灰融聚流化床粉煤氣化裝置及其工業(yè)應(yīng)用

1、第1期 2010年1月中 氮 肥M S ized N itr ogenous Fertilizer Progress No 1Jan .2010灰融聚流化床粉煤氣化裝置及其工業(yè)應(yīng)用張紅潮(陜西秦晉煤氣化科技有限公司,陜西西安 710075摘 要介紹了灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)的原理、工藝流程、特點(diǎn)及在國內(nèi)幾套裝置的應(yīng)用情況。重點(diǎn)討論了天津堿廠項(xiàng)目。關(guān)鍵詞灰融聚;流化床;粉煤氣化中圖分類號TQ 546文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1004-9932(201001-0018-05收稿日期2009 07 31作者簡介張紅潮,男,高級工程師,從事化肥生產(chǎn)管理及技術(shù)工作35年,原任陜西秦能天脊科技有限公司、陜西秦晉

2、煤氣化工程設(shè)備有限公司副總經(jīng)理。As h agglo merated Fl ui dized Bed Gasifier and Its Industrial ApplicationZ HANG H ongchao(Shaanx i Q i n jin Coal Gasi f ication T echnology Co ,L td,X i an 710075,China Abst ract :Th is paper introduces the princi p le of pu lverized coa l gasificati o n i n ash agg lo m erated flu

3、idized bed gasifi e r ,its pr ocess and characteristics .The applications of this technology i n do m estic pro jects are briefly rev i e w ed ,w it h focus on discussion on T ianji n Soda P l a nt pro jec.tK ey W ords :ash agg lo m erated ;fl u i d ized bed ;pu l v erized coal gasification 灰融聚流化床粉煤

4、氣化技術(shù)是由陜西秦晉煤氣化工程設(shè)備有限公司為主體研發(fā)的具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的煤氣化技術(shù)(C AGG TM。其工業(yè)示范裝置在陜西城化成功運(yùn)行之后,相繼有天津堿廠、平煤集團(tuán)飛行化工公司、太化股份公司合成氨分公司、山西潞化公司等采用此CAGG TM技術(shù)用于生產(chǎn)合成氨和甲醇原料氣,產(chǎn)出符合合成氨和甲醇生產(chǎn)的工業(yè)原料氣,且實(shí)現(xiàn)了安全、長周期、穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。1 C AGG T M 裝置的優(yōu)點(diǎn)(1氣化爐為單級流化床,結(jié)構(gòu)簡單,爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動部件,容易制造和維修;(2氣化爐內(nèi)中心高溫區(qū)可使灰粉粘聚成灰球,使煤粉和灰球有效分離,提高了碳的轉(zhuǎn)化率,降低了灰渣中的含碳量;(3氣化爐內(nèi)分布板可使床層物料充分流化,有

5、效地防止?fàn)t內(nèi)結(jié)疤,保證氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行;(4煤氣中夾帶的細(xì)煤粉塵經(jīng)第一級旋風(fēng)除塵器分離捕集,并返回爐內(nèi)再行氣化,進(jìn)一步提高了碳的轉(zhuǎn)化率;(5高溫煤氣經(jīng)余熱回收系統(tǒng)充分回收煤氣的顯熱,提高了煤氣化過程的總熱效率,同時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣自給有余;(6煤氣中不含焦油,酚含量低,污水容易處理,污水處理后可循環(huán)使用;(7煤種適應(yīng)性寬,可使用褐煤、煙煤、無煙煤等,故容易實(shí)現(xiàn)原料本地化。2 工藝簡述2 1 原 理CAGG TM裝置的主體是氣化爐。氣化爐的下部密相區(qū)內(nèi)徑為3000mm,上部稀相段內(nèi)徑為4200mm,總高18500mm ,內(nèi)襯由保溫層輕質(zhì)材料層和耐火磚砌筑(或耐高溫澆注料澆而成。下部設(shè)有氣體分布器,用

6、于通過水蒸氣和氧氣,使?fàn)t內(nèi)物料流化。分布器下部設(shè)有環(huán)管和中心管,環(huán)管通氧氣和水蒸氣,用于控制氣化反應(yīng)后形成的灰渣排放;中心管通入氧氣,使床內(nèi)形成局部高溫區(qū)。原料煤從靠近分布器上部入爐,生成的煤氣由氣化爐頂部出爐,經(jīng)冷卻器后進(jìn)入第1期張紅潮:灰融聚流化床粉煤氣化裝置及其工業(yè)應(yīng)用19一級旋風(fēng)除塵器,分離、捕集到的煤粉經(jīng)料腳返回氣化爐底部,循環(huán)使用。爐內(nèi)中心管內(nèi)氣體氧濃度較高,在爐內(nèi)形成高溫區(qū),從而使得煤粒迅速完成破裂、脫揮發(fā)分、熱裂解、燃燒、氣化。氣化后形成的灰粉相互碰撞、粘結(jié)、增大并形成灰粒(渣,通過環(huán)管排出爐外。CAGG TM裝置工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是必須建立由一級旋風(fēng)除塵器捕集到的煤粉經(jīng)料腳返回爐

