GE水煤漿氣化爐是一種以水煤漿為原料.doc

GE水煤漿技術(shù)概述世界能源界自上世紀(jì)七十年代就開始了對(duì)水煤漿的研究，我國(guó)是世界上較早開發(fā)這一項(xiàng)目的國(guó)家，“水煤漿制備與燃燒技術(shù)”從“六五”到“八五”都列為國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。八十年代初，我國(guó)在這一技術(shù)上就取得了成功，走在世界的前列，多次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國(guó)家專利。但自水煤漿問(wèn)世以來(lái)，主要是進(jìn)行大規(guī)模制漿與電站鍋爐燃用水煤漿的工業(yè)示范。水煤漿作為中國(guó)潔凈煤技術(shù)的重要組成部分，經(jīng)過(guò)近二十年的技術(shù)開發(fā)，工業(yè)性實(shí)驗(yàn)和商業(yè)性示范應(yīng)用，已顯示出它所具有的代油、節(jié)能、高效率燃燒和低污染等許多優(yōu)勢(shì)，已被愈來(lái)愈多的企業(yè)所認(rèn)識(shí)。水煤漿是一種新型、高效、清潔的煤基燃料，是燃料家族的新成員，國(guó)際上稱為CWM（Coal Water Mixture）或CWF（Coal Water Fuel），它是由66%69%不同分布的煤，30%左右的水和約1%的化學(xué)添加劑制成的混合物，經(jīng)過(guò)多道嚴(yán)密工序，層層篩選煤炭中燃燒不充分成份及產(chǎn)生污染的S.A等雜質(zhì)，僅將碳本質(zhì)保留下來(lái)，成為水煤漿的精華，它具有石油一樣的流動(dòng)性，熱值相當(dāng)于石油的一半，被稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品。水煤漿其中的水并不能提供熱量，在燃燒過(guò)程中還會(huì)因蒸發(fā)造成熱損失，不過(guò)這種損失并不大。以含煤70的水煤漿為例，1公斤水煤漿中含水0.3公斤，水的氣化潛熱不到600大卡/公斤，故燃燒1公斤水煤漿因其中水造成的熱損失不到180大卡，約占水煤漿熱值的4。它使煤炭從傳統(tǒng)的固體燃料轉(zhuǎn)化為一種流體燃料，從而帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)。水煤漿像油一樣，可以泵送、霧化、貯存與穩(wěn)定著火燃燒。兩噸水煤漿可代一噸油。水煤漿技術(shù)包括水煤漿制備、儲(chǔ)運(yùn)、燃燒、添加劑等關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)涉及多門學(xué)科的系統(tǒng)技術(shù)，水煤漿具有燃燒效率高、污染物排放低等特點(diǎn)；可用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐代油代氣、代煤燃燒，是當(dāng)今潔凈煤技術(shù)的重要組成部分。由于水煤漿與燃油在相同熱值下相比，其價(jià)格僅為重油的1/2左右，以水煤漿代油具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此是目前企業(yè)通過(guò)技術(shù)改造解困的有效途徑之一。燃用水煤漿與直接燒煤相比，具有燃燒效率高、負(fù)荷易調(diào)控、節(jié)能和環(huán)境效益好等顯著優(yōu)點(diǎn)。水煤漿經(jīng)長(zhǎng)距離管道輸送到終端后可直接燃用，儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程全封閉，既減少損失又不污染環(huán)境，是解決我國(guó)煤炭運(yùn)力不足的重要運(yùn)輸方式之一.水煤漿和一般的煤泥水不同，因?yàn)樗且环N燃料，所以必須具備某些便于燃燒、使用的性質(zhì)，主要有： 1為利于燃燒，水煤漿的含煤濃度要高。通常要求在6270% 左右；2為便于泵送和霧化，粘度要低。通常要求在100（1/秒）剪切率及常溫下，表觀黏度不高于10001200毫帕秒；3為防止在貯運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放一個(gè)月不產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀；4為提高煤炭的燃燒效率，其中煤粒應(yīng)達(dá)到一定的細(xì)度。