關(guān)于山西晉城煤氣化技術(shù)選擇的建議

1、張建勝張建勝 教授，博士生導(dǎo)師清華大學(xué)熱能工程系清華大學(xué)-盈德氣體煤氣化聯(lián)合研究中心 主任Email: zhang-湖北 潛江2013年9月28 主要內(nèi)容主要內(nèi)容n晉城煤特點(diǎn)n水煤漿水冷壁清華爐技術(shù)特點(diǎn)n高灰熔點(diǎn)煤經(jīng)驗(yàn)n晉城煤氣化技術(shù)選擇比較n結(jié)論和建議1 1 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)2 煤樣全水，Mt水分，Mad灰分，Ad揮發(fā)分，Vdaf固定碳，F(xiàn)Cd成莊礦3原末4.90.7129.4510.3163.28長平礦3原末4.40.5720.1011.7870.49趙莊礦3原末10.00.5626.5813.7563.32寺河礦3原末7.20.8021.138.8771.87鳳凰山9原末6.90

2、.9433.629.8859.82鳳凰山15原末7.40.6042.3115.5448.73王臺(tái)礦15洗末6.10.6223.387.9570.53寺河二號(hào)井15原末6.10.6221.469.5371.05寺河二號(hào)井9原末6.80.9142.6912.3450.24趙莊3原煤 1.3217.9612.04 趙莊15原煤 1.2224.0612.76 晉煤煤質(zhì)工業(yè)分析數(shù)據(jù)晉煤煤質(zhì)工業(yè)分析數(shù)據(jù)灰分高、內(nèi)水少灰分高、內(nèi)水少u灰分增加1，氧耗增加0.70.8，煤耗增加1.31.5；增加處理灰渣成本。1 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)3 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)元素元素分析數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)煤樣碳，Cdaf氫，Hdaf氮

3、，Ndaf氧，Odaf全硫，St,d成莊礦3原末90.723.221.334.210.37長平礦3原末90.683.991.433.390.41趙莊礦3原末88.894.131.505.080.30寺河礦3原末91.713.041.233.610.32鳳凰山9原末89.952.801.101.333.20鳳凰山15原末84.663.330.944.943.54王臺(tái)礦15洗末90.632.320.673.422.27寺河二號(hào)井15原末87.102.860.894.433.70寺河二號(hào)井9原末88.483.191.133.911.88趙莊3原煤91.693.991.472.440.38趙莊15原煤

4、89.803.851.142.083.661 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)4 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)發(fā)熱量發(fā)熱量Qgr,adQgr,dQnet,ar成莊礦3原末24.1024.2722.53長平礦3原末27.9728.1326.16趙莊礦3原末25.3325.4722.13寺河礦3原末27.1227.3424.75鳳凰山9原末22.1722.3820.32鳳凰山15原末17.7717.8816.02鳳凰山(9+15)混洗27.3527.5825.34王臺(tái)礦15洗末25.7925.9523.88寺河二號(hào)井15原末25.7425.9023.74寺河二號(hào)井9原末18.5118.6816.90鳳凰山9原末浮煤2

5、5.7526.18 鳳凰山15原末浮煤24.1824.41 寺河二號(hào)井9原末浮煤25.9526.42 1 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)5 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)反應(yīng)性反應(yīng)性煤樣800850900 950 1000 1050 1100成莊礦3原末5.78.812.917.321.932.140.7長平礦3原末5.49.213.320.728.939.954.7趙莊礦3原末6.39.513.521.031.639.949.6寺河礦3原末6.911.515.320.327.438.450.3鳳凰山9原末浮煤12.315.317.921.830.042.756.4鳳凰山15原末浮煤9.912.117.226.2

6、37.249.161.2鳳凰山(9+15)混洗5.37.311.016.326.438.953.5王臺(tái)礦15洗末4.46.38.816.426.438.448.7寺河二號(hào)井15原末7.112.723.333.645.054.061.2寺河二號(hào)井9原末浮煤8.812.019.033.247.656.465.2反應(yīng)性差、轉(zhuǎn)化率低反應(yīng)性差、轉(zhuǎn)化率低1 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)6 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)密度密度礦別煤層密度TRD鳳凰山礦9#煤層1.8115#煤層1.82成莊礦3#煤層1.63寺河礦3#煤層1.68趙莊礦3#煤層1.56古書院礦9#煤層1.8415#煤層1.86長平礦3#煤層1.62王臺(tái)礦15

