合利用