一般要求粒度上限為300微米，其中小于200網(wǎng)目（74微米）的含量不少于75。水煤漿滿足其中單項(xiàng)性能并不難，但要同時(shí)滿足各項(xiàng)要求就會(huì)遇到許多困難，因?yàn)橛行┬阅荛g是相互制約的。例如，要使水煤漿中含煤濃度高，就不能多用水；水少了，又會(huì)引起粘度高，流動(dòng)性差；要流動(dòng)性好，粘度就應(yīng)低，但粘度低又會(huì)使穩(wěn)定性變差。所以它的制備技術(shù)難度大，涉及煤化學(xué)、顆粒學(xué)、膠體與有機(jī)化學(xué)及流變學(xué)等多學(xué)科技術(shù)。1 美國(guó)GE德士古氣化水煤漿氣化技術(shù)。德士古氣化工藝是20世紀(jì)70年代推出的世界上第二代煤氣化工藝,裝置采用濕法進(jìn)料系統(tǒng), 煤與水研磨成漿后用泵送入氣化爐 , 水煤漿的濃度一般在60% 65%之間, 煤中灰分含量以不超過(guò)20%為宜。GE水煤漿加壓氣化技術(shù)具有煤種適應(yīng)性較廣、氣化效率高、氣體成分較好、環(huán)境污染小和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。是目前國(guó)內(nèi)工業(yè)化程度較為成熟的煤氣化技術(shù)。與干法進(jìn)料系統(tǒng)相比, 濕法進(jìn)料工藝簡(jiǎn)單, 安全可靠, 進(jìn)料靈活性高。其技術(shù)特點(diǎn)是對(duì)煤種的適應(yīng)性較寬, 對(duì)煤的活性沒有嚴(yán)格的限制, 但對(duì)煤的灰熔點(diǎn)有一定的要求(一般要低于1400) ; 單爐生產(chǎn)能力大; 碳轉(zhuǎn)化率高, 達(dá)96% 98% , 生產(chǎn)廢水中不含焦油、酚等污染物; 煤氣質(zhì)量好, 有效氣(CO + H2 )高達(dá)80%左右, 甲烷含量低, 適宜做合成氣。2 Texaco (德士古)氣化工藝原料煤與水、添加劑、石灰石、氨水, 經(jīng)磨機(jī)研磨成具有適當(dāng)粒度分布的水煤漿由煤漿泵送入煤漿槽中。水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓后，與空分來(lái)的高壓氧氣一起經(jīng)過(guò)特制的工藝燒嘴噴入氣化爐內(nèi)后，水煤漿被霧化成細(xì)小的顆粒；與氧氣在爐內(nèi)13001400的高溫下發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，產(chǎn)生煤氣(也稱合成氣)，同時(shí)生成少量熔渣。合成氣與熔渣出氣化爐燃燒室后在下降管的引導(dǎo)下進(jìn)入氣化爐激冷室液面以下，熔渣被冷卻固化后沉降到氣化爐激冷室底部，經(jīng)鎖斗收集后排出；合成氣被洗滌冷卻后出下降管，沿下降管與上升管之問(wèn)的環(huán)隙鼓泡上升，離開上升管后被激冷室頂部的折流擋板阻擋折流后由氣化爐激冷室合成氣出口排出；經(jīng)文丘里洗滌器去水洗塔進(jìn)一步洗滌除塵后送變換工序。水洗塔的補(bǔ)充水來(lái)自三路：一路是由文丘里加人的高壓灰水；另兩路分別是高溫變換冷凝液和灰水。從水洗塔儲(chǔ)液槽上部排出的黑水作為氣化爐激冷室的激冷水，水洗塔底部排出的黑水與氣化爐激冷室排出的黑水一起送至渣水處理工序處理，具體工藝見圖13 GE加壓水煤漿氣化技術(shù)特點(diǎn)1)水煤漿氣化工藝要求原料水煤漿要有良好的穩(wěn)定性、流動(dòng)性，較低的灰熔點(diǎn)及泵易輸送等。2)氣化爐內(nèi)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作性能好，操作彈性大，可靠程度高。3)高溫加壓氣化，氣化效率高，氣化采用13001500的高溫，氣化壓力達(dá)65MPa。氣化爐能力與壓力成正比，氣化壓力高，反應(yīng)的速度快，反應(yīng)物在氣化爐內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)，碳的轉(zhuǎn)化率高，增加單臺(tái)氣化爐的生產(chǎn)能力，同時(shí)可節(jié)省后工序氣體壓縮功。4)碳轉(zhuǎn)化率較高，一般可達(dá)90 93，灰渣中粗渣含碳量約5 ，少量細(xì)渣含碳量約25 。單位體積產(chǎn)氣量大，粗煤氣質(zhì)量好，有效氣成分較高，產(chǎn)品氣中(CO+H2)可達(dá)80左右。