7、#煤層1.94密度大，影響成漿性密度大，影響成漿性1 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)7 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)可磨性可磨性煤樣可磨性（HGI）煤樣可磨性（HGI）成莊礦3原末46王臺(tái)礦15洗末36長平礦3原末68寺河二號(hào)井15原末36趙莊礦3原末90寺河二號(hào)井9原末48鳳凰山15原末浮煤34寺河二號(hào)井9原末浮煤32鳳凰山9原末52寺河礦3原末41鳳凰山15原末69東大3原煤36.5-48.5鳳凰山(9+15)混洗36中鄉(xiāng)3原煤32-41鳳凰山9原末浮煤38鄭莊煤3原煤40-451 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)8 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)灰熔點(diǎn)灰熔點(diǎn)DTSTHTFT寺河15原1346136313871408鳳凰山9原1

8、347138413981421鳳凰山915混洗1384141314421473鳳凰山9洗1418144014521478趙莊礦3原1393144914851511長平礦3原1422149915071520寺河3原1380145215231532成莊礦3原1399150115251540寺河9原1480151715281542王臺(tái)礦15洗1468157115761579寺河9洗1494154915501550鳳凰山15原1550155015501550鳳凰山15洗1550 15501550 1550 灰熔點(diǎn)高灰熔點(diǎn)高1 晉城煤的特點(diǎn)晉城煤的特點(diǎn)9 晉煤煤質(zhì)晉煤煤質(zhì)成漿性成漿性添加量（干劑/干煤）

9、濃度（wt%）粘度（mpa.s）流動(dòng)性穩(wěn)定性（24h）272.33670較好底部軟沉淀，少量析水272.10703較好底部軟沉淀，少量析水171.82740較好底部軟沉淀，少量析水0.568.11810較好底部軟沉淀，少量析水0.565.37568較好底部軟沉淀，少量析水0.262.91579較好底部軟沉淀，少量析水長平沫煤寺河沫煤添加量（干劑/干煤）濃度（wt%）粘度（mpa.s）流動(dòng)性穩(wěn)定性（24h）265.6728一般底部軟沉淀，少量析水265.47725較好底部軟沉淀，少量析水162.371062較好底部軟沉淀，少量析水0.560.5840較好底部軟沉淀，少量析水0.560.43837

10、較好底部軟沉淀，少量析水0.260.1998較好底部軟沉淀，少量析水成漿性好，但高密度煤成成漿性好，但高密度煤成漿性較差漿性較差晉城煤氣化出路？晉城煤氣化出路？10 原料煤本地化原料煤本地化Text in here煤種適應(yīng)性煤種適應(yīng)性項(xiàng)目投資低項(xiàng)目投資低氣化技術(shù)？2 清華水冷壁氣化爐特點(diǎn)清華水冷壁氣化爐特點(diǎn)將燃燒領(lǐng)域燃燒領(lǐng)域的凝渣保護(hù)技術(shù)和自然循環(huán)膜式壁技術(shù)引進(jìn)氣化領(lǐng)域，解決原水煤漿氣化技術(shù)的煤種限制瓶頸和高能耗點(diǎn)火問題。形成了可適應(yīng)高灰熔點(diǎn)煤種，具備本質(zhì)安全的世界第一個(gè)水煤漿世界第一個(gè)水煤漿水冷壁煤氣化工藝水冷壁煤氣化工藝。11新技術(shù)工業(yè)化示范：產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，600噸/天容量世界首套水煤漿水冷

11、壁氣化工業(yè)裝置示范爐11年8月一次啟動(dòng)成功連續(xù)運(yùn)行。12年9月通過科技成果鑒定：具有顯著的創(chuàng)新性.，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán).同時(shí)具有水煤漿耐火磚和干粉水冷壁氣化爐的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，總體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。新技術(shù)優(yōu)勢及推廣：u氣化最高灰熔點(diǎn)煤種成功，覆蓋褐煤、煙煤到無煙煤全煤階，現(xiàn)場考核入爐煤灰熔點(diǎn)現(xiàn)場考核入爐煤灰熔點(diǎn)1520u首次點(diǎn)火創(chuàng)開車連續(xù)運(yùn)行140天紀(jì)錄u事故停電停泵，設(shè)備本質(zhì)安全本質(zhì)安全u點(diǎn)火從GE技術(shù)的3天減到本技術(shù)的3小時(shí)，節(jié)能節(jié)能90%u無損耗膜式壁替代替昂貴短壽命耐火磚，投資和維護(hù)成本低u氣化爐壓力殼運(yùn)行溫度從230度降到110度，低價(jià)國產(chǎn)鋼材代替昂貴進(jìn)口鋼材u連續(xù)簽訂技術(shù)使用

