國(guó)內(nèi)煤氣化爐技術(shù)介紹

煤氣化爐技術(shù)介紹GSP氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖

GSP煤氣化爐

GSP氣化技術(shù)最早是由前東德的德意志燃料研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)DBI)從1975年起開(kāi)發(fā)的能源技術(shù)，可用于處理固體燃料，尤其是低品位褐煤，后來(lái)幾經(jīng)易主，現(xiàn)已被德國(guó)西門(mén)子公司收購(gòu)?！襁M(jìn)料方式：干法和濕法均有；●氣化溫度為1300℃～1500℃；

●采用氣化室和激冷室結(jié)構(gòu)；●外殼為水冷夾套結(jié)構(gòu)，減少熱損失，提高效率；●內(nèi)層分水冷壁和耐火磚兩種?！馟SP煤氣化工藝（干法進(jìn)料）GSP氣流床氣化技術(shù)具有氣流床氣化的突出優(yōu)點(diǎn)：煤種適應(yīng)廣、處理能力大、氣化效率高、碳轉(zhuǎn)化率高、環(huán)境友好等。(2)GSP氣化的給料有干法和濕法兩種，可以氣化煤，也可以處理其他化工過(guò)程的廢棄物及下腳料，如：化學(xué)廢液和煤焦油。(3)GSP氣化爐的氣化室有耐火磚和水冷壁兩種結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)原料的不同性質(zhì)選取不同的結(jié)構(gòu)。(4）GSP氣化工藝的整個(gè)氣化爐外殼為一水夾套結(jié)構(gòu)，減少熱損，提高了整體熱效率。(5)GSP氣化技術(shù)的工藝運(yùn)行燒嘴與開(kāi)工烘爐燒嘴為組合結(jié)構(gòu)，這樣可使整個(gè)開(kāi)車(chē)過(guò)程簡(jiǎn)單、迅速。(6)GSP氣化爐同樣適應(yīng)于大規(guī)模，目前已設(shè)計(jì)出熱功率500MWth相當(dāng)于日處理煤2000噸的氣化爐。GSP煤氣化爐的特點(diǎn)

在中國(guó)，GSP技術(shù)許可包括氣化島的性能保證，工藝包設(shè)計(jì)，專(zhuān)有設(shè)備的供應(yīng)，還可以依據(jù)客戶(hù)的要求提供從項(xiàng)目開(kāi)始的可行性研究、前端設(shè)計(jì)到后期的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)、操作及維護(hù)的一系列服務(wù)。

2007年5月，神華寧煤烯烴項(xiàng)目的520,000mn3/hGSP氣化技術(shù)許可與專(zhuān)有設(shè)備采購(gòu)和設(shè)計(jì)合同正式生效。該項(xiàng)目是寧東煤化工基地的重點(diǎn)項(xiàng)目，也是目前世界上規(guī)模最大的煤基烯烴項(xiàng)目，其中間產(chǎn)品167萬(wàn)噸甲醇，最終產(chǎn)品50萬(wàn)噸聚丙烯，總投資約160億元人民幣。該項(xiàng)目采用5臺(tái)500MWth(日投煤量約2000噸)GSP氣化爐。

2007年9月，山西蘭花煤化工有限責(zé)任公司的“晉城3052項(xiàng)目”西門(mén)子（GSP）氣化技術(shù)許可與專(zhuān)有設(shè)備采購(gòu)和設(shè)計(jì)合同正式生效。此項(xiàng)目使用2臺(tái)500MWth(日投煤量約2000噸)GSP氣化爐。這是先進(jìn)的大型粉煤氣流床氣化技術(shù)第一次應(yīng)用于山西省大型煤化工項(xiàng)目，為充分利用高灰熔點(diǎn)，高硫的無(wú)煙粉煤提供了一種清潔環(huán)保高效的解決方案。GSP氣化技術(shù)的應(yīng)用航天爐又名HT-L粉煤加壓氣化爐。航天爐的主要特點(diǎn)是具有較高的熱效率（可達(dá)95%）和碳轉(zhuǎn)化率（可達(dá)99%）；氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)，能承1500℃至1700℃的高溫；對(duì)煤種要求低，可實(shí)現(xiàn)原料的本地化。該工藝煤種適應(yīng)性廣，從煙煤、無(wú)煙煤到褐煤均可氣化，對(duì)于高灰份、高水分、高硫的煤種同樣適用。