5)水煤漿進(jìn)料與干粉進(jìn)料比較，簡(jiǎn)化了干粉煤給料及加壓煤倉(cāng)加料的問(wèn)題，具有安全并容易控制的特點(diǎn)，取消了氣化前的干燥，節(jié)約了能量。6)采用半封閉供煤、濕法磨煤以及氣流床氣化，全過(guò)程污染輕微，無(wú)焦油等污染物，是一種先進(jìn)、可靠的氣化工藝。(7)氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部無(wú)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，操作可靠性高；(8)灰渣以液態(tài)形式排出后呈玻璃狀，無(wú)污染和公害；并可用作建筑材料；(9)操作壓力范圍廣，有利于產(chǎn)品煤氣的進(jìn)一步高壓下利用；(11)煤氣凈化可在壓力下進(jìn)行，且可與現(xiàn)有的煤氣凈化技術(shù)兼容；(11)氣化階段用水循環(huán)和回收，產(chǎn)生的污水量少，而且其外排廢水中酚、氰化氫及氨的含量極少，環(huán)境特性好；4 GE加壓水煤漿氣化工藝存在的不足1)受氣化爐耐火磚操作條件和使用壽命的限制，氣化溫度不宜過(guò)高，一般氣化操作溫度不高于1400 。2)氣化爐內(nèi)砌耐火磚沖刷侵蝕嚴(yán)重，更換火磚費(fèi)用大，增加了生產(chǎn)運(yùn)行成本。3)噴嘴使用周期短，一般情況下每2個(gè)月檢查更換1次，若由于操作不當(dāng)，燒嘴頭則更易燒損。停爐更換噴嘴對(duì)生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行或高負(fù)荷運(yùn)行有影響，一般需要有備用爐，增加了建設(shè)投資。4 GE水煤漿氣化爐GE水煤漿氣化爐是一種以水煤漿為原料、氧氣為氣化劑的加壓氣化技術(shù)。水煤漿經(jīng)原料加壓泵加壓后與高壓氧通過(guò)氣化爐頂部的氣化燒嘴進(jìn)人氣化爐(下圖)，在燃燒室(氣化反應(yīng)室)內(nèi)在表壓65 MPa、約1400條件下水煤漿與氧發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S、COS及微量的NH3、HCOOH等氣體。從氣化反應(yīng)室出來(lái)的粗合成氣直接向下通過(guò)下降管進(jìn)入氣化爐的激冷室完成合成氣的激冷洗滌，出激冷室的合成氣溫度約250C左右。粗合成氣中的碳黑在激冷室中大部分被清除，由渣水出口(N1)進(jìn)入破渣機(jī)溫度可達(dá)1540度左右。氣化爐殼體外壁設(shè)有壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，反應(yīng)室內(nèi)的溫度通過(guò)伸人到耐火材料內(nèi)的熱電偶來(lái)測(cè)量，當(dāng)反應(yīng)室外壁某區(qū)域(01 ms)溫度達(dá)到345370時(shí)高溫報(bào)警。因合成氣中含有少量的H2S氣體，為防止?jié)馠2S腐蝕，氣化爐外壁溫度不應(yīng)低于225，以避免內(nèi)壁結(jié)露造成露點(diǎn)腐蝕。5 工藝比較目前國(guó)際上技術(shù)比較成熟、工藝指標(biāo)比較先進(jìn)、業(yè)績(jī)較多的主要是英國(guó)SHELL（殼牌）公司干煤粉氣化工藝和美國(guó)GE公司水煤漿氣化工藝，兩者均為加壓純氧氣流床液態(tài)排渣的氣化工藝。5.1 SHELL和GE兩種煤氣化技術(shù)(1)SHELL公司在渣油氣化技術(shù)取得工業(yè)化成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1972年開始從事煤氣化技術(shù)的研究。1978年第一套中試裝置在德國(guó)漢堡建成并投入運(yùn)行；1987年在美國(guó)休斯敦附近建成的日投煤量(250-400)t的示范裝置投產(chǎn)；日投煤量2kt的大型氣化裝置于1993年在荷蘭的Buggenum建成投產(chǎn)(Demkolec電廠)，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，該氣化裝置為單系列操作，裝置的開工率在95以上。生產(chǎn)實(shí)踐證明，SHELL煤氣化工藝是先進(jìn)成熟可靠的。目前該技術(shù)在國(guó)內(nèi)推廣比較迅速。