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七十年代就開始了對水煤漿的研究，我國是世界上較早開發(fā)這一項目的國家，“水煤漿制備與燃燒技術(shù)”從“六五”到“八五”都列為國家重點科技攻關項目。八十年代初，我國在這一技術(shù)上就取得了成功，走在世界的前列，多次獲得國家科技進步獎和國家專利。但自水煤漿問世以來，主要是進行大規(guī)模制漿與電站鍋爐燃用水煤漿的工業(yè)示范。水煤漿作為中國潔凈煤技術(shù)的重要組成部分，經(jīng)過近二十年的技術(shù)開發(fā)，工業(yè)性實驗和商業(yè)性示范應用，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，已被愈來愈多的企業(yè)所認識。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%的化學添加劑制成的混合物，經(jīng)過多道嚴密工序，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，成為水煤漿的精華，它具有石油一樣的流動性，熱值相當于石油的一半，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，在燃燒過程中還會因蒸發(fā)造成熱損失，不過這種損失并不大。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，從而帶來很多優(yōu)點。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、儲運、燃燒、添加劑等關鍵技術(shù)，是一項涉及多門學科的系統(tǒng)技術(shù)，水煤漿具有燃燒效率高、污染物排放低等特點；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，其價格僅為重油的1/2左右，以水煤漿代油具有顯著的經(jīng)濟效益，因此是目前企業(yè)通過技術(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、負荷易調(diào)控、節(jié)能和環(huán)境效益好等顯著優(yōu)點。水煤漿經(jīng)長距離管道輸送到終端后可直接燃用，儲運過程全封閉，既減少損失又不污染環(huán)境，是解決我國煤炭運力不足的重要運輸方式之一.水煤漿和一般的煤泥水不同，因為它是一種燃料，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為防止在貯運過程中產(chǎn)生沉淀，應有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放一個月不產(chǎn)生不可恢復的硬沉淀；4為提高煤炭的燃燒效率，其中煤粒應達到一定的細度。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性能并不難，但要同時滿足各項要求就會遇到許多困難，因為有些性能間是相互制約的。例如，要使水煤漿中含煤濃度高，就不能多用水；水少了，又會引起粘度高，流動性差；要流動性好，粘度就應低，但粘度低又會使穩(wěn)定性變差。所以它的制備技術(shù)難度大，涉及煤化學、顆粒學、膠體與有機化學及流變學等多學科技術(shù)。1 美國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70年代推出的世界上第二代煤氣化工藝,裝置采用濕法進料系統(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20%為宜。GE水煤漿加壓氣化技術(shù)具有煤種適應性較廣、氣化效率高、氣體成分較好、環(huán)境污染小和自動化程度高的特點。是目前國內(nèi)工業(yè)化程度較為成熟的煤氣化技術(shù)。與干法進料系統(tǒng)相比, 濕法進料工藝簡單, 安全可靠, 進料靈活性高。其技術(shù)特點是對煤種的適應性較寬, 對煤的活性沒有嚴格的限制, 但對煤的灰熔點有一定的要求(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)磨機研磨成具有適當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，與空分來的高壓氧氣一起經(jīng)過特制的工藝燒嘴噴入氣化爐內(nèi)后，水煤漿被霧化成細小的顆粒；與氧氣在爐內(nèi)13001400的高溫下發(fā)生氧化-還原反應，產(chǎn)生煤氣(也稱合成氣)，同時生成少量熔渣。合成氣與熔渣出氣化爐燃燒室后在下降管的引導下進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一步洗滌除塵后送變換工序。水洗塔的補充水來自三路：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、流動性，較低的灰熔點及泵易輸送等。2)氣化爐內(nèi)結(jié)構(gòu)簡單，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65MPa。氣化爐能力與壓力成正比，氣化壓力高，反應的速度快，反應物在氣化爐內(nèi)的停留時間長，碳的轉(zhuǎn)化率高，增加單臺氣化爐的生產(chǎn)能力，同時可節(jié)省后工序氣體壓縮功。4)碳轉(zhuǎn)化率較高，一般可達90 93，灰渣中粗渣含碳量約5 ，少量細渣含碳量約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80左右。5)水煤漿進料與干粉進料比較，簡化了干粉煤給料及加壓煤倉加料的問題，具有安全并容易控制的特點，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，全過程污染輕微，無焦油等污染物，是一種先進、可靠的氣化工藝。