12、合同17個(gè)，特別是已簽訂用本技術(shù)改造GE技術(shù)合同清華爐水冷壁GSP水冷壁Shell水冷壁2. 水煤漿水冷壁氣化爐特點(diǎn)水煤漿水冷壁氣化爐特點(diǎn)12本裝置為世界首套水煤漿水冷壁氣化工業(yè)裝置該氣化爐技術(shù)具有顯著的創(chuàng)新性，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)同時(shí)具有水煤漿耐火磚和干粉水冷壁氣化爐的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，總體技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平全廠斷電時(shí)水冷壁的循環(huán)水流量運(yùn)行一個(gè)周期后原始涂層使用140天后的噴嘴(預(yù)計(jì)180天)氣化爐外壁溫度比較u水煤漿水冷壁清華爐2011.8.22一次投料成功，首次投料即連續(xù)運(yùn)行140天，創(chuàng)造了氣流床氣化的新水平和新紀(jì)錄u本質(zhì)安全的水冷壁水循環(huán)系統(tǒng)u系統(tǒng)啟動(dòng)快，從耐火磚氣化爐的3天縮短到3小

13、時(shí)u灰熔點(diǎn)可達(dá)1500的煤種，氣化爐的煤種適應(yīng)性擴(kuò)大到覆蓋褐煤、煙煤及無煙煤的全煤階2 水煤漿水冷壁氣化爐應(yīng)用及特點(diǎn)水煤漿水冷壁氣化爐應(yīng)用及特點(diǎn)該技術(shù)同時(shí)具有水煤漿耐火磚和干粉水具有水煤漿耐火磚和干粉水冷壁氣化爐的優(yōu)點(diǎn)冷壁氣化爐的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異，是具有國際領(lǐng)先水平國際領(lǐng)先水平的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新型煤氣化技術(shù)3 高灰熔點(diǎn)煤經(jīng)驗(yàn)高灰熔點(diǎn)煤經(jīng)驗(yàn)立式旋風(fēng)爐水冷壁掛渣圖片排渣情況3 高灰熔點(diǎn)煤經(jīng)驗(yàn)高灰熔點(diǎn)煤經(jīng)驗(yàn)摻燒陽泉沫煤，直到入爐煤灰熔點(diǎn)達(dá)到1520項(xiàng) 目單 位神木煤數(shù)據(jù)摻燒10%陽泉沫煤數(shù)據(jù)摻燒20%陽泉沫煤數(shù)據(jù)摻燒30%陽泉沫煤數(shù)據(jù)頂盤管出口溫度196.7166.3188.2180.8主盤管出口溫

14、度248.5248.3248.4248.9渣口盤管溫度230.1232.4237.2236水冷壁CO2流量m3/h3.25.85.85.8汽包外供蒸汽流量t/h1.3704.1344.3913.9主盤管水流量m3/h275.4274.9275.3274.9鍋爐水泵出口流量m3/h307310.5309.6310.6汽包壓力MPa3.8163.8513.8473.851鍋爐水泵出口壓力MPa4.24.24.24.2CO%40.443.5643.8742.83CO2%2221.92324.4H2%37.7136.334.0532.97CH4ppmO2%0.30.30.30.23.2 氣化爐反應(yīng)關(guān)鍵

15、因素氣化爐反應(yīng)關(guān)鍵因素222221CO5H O2CO3CO6H O7H11tk Pk PRk Pk Pk Pk P01234567891011120.0000.0020.0040.0060.0080.010experimental measurements predictions by eqution (c) predictions by eqution (d)R50 (S-1)Experiment NO16火焰區(qū)：顆粒-湍流作用非火焰區(qū)：水煤氣變換等慢反應(yīng)；但快反應(yīng)假設(shè)仍然適用0ERTkk e3.3 氣化爐內(nèi)流場對比氣化爐內(nèi)流場對比旋轉(zhuǎn)氣流的速度分布正常旋轉(zhuǎn)氣流和飛邊型旋轉(zhuǎn)氣流o u tle