航天爐航天爐工藝流程：1、以干煤粉為原料，對(duì)煤種適應(yīng)范圍寬;2、該工藝過(guò)程對(duì)煤的特性，例如煤的粒度、粘結(jié)

性、含水量、含硫量、含氧量及灰份含量均不敏感，對(duì)于灰熔點(diǎn)較高的煤，可加入助溶劑(石灰石)，改變?nèi)茉埽?、氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)，可對(duì)粉煤進(jìn)行高溫氣化，氣化溫度為約1400～1600℃，最高能到1800℃，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，冷煤氣效率可達(dá)到78～83%,產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體（CO+H2）達(dá)到90%左右;4．氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧耗低15～25%，因而為之配套的空分裝置投資可減少;5、采用激冷流程除灰，同時(shí)冷卻合成氣，氣體中汽/氣比較高；6、一次投資較少，運(yùn)行維護(hù)成本也較低。航天爐煤氣化的特點(diǎn)據(jù)專(zhuān)家測(cè)算，應(yīng)用航天爐建設(shè)年處理原煤25萬(wàn)噸的氣化工業(yè)裝置，一次性投資可比殼牌氣化爐少3億元，比德士古氣化爐少5440萬(wàn)元；每年的運(yùn)行和維修費(fèi)用比殼牌氣化爐少2500萬(wàn)元，比德士古氣化爐少500萬(wàn)元。

它與殼牌、德士古等國(guó)際同類(lèi)裝置相比，有三大優(yōu)勢(shì)：一是投資少，比同等規(guī)模投資節(jié)省三分之一；二是工期短，比殼牌爐建設(shè)時(shí)間縮短三分之一；三是操作程序簡(jiǎn)便，適應(yīng)中國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的實(shí)際，易于大面積推廣。應(yīng)用航天爐的優(yōu)勢(shì)航天爐粉煤加壓氣化工藝航天爐、Shell、Texaco三種氣化指標(biāo)比較名稱(chēng)航天爐ShellTexaco比氧耗(Nm3/KNm3)330-360330-360410-430有效氣成分CO+H2(%)89–9189–9378–81碳轉(zhuǎn)化率(%)>99>99>98冷煤氣效率(%)80–8380–8371–76煤氣化熱效率(%)~959686原料煤輸送形式干粉,氣體輸送干粉,氣體輸送水煤漿,泵輸送燒嘴壽命10年,每6個(gè)月維修頭部10年,每1.5年維修頭部每1.5個(gè)月維修頭部水冷壁或耐火磚壽命水冷壁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬圓筒盤(pán)管型，水路簡(jiǎn)單，易制造，壽命>10年水冷壁呈多段豎管排列，水路復(fù)雜，合金鋼材質(zhì)，制造難度大，壽命>10年昂貴的耐火磚只能用一年原料煤的適應(yīng)性氣化原料煤幾乎函蓋從褐煤到無(wú)煙煤的所有煤種，可以實(shí)現(xiàn)原料煤本地化氣化原料煤幾乎函蓋從褐煤到無(wú)煙煤的所有煤種，可以實(shí)現(xiàn)原料煤本地化對(duì)煤種要求高（灰熔點(diǎn)低于1250度，成漿性好）,無(wú)法實(shí)現(xiàn)原料煤本地化電耗低因有激冷氣壓縮機(jī)和反吹氣壓縮機(jī),所以電耗較高低