(7)氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部無運動的機械部件，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)品煤氣的進一步高壓下利用；(11)煤氣凈化可在壓力下進行，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重，更換火磚費用大，增加了生產(chǎn)運行成本。3)噴嘴使用周期短，一般情況下每2個月檢查更換1次，若由于操作不當，燒嘴頭則更易燒損。停爐更換噴嘴對生產(chǎn)連續(xù)運行或高負荷運行有影響，一般需要有備用爐，增加了建設投資。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氣化爐頂部的氣化燒嘴進人氣化爐(下圖)，在燃燒室(氣化反應室)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，生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S、COS及微量的NH3、HCOOH等氣體。從氣化反應室出來的粗合成氣直接向下通過下降管進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)進入破渣機溫度可達1540度左右。氣化爐殼體外壁設有壁溫監(jiān)測系統(tǒng)，反應室內(nèi)的溫度通過伸人到耐火材料內(nèi)的熱電偶來測量，當反應室外壁某區(qū)域(01 ms)溫度達到345370時高溫報警。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低于225，以避免內(nèi)壁結(jié)露造成露點腐蝕。5 工藝比較目前國際上技術(shù)比較成熟、工藝指標比較先進、業(yè)績較多的主要是英國SHELL（殼牌）公司干煤粉氣化工藝和美國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)驗的基礎上，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漢堡建成并投入運行；1987年在美國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)實踐證明，SHELL煤氣化工藝是先進成熟可靠的。目前該技術(shù)在國內(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70年代的石油危機促進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，最長的已具有近8年生產(chǎn)操作經(jīng)驗。運行基本良好，顯示了水煤漿氣化的先進性，但使用該項技術(shù)所建的生產(chǎn)裝置，要達到長周期滿負荷運行，尚較困難，特別是對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，是當前先進而叉成熟的兩種煤氣化技術(shù)，已成功地在工業(yè)規(guī)模上應用多年5.1 原料的適應性(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)煤種進行氣化。對于原料煤和燃料煤價差較大地區(qū)有可能使其兩者合一，既簡化貯運系統(tǒng)叉可降低生產(chǎn)成本，可見該工藝在煤種應用上有很大靈活性。(2)GE水煤漿氣化工藝能使用較多煤種：如煙煤、次煙煤、石油焦和煤液化殘渣。但是在煤種選擇上需考慮以下兩點：應選用含水低，尤其是內(nèi)水分低的煤種，否則不利于制取高濃度水煤漿；選用灰融點低和灰粘度適宜的煤種。灰融點宜低于1300，否則會影響氣化爐內(nèi)耐火磚的使用壽命。52 煤的準備原煤通常需篩選和研磨破碎使其達到一定粒度，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，用惰性氣體的熱風進行干燥。出磨機時90(wt)煤的粒度99，因而排出爐渣中含C1。干法除塵排出之細灰含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，于延長氣化爐磚使用壽命考慮，實際碳轉(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15-30。511 運行周期由于氣化爐結(jié)構(gòu)上的差異導致氣化爐運行周期有較大差別。(1)SHELL煤氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚內(nèi)襯，對氣化爐操作溫度的要求比GE氣化爐寬松，同時氣化燒嘴運行周期長，故能保證氣化裝置長周期運行。(2)GE氣化爐內(nèi)砌耐火磚，目前國產(chǎn)耐火磚使用壽命不到1年，國外耐火磚也只有12年。GE氣化裝置受耐火磚的壽命、氣化燒嘴運行時間等的影響，連續(xù)運行周期受到限制。5.12 兩種工藝的應用 美國加利福尼亞州冷水工程 (氣化爐1+1臺。42MPa)以大同煤峪121礦煤為基準，兩種煤氣化工藝的氣體成分見表1，工程應用見表2和表3。目前兩種煤氣化技術(shù)在國內(nèi)外都有較好的應用業(yè)績，GE(TEXACO)工藝推廣較早，應用業(yè)績較多，SHELL工藝起步較晚，但是發(fā)展迅速，后來居上。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)原料煤種的適應性。可以不受煤種的限制，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