7、內(nèi)的良好循環(huán),并在外力和高溫條件下能順利地加入粉煤和排出灰渣。2 2 流 程(見圖1 圖1 流化床工藝流程簡圖2 2 1 煤的干燥粉碎原料煤在滾筒干燥機(jī)內(nèi)用煙煤燃燒生成的煙道氣干燥,干燥后煤中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)!6%,再經(jīng)破碎、篩分使干煤的粒度達(dá)到入爐煤的要求:粒度06mm ,最大8mm,其中粒徑<0 14mm 煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%15%,<1 0mm 煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)!40%。2 2 2 煤的輸送系統(tǒng)干燥后符合要求的煤由提升機(jī)(皮帶輸送機(jī)輸送到氣化爐的加煤倉。2 2 3 加煤系統(tǒng)煤倉中的煤經(jīng)由中間料倉間歇加入煤鎖,再經(jīng)由煤鎖、螺旋給料機(jī)連續(xù)加入氣化爐內(nèi)。2 2 4 氣化系統(tǒng)氣化系統(tǒng)由氣化爐

8、,氣體分布器和上、下渣鎖等組成。在氣化爐內(nèi),煤粉和回收的返料經(jīng)氣體分布器送入的氣化劑(氧氣和水蒸氣充分流化,產(chǎn)生的高溫煤氣從爐頂出爐,排出的灰渣(溫度800850進(jìn)入渣鎖?；以谏?、下渣鎖內(nèi)經(jīng)冷卻后進(jìn)入排渣系統(tǒng)。2 2 5 灰渣輸送系統(tǒng)冷卻后灰渣用車運(yùn)走。天津堿廠爐內(nèi)排出的灰渣直接噴水排放至露天灰渣場。2 2 6 煤氣熱回收和除塵系統(tǒng)離開氣化爐的高溫煤氣經(jīng)過氣體冷卻器(第一廢熱鍋爐回收煤氣顯熱并產(chǎn)生飽和蒸汽,再依次經(jīng)過第一、二旋風(fēng)分離器除塵,之后依次通過蒸汽過熱器、第二廢熱鍋爐、軟水加熱器繼續(xù)回收煤氣顯熱,使煤氣溫度降到200左右。經(jīng)深度除塵后的煤氣進(jìn)入洗滌塔洗滌除塵,煤氣溫度降到40左右,經(jīng)

9、靜電除塵后送入后續(xù)工段使用。第一旋風(fēng)分離器捕集到的煤粉返回氣化爐氣化;第二旋風(fēng)除塵器分離的細(xì)灰經(jīng)上、下灰鎖冷卻后進(jìn)入細(xì)灰倉,定期外運(yùn)(銷售。3 試車和運(yùn)行情況3 1 陜西城化股份有限公司工業(yè)示范裝置3 1 1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)(1規(guī) 模2400mm 氣化爐1臺,產(chǎn)氣量9000m 3/h ,合成氨產(chǎn)能20kt/a 。(2原料煤設(shè)計(jì)煤種 彬縣煙煤;生產(chǎn)用煤 彬縣煙煤、華亭煙煤、銅川煙煤20 中氮肥第1期以及寧夏無煙煤;試驗(yàn)用煤 大同煙煤、唐安無煙煤以及平頂山高灰劣質(zhì)煤。(3氣化爐工藝參數(shù)壓力 0 03M Pa;溫度 1050;投煤量 4 2t/h。3 1 2 運(yùn)行情況2001年6月投入運(yùn)行,完成示范任務(wù)后

10、于2004年12月底停運(yùn)。累計(jì)運(yùn)行超過20000h,最長連續(xù)運(yùn)行3780h。運(yùn)行期間煤氣中有效氣(CO+H2體積分?jǐn)?shù)68%70%,碳轉(zhuǎn)化率為90 6%。3 2 天津堿廠合成氨原料油改煤項(xiàng)目天津堿廠合成氨原料油改煤項(xiàng)目為國家發(fā)改委安排的合成氨原料煤本地化改造項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目合成原料氣由油造氣工藝改為國內(nèi)自主研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的灰融聚流化床粉煤氣化工藝(CAGG TM,配套合成氨產(chǎn)能為80kt/a。改造內(nèi)容包括:煤的存儲、精制、氣化,灰渣處理,氣體預(yù)精制(包括靜電除塵、脫硫、脫碳等,洗滌水處理,原料氣壓縮等。項(xiàng)目于2004年4月28日開始建設(shè),2006年初建成,2006年6月投產(chǎn)試運(yùn)行。該項(xiàng)目工