華東四噴嘴對(duì)置式水煤漿技術(shù)水煤漿通過(guò)四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置在氣化爐中上部同一水平面的預(yù)膜式噴嘴，與氧氣一起對(duì)噴進(jìn)入氣化爐，在爐內(nèi)形成撞擊流，強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞，完成霧化和氣化反應(yīng)過(guò)程。。四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工藝原理簡(jiǎn)圖多噴嘴對(duì)置式水煤漿裝置技術(shù)特點(diǎn)（1）氣化工藝指標(biāo)先進(jìn)

碳轉(zhuǎn)化率＞99%；合成氣中(CO+H2)含量達(dá)到85%；比氧耗、比煤耗均比水煤漿氣化技術(shù)低；（2）設(shè)備使用壽命長(zhǎng)

直筒段耐火磚和錐底耐火磚狀況良好，至今未更換，預(yù)期直筒段耐火磚壽命可以超過(guò)18000h，錐底耐火磚壽命可以超過(guò)10000h；噴嘴使用壽命長(zhǎng)，目前噴嘴最長(zhǎng)使用時(shí)間90d，且無(wú)明顯的尺寸改變；（3）氣化初步凈化工藝先進(jìn)

采用了混合器、旋風(fēng)分離器、水洗塔組合的合成氣分級(jí)凈化工藝，經(jīng)實(shí)踐證明，工藝效果優(yōu)良，出水洗塔的合成氣含固量低(＜1mg/Nm3)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；（4）渣水處理工藝先進(jìn)

采用高壓含渣水閃蒸蒸汽與灰水直接接觸換熱的工藝，提高了換熱效率，最大程度地回收含渣水中熱量，并且避免了水煤漿氣化技術(shù)中常見(jiàn)的灰水換熱器的結(jié)垢、堵灰現(xiàn)象；四噴嘴氣化爐碳轉(zhuǎn)化率98.3%單噴嘴氣化爐碳轉(zhuǎn)化率96.0%兩段爐兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)是西安熱工研究院有限公司歷經(jīng)10余年的研究，并與2004年，建成了日處理煤量36～40t/d（10MWth）的干煤粉加壓氣化中試裝置；2006年，開(kāi)發(fā)成功1000～2000t/d級(jí)的干煤粉加壓氣化工業(yè)裝置的大型粉煤氣化技術(shù)煤氣化爐氣化溫度均可達(dá)到1400℃以上，氣化反應(yīng)壓力可達(dá)到4.0

MPa，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上，有效氣體成份（CO+H2）達(dá)90%以上。兩段爐出廠圖兩段式煤氣發(fā)生爐反應(yīng)原理