16、 tP re s s u r. w a te rQ u e n c hin le tC o o lin g s c re e nB u rn e rP re s s u r. w a te rF u e lG ra n u la te d s la go v e rflo wW a te rG a s o u tle tC o o lin g ja c k e tG a s to p ilo t b u rn e rO x y g e nw a te r彌散流干粉速度10m/s高速射流水煤漿速度100m/s3.3 氣化爐內(nèi)的流場對比氣化爐內(nèi)的流場對比GE氣化爐近壁面處的顆粒濃度分級(jí)給氧氣化爐近

17、壁面處的顆粒濃度由于二次給氧的引入加強(qiáng)了爐內(nèi)上部區(qū)域的湍流混合作用，使得顆粒在該區(qū)間的停留時(shí)間變長，分級(jí)給氧氣化爐近壁面處的顆粒濃度也相應(yīng)增加，從而有利于碳轉(zhuǎn)化率的提高4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較4.1 煤的活性煤的活性n晉城煤活性較差（與陽泉煤類似，在1100的活性最高為40%），氣化煤需要提高爐溫，所以氣化爐必須選擇用水冷壁氣化爐。n需要改善氣化爐內(nèi)的流場，延長碳顆粒在高溫區(qū)的停留時(shí)間19 4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較4.2 煤的灰分煤的灰分n晉城煤的灰分高，洗選可以降低灰分，但煤的收率一般在80%左右，相當(dāng)于煤價(jià)漲了20%左右，況且洗下來的煤泥幾乎

18、沒有用處，建議不進(jìn)行洗選而直接利用；n干粉氣化爐的灰渣比一般為5:5，最高為6:1（魯西化工運(yùn)行數(shù)據(jù)），清華爐的灰渣比一般為2:6，最高為3:7。氣化工段的運(yùn)行穩(wěn)定主要決定于灰水系統(tǒng)的運(yùn)行好壞，鑒于晉城煤的高灰分，應(yīng)該采用水煤漿氣化，保證灰水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。20 4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較4.3 煤的灰熔點(diǎn)煤的灰熔點(diǎn)n晉城煤的灰熔點(diǎn)高，干粉氣化爐灰熔點(diǎn)要求一般不超1450；清華爐已經(jīng)成功使用1520的入爐煤。n如果采用加石灰石來降低灰熔點(diǎn)，將使本來灰分就高的晉城煤灰分更高，增加原料成本和氧耗。21 4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較4.4 運(yùn)行的穩(wěn)定性運(yùn)行的

19、穩(wěn)定性n對于煤氣化來說，裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性很大程度上決定了裝置的經(jīng)濟(jì)性，水煤漿氣化的穩(wěn)定性是干粉氣化無法比擬的，從穩(wěn)定性上來看，選擇水煤漿比干粉有優(yōu)勢。22 4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較4.5 運(yùn)行的安全性運(yùn)行的安全性n安全運(yùn)行時(shí)煤氣化裝置的根本，干粉氣化在烘煤階段還是存在一定的危險(xiǎn)性，國內(nèi)也曾發(fā)生過烘煤系統(tǒng)爆炸的事故；n由于煤的輸送不穩(wěn)定問題經(jīng)常發(fā)生水冷壁燒壞問題也是值得關(guān)注的，從安全性來看，選擇水煤漿比干粉有優(yōu)勢23 4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較24 干粉氣化水煤漿氣化廢氣烘煤階段會(huì)產(chǎn)生大量廢氣沒有廢氣排放廢水排放廢水好處理排放廢水好處理在制漿工段還可以利用其他工段的有機(jī)廢水廢渣灰量較大，難處理灰量較小，易處理輻射需要大量的射線儀表常規(guī)儀表即可，不需要射線儀表4.6 裝置的環(huán)保性裝置的環(huán)保性4.晉城煤氣化技術(shù)選擇比較晉城煤氣化技術(shù)選擇比較4.7 節(jié)水節(jié)水n水煤漿氣化是將大部分用水以水煤漿的形式加入，對煤的含水程度沒有特殊要求，對加入水的水質(zhì)的要求也較低，一般制漿用水使用難以處理的有機(jī)廢水，具有環(huán)保效益。n干粉氣化是將煤中多余的水分去掉，然后再將需要的水分步加入，在氣化爐需要的水分，必須以高壓過熱蒸汽的形式加入，變換工段需要的水，必須用過熱蒸汽或鍋爐水的形式加入。從節(jié)水來看，選擇水煤漿比干粉有優(yōu)