11、藝裝置包括:(11套能力為200kt/a的煤處理裝置;(2配套合成氨產(chǎn)能為40kt/a的氣化系統(tǒng)2套及配套的洗滌水處理系統(tǒng);(3配套合成氨產(chǎn)能為80kt/a的原料氣預(yù)精制及壓縮裝置1套。3 2 1 項(xiàng)目(氣化裝置設(shè)計(jì)(1規(guī) 模3000mm氣化爐2臺,單爐產(chǎn)氣量18000 m3/h,配套合成氨產(chǎn)能80kt/a。(2煤 種大同粘結(jié)性煙煤。(3工藝參數(shù)壓力0 05MPa,溫度1050,投煤量9t/h。3 2 2 運(yùn)行情況天津堿廠CAGG TM裝置于2006年6月投料試運(yùn)行,至今已正常運(yùn)行3a多。2006年8月2日國家發(fā)改委在天津堿廠召開了有關(guān)項(xiàng)目單位、工程設(shè)計(jì)單位以及技術(shù)專利商等參加的灰融聚改造項(xiàng)目

12、協(xié)調(diào)會,天津堿廠在會上介紹了CAGG TM裝置2006年7月31日前的運(yùn)行情況。(13月8日#7月31日共穩(wěn)定運(yùn)行145d,實(shí)現(xiàn)了長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。(2主要工藝指標(biāo)氣體成分(體積分?jǐn)?shù) C O+H270% 73%(最高達(dá)75%,C H41 2%2 2%,CO2 23%26%;投煤量 810t/h;煤氣產(chǎn)率 1 6m3/kg;爐渣殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù) 5%10%;操作溫度 9801020;氧煤比 0 380 40;汽煤比 0 91 0(噸氨副產(chǎn)蒸汽0 25t;噸氨煤耗 2 1t(原料煤中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%以上,依據(jù)原料煤場用煤量計(jì),未扣減除去的粉末煤及其他故障排放煤等;噸氨電耗 760k W h(

13、包括水煤氣壓縮機(jī)用電。在協(xié)調(diào)會上,國家發(fā)改委充分肯定了灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)(CAGG TM在天津堿廠的成功運(yùn)行。認(rèn)為灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)成熟,能夠?qū)崿F(xiàn)長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行,并力促灰融聚流化床粉煤氣化技術(shù)的推廣。CAGG TM氣化裝置運(yùn)行期間1#爐部分工藝數(shù)據(jù)見表1(說明:由于2#爐連續(xù)運(yùn)行52d后按計(jì)劃進(jìn)入停車檢修,余下的時(shí)間由1#爐加1臺油爐維持正常運(yùn)行生產(chǎn)。測定時(shí)以油爐噸氨耗油810kg為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,即在測定期內(nèi)生產(chǎn)的合成氨量減去油爐耗油折算出的的合成氨量為煤氣化爐所生產(chǎn)的合成氨量。裝置運(yùn)行500多天后,12月21#28日的部分操作數(shù)據(jù)見表2。表2中數(shù)據(jù)是原料煤灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24%

14、 27%時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)值是按照煤中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)試燒煤的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的。若將實(shí)際使用的原料煤折算成相當(dāng)于設(shè)計(jì)時(shí)的原料煤,實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。由于實(shí)際生產(chǎn)中使用的原料煤灰分較高,故造成消耗偏高。第1期張紅潮:灰融聚流化床粉煤氣化裝置及其工業(yè)應(yīng)用21表1 1#爐部分工藝數(shù)據(jù)時(shí) 間投煤量/kg h-1CO+H2/%產(chǎn)氣量/m3h-1噸氨煤耗/kg耗蒸汽/kg h-1灰渣殘?zhí)?%17日8:00#20:00850070143001730表2 12月21#28日部分運(yùn)行參數(shù)CO224 3024 4224 6323 9324 7124 2524 6 CO30 430 1229 7529 9

15、830 330 330 1 H240 1340 3640 0340 3939 4740 6339 94 CH41 991 941 932 22 52 062 31 N22 853 023 353 473 252 573 54 O20 10 10 110 120 10 080 08 CO+H26870 5370 469 7870 2569 7270 9370 043 2 3 開車過程中存在的問題和改進(jìn)天津堿廠CAGG TM裝置是在陜西城化2400 mm CAGG T M裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的放大設(shè)計(jì)。在天津堿廠開車和運(yùn)行過程中相繼暴露出許多問題:(1第一廢熱鍋爐設(shè)計(jì)換熱面積偏小,易超溫,從而使氣化爐