兩段式煤氣發(fā)生爐是在單段式煤氣發(fā)生爐上增加了一個(gè)干餾段，適合多種煤種，如不粘結(jié)無(wú)煙煤、煙煤、長(zhǎng)焰煤等，制取干餾煤氣和氣化煤氣相混合的雙重煤氣。原料煤入爐后在爐子上段進(jìn)行低溫干餾。生成熱值較高的低溫干餾煤氣，煤被干餾變成熱半焦落入下段進(jìn)行氣化。爐底通入空氣、水蒸氣與焦炭反應(yīng)生成的發(fā)生爐煤氣，并為上部煤的干餾提供熱源。兩段式煤氣發(fā)生爐自上而下，首先煤從爐頂煤倉(cāng)經(jīng)煤閥進(jìn)入爐體，煤在干餾段經(jīng)過(guò)充分的干燥和長(zhǎng)時(shí)間的低溫干餾，逐漸形成半焦，進(jìn)入氣化段，熾熱的半焦在氣化段與爐底鼓入的氣化劑充分反應(yīng)，經(jīng)過(guò)爐內(nèi)還原層，氧化層而形成灰渣，由爐柵驅(qū)動(dòng)從灰盆自動(dòng)排出兩段式氣化爐技術(shù)特色與優(yōu)勢(shì)：1．氣化溫度范圍1300～1700℃，氣化反應(yīng)壓力0.5～4.0MPa，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上，有效氣體成份（CO+H2）達(dá)90%以上。不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚物，不污染環(huán)境，合成氣質(zhì)量好。2．煤種適應(yīng)性好，可氣化褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。3．氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，以渣抗渣，無(wú)耐火磚襯里，維護(hù)量少，無(wú)需備爐。水冷壁壽命長(zhǎng)達(dá)20年，燒嘴壽命長(zhǎng)達(dá)10年。4．與國(guó)外先進(jìn)干法氣化技術(shù)相比，冷煤氣效率提高2～3個(gè)百分點(diǎn)，比氧耗低10～15％；與水煤漿氣化技術(shù)相比，冷煤氣效率提高7～10個(gè)百分點(diǎn)，比氧耗降低20％～30％；5．可省略冷煤氣循環(huán)激冷流程，使得系統(tǒng)自耗功大幅度降低；同時(shí)煤氣冷卻器及凈化系統(tǒng)的設(shè)備尺寸減小1/2；6．兩段式干煤粉氣化爐可配套適合于化工領(lǐng)域的激冷流程和適合于電力領(lǐng)域的廢鍋流程；7．氣化系統(tǒng)全部國(guó)產(chǎn)化，比國(guó)外先進(jìn)干法氣化爐造價(jià)低40%左右。清華爐（非熔渣—熔渣分級(jí)氣化技術(shù)）通過(guò)氧氣的分級(jí)加入，將煤的氣化反應(yīng)過(guò)程從3個(gè)階段變?yōu)?個(gè)階段，即脫水分和揮發(fā)份→燃燒→氣化→再燃燒→再氣化。清華爐清華爐流程清華爐工藝過(guò)程如左圖所示。原料（水煤漿、干煤粉或者其它含碳物質(zhì)）通過(guò)給料機(jī)構(gòu)和燃料噴嘴進(jìn)入氣化爐的第一段，采用純氧作為氣化劑，采用其它氣體如O2或與O2以任意比例相混合的CO2、N2、水蒸汽等作為預(yù)混氣體調(diào)節(jié)控制第一段氧氣的加入比例，使第一段的溫度保持在灰熔點(diǎn)以下；在第二段再補(bǔ)充部分氧氣，使第二段的溫度達(dá)到煤的灰熔點(diǎn)以上并完成全部的氣化過(guò)程。清華爐的流場(chǎng)改變分級(jí)給氧氣流床氣化爐的流場(chǎng)更為合理，如左圖所示。由于二次給氧在氧氣入口處形成反擴(kuò)散火焰，氧氣進(jìn)入了爐頂部區(qū)域。請(qǐng)注意：傳統(tǒng)的氣化爐沒(méi)有水平方向的給氧，在爐頂部形成了缺氧的黑區(qū)，不能承擔(dān)氣化反應(yīng)，分級(jí)給氧工藝二次給氧反擴(kuò)散火焰的卷吸使部分煤顆粒和氧進(jìn)入爐頂部區(qū)域。清華爐的技術(shù)特點(diǎn)（1）通過(guò)氧氣分級(jí)供給，氣化爐主燒嘴和側(cè)壁氧氣噴嘴分別向氣化爐內(nèi)加氧，改變了主燒嘴局部區(qū)域氧化強(qiáng)度過(guò)高的狀態(tài)，使氣化爐軸向溫度均衡并有所提高，充分發(fā)揮氣化爐全容積的氣化功能。（2）在主燒嘴中心通道采用氧含量從0到100%的不同氣體作為主燒嘴預(yù)混氣體，不僅調(diào)整了火焰中心的溫度，而且調(diào)整了火焰中心距主燒嘴端面的距離，有利于降低主燒嘴端部溫度，延長(zhǎng)其使用壽命。（3）生產(chǎn)甲醇時(shí)，采用CO2作預(yù)混氣體，不僅可以保護(hù)主燒嘴，還可以使氣化爐內(nèi)起控制作用的變換反應(yīng)向CO方向移動(dòng)，提高有效氣體成份采用兩級(jí)給氧氣化爐。結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)的煤化工建設(shè)熱，對(duì)煤氣化技術(shù)呈現(xiàn)出巨大的需求。近幾年，國(guó)內(nèi)外各種氣化技術(shù)紛紛登場(chǎng)，中