工藝流程如下圖：(2)GE (TEXACO)公司很早就開發(fā)了以天然氣和重油為原料生產(chǎn)合成氣技術(shù)，20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)促進(jìn)其尋找替代能源和潔凈的煤氣化技術(shù)，經(jīng)多年研究以后，推出了水煤漿氣化工藝。該工藝技術(shù)已在山東魯南、上海焦化、陜西渭河、安徽淮化4套裝置投運(yùn)，最長(zhǎng)的已具有近8年生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)行基本良好，顯示了水煤漿氣化的先進(jìn)性，但使用該項(xiàng)技術(shù)所建的生產(chǎn)裝置，要達(dá)到長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行，尚較困難，特別是對(duì)煤種的可選擇性限制了其發(fā)展。SHELL煤氣化工藝與GE水煤漿氣化工藝，是當(dāng)前先進(jìn)而叉成熟的兩種煤氣化技術(shù)，已成功地在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用多年5.1 原料的適應(yīng)性(1)SHELL 煤氣化是潔凈的煤氣化工藝，可以使用褐煤、次煙煤、煙煤、無(wú)煙煤等煤種以及石油焦為原料，也可使用兩種煤摻合的混煤，并成功地將高灰分(57 245，最高35)、高水分(45-307)和高硫分的劣質(zhì)煤種進(jìn)行氣化。對(duì)于原料煤和燃料煤價(jià)差較大地區(qū)有可能使其兩者合一，既簡(jiǎn)化貯運(yùn)系統(tǒng)叉可降低生產(chǎn)成本，可見該工藝在煤種應(yīng)用上有很大靈活性。(2)GE水煤漿氣化工藝能使用較多煤種：如煙煤、次煙煤、石油焦和煤液化殘?jiān)５窃诿悍N選擇上需考慮以下兩點(diǎn)：應(yīng)選用含水低，尤其是內(nèi)水分低的煤種，否則不利于制取高濃度水煤漿；選用灰融點(diǎn)低和灰粘度適宜的煤種?；胰邳c(diǎn)宜低于1300，否則會(huì)影響氣化爐內(nèi)耐火磚的使用壽命。52 煤的準(zhǔn)備原煤通常需篩選和研磨破碎使其達(dá)到一定粒度，以滿足輸送和氣化操作要求。(1)在SHELL煤氣化工藝中，將煤研磨至氣化合適粒度的同時(shí)，用惰性氣體的熱風(fēng)進(jìn)行干燥。出磨機(jī)時(shí)90(wt)煤的粒度99，因而排出爐渣中含C1。干法除塵排出之細(xì)灰含C5，可直接用作水泥生產(chǎn)原料。(2)在GE水煤漿氣化工藝中，碳轉(zhuǎn)化率為96-98，由于碳轉(zhuǎn)化率隨氣化溫度上升而增大，于延長(zhǎng)氣化爐磚使用壽命考慮，實(shí)際碳轉(zhuǎn)化率經(jīng)常在94-96。因此排出爐渣含碳2 5，而在濾餅中含碳量達(dá)15-30。511 運(yùn)行周期由于氣化爐結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致氣化爐運(yùn)行周期有較大差別。(1)SHELL煤氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火磚內(nèi)襯，對(duì)氣化爐操作溫度的要求比GE氣化爐寬松，同時(shí)氣化燒嘴運(yùn)行周期長(zhǎng)，故能保證氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。(2)GE氣化爐內(nèi)砌耐火磚，目前國(guó)產(chǎn)耐火磚使用壽命不到1年，國(guó)外耐火磚也只有12年。GE氣化裝置受耐火磚的壽命、氣化燒嘴運(yùn)行時(shí)間等的影響，連續(xù)運(yùn)行周期受到限制。5.12 兩種工藝的應(yīng)用 美國(guó)加利福尼亞州冷水工程 (氣化爐1+1臺(tái)。42MPa)以大同煤峪121礦煤為基準(zhǔn)，兩種煤氣化工藝的氣體成分見表1，工程應(yīng)用見表2和表3。目前兩種煤氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都有較好的應(yīng)用業(yè)績(jī)，GE(TEXACO)工藝推廣較早，應(yīng)用業(yè)績(jī)較多，SHELL工藝起步較晚，但是發(fā)展迅速，后來(lái)居上。結(jié)論根據(jù)以上比較可知SHELL煤氣化工藝在以下幾方面都有明顯的優(yōu)越性：(1)原料煤種的適應(yīng)性?？梢圆皇苊悍N的限制，使用原料范圍更廣，屬潔凈煤技術(shù)。為環(huán)保性新工藝。(2)工藝特點(diǎn)