16、無法按設(shè)計(jì)溫度滿負(fù)荷運(yùn)行;(2氣化爐熱力管道(第一廢熱鍋爐出口至旋風(fēng)除塵器進(jìn)口管道原設(shè)計(jì)為雙層,內(nèi)層為耐熱鋼板卷制而成,與外管間填充多晶纖維隔熱材料,但內(nèi)層耐熱鋼板不耐磨,使用中易磨穿,從而使熱力管道易過熱,但熱力管道受氣化爐框架結(jié)構(gòu)載荷所限不易改造;(3第二廢熱鍋爐原設(shè)計(jì)不合理,存在材料及制造質(zhì)量問題,使用中易磨穿,影響運(yùn)行;(4操作過程中氣化劑用量大,特別是蒸汽用量較大;(5氣體分布器的中心管易斷裂,達(dá)不到使用期。天津堿廠本著%堅(jiān)定信心、抓住關(guān)鍵、立足創(chuàng)新、建成精品&的思想,按照%精心組織開起來、優(yōu)化指標(biāo)穩(wěn)定住、系統(tǒng)改進(jìn)再提高&的工作要求,經(jīng)過多次開停車摸索實(shí)踐,通過技術(shù)和

17、設(shè)備改造,使裝置在安全、長周期、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行方面取得了突破性進(jìn)展。3 3 平煤集團(tuán)飛行化工公司項(xiàng)目平煤集團(tuán)飛行化工公司合成氨原料煤改造項(xiàng)目為國家發(fā)改委安排的合成氨原料煤本地化改造項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目采用灰融聚粉煤氣化技術(shù)22 中氮肥第1期(CAGG TM,以平煤集團(tuán)粉煤替代原生產(chǎn)系統(tǒng)的無煙塊煤作為主要原料。3 3 1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)(1規(guī) 模3000mm氣化爐4臺(分一、二期,單爐產(chǎn)氣量18000m3/h,裝置合成氨產(chǎn)能160 kt/a。(2原料煤平頂山高灰劣質(zhì)煙煤,灰分33 61%,灰熔點(diǎn)(ST>1500。(3工藝參數(shù)壓力0 05MPa,溫度1150,投煤量10 6t/h。3 3 2 開車情況

18、2007年8#9月進(jìn)行投料試車。先后2次采用57%的富氧空氣投料試車,2次開車后均因排渣閥不耐高溫而抱死不能排渣而停車。供貨商雖多次來廠維修,仍未能解決問題。10月公司將另1臺氣化爐的高溫切斷閥調(diào)用改作排渣閥并采用純氧重新投料試車(當(dāng)時(shí)公司停供了原來供固定床的氧,開1臺灰融聚粉煤氣化裝置,投料成功,但各項(xiàng)指標(biāo)未作調(diào)整,當(dāng)時(shí)制得的煤氣中CO+H2體積分?jǐn)?shù)在60%以上。目前公司正在積極準(zhǔn)備建空分系統(tǒng),待具備開車條件時(shí)再開車。3 4 太化股份合成氨分公司合成氨改造裝置3 4 1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)(1規(guī) 模3000mm氣化爐1臺,單爐產(chǎn)氣量17000 m3/h,裝置合成氨產(chǎn)能40kt/a。(2煤 種貧煤,灰分

19、25%,灰熔點(diǎn)(ST>1450。(3工藝參數(shù)壓力0 05M Pa,溫度1150,投煤量9 35t/h。3 4 2 開車情況該項(xiàng)目2007年上半年進(jìn)行投料試車。試車采用價(jià)格便宜的高灰熔點(diǎn)、高碳、低活性、熱穩(wěn)定差的劣質(zhì)煤。試車中由于煤的熱穩(wěn)定性差,煤入爐后易破裂,爐溫不易控制,消耗高,制取的煤氣中C O+H2體積分?jǐn)?shù)為63%65%,但裝置運(yùn)行基本成功。停車后對暴露出的問題進(jìn)行了整改,因公司內(nèi)部體制發(fā)生變更,太化股份公司將太化股份合成分公司灰融聚粉煤氣化裝置劃入新成立的太恒達(dá)化工股份有限公司用于生產(chǎn)甲醇,直到2008年11月下旬才再次投料并一次開車成功,煤氣中C O+H2體積分?jǐn)?shù)為62%65%,經(jīng)進(jìn)一步優(yōu)化后,目前煤氣的CO+H2體積分?jǐn)?shù)已達(dá)68%69%,實(shí)現(xiàn)了裝置安全、穩(wěn)定、長