幾種煤氣化爐爐型的比較

幾種煤氣化爐爐型的比較氣化工藝各有千秋

1.常壓固定床間歇式無煙煤（或焦炭）氣化技術(shù)

目前我國氮肥產(chǎn)業(yè)主要采用的煤氣化技術(shù)之一，其特點(diǎn)是采用常壓固定床空氣、蒸汽間歇制氣，要求原料為準(zhǔn)25～75mm的塊狀無煙煤或焦炭，進(jìn)廠原料利用率低，單耗高、操作繁雜、單爐發(fā)氣量低、吹風(fēng)放空氣對大氣污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝。

2.常壓固定床無煙煤（或焦炭）富氧連續(xù)氣化技術(shù)

其特點(diǎn)是采用富氧為氣化劑、連續(xù)氣化、原料可采用?準(zhǔn)8～10mm粒度的無煙煤或焦炭，提高了進(jìn)廠原料利用率，對大氣無污染、設(shè)備維修工作量小、維修費(fèi)用低，適合用于有無煙煤的地方，對已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

3.魯奇固定床煤加壓氣化技術(shù)

主要用于氣化褐煤、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性的煤，要求原料煤熱穩(wěn)定性高、化學(xué)活性好、灰熔點(diǎn)高、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)性或弱粘結(jié)性，適用于生產(chǎn)城市煤氣和燃料氣。其產(chǎn)生的煤氣中焦油、碳?xì)浠衔锖考s1%左右，甲烷含量約10%左右。焦油分離、含酚污水處理復(fù)雜，不推薦用以生產(chǎn)合成氣。

4.灰熔聚煤氣化技術(shù)

中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所技術(shù)。其特點(diǎn)是煤種適應(yīng)性寬，屬流化床氣化爐，煤灰不發(fā)生熔融，而只是使灰渣熔聚成球狀或塊狀灰渣排出。可以氣化褐煤、低化學(xué)活性的煙煤和無煙煤、石油焦，投資比較少，生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是操作壓力偏低，對環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待進(jìn)一步解決。此技術(shù)適合于中小型氮肥廠利用就地或就近的煤炭資源改變原料路線。

5.恩德粉煤氣化技術(shù)

屬于改進(jìn)后的溫克勒沸騰床煤氣化爐，適用于氣化褐煤和長焰煤，要求原料煤不粘結(jié)或弱粘結(jié)性，灰分<25%～30%，灰熔點(diǎn)高、低溫化學(xué)

表1

多噴嘴氣化與單燒嘴氣化結(jié)果對比

(kg/km3)

有效氣成分/％碳轉(zhuǎn)化率/％有效氣比煤耗/m3?km-3有效氣比氧耗多噴嘴氣化84.998.8535314單燒嘴氣化82～8396～98

～547

～336

多噴嘴氣化爐調(diào)節(jié)負(fù)荷比單燒嘴氣化爐靈活，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤。已建成及在建的有11套裝置30臺氣化爐。已順利投產(chǎn)的有3套裝置4臺氣化爐。在建最大的氣化爐投煤量為2000t/d，氣化壓力6.5MPa。目前暴露出來的問題是氣化爐頂部耐火磚磨蝕較快；同樣直徑同等生產(chǎn)能力的氣化爐，其高度比GE單燒嘴氣化爐高，多了3套燒嘴和與其相配套的高壓煤漿泵、煤漿閥、氧氣閥、止回閥、切斷閥及連鎖控制儀表，1套投煤量1000t/d的氣化爐投資比單燒嘴氣化爐系統(tǒng)的投資多2000萬～3000萬元。但該技術(shù)屬我國獨(dú)有的自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，在技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)方面比引進(jìn)GE水煤漿氣化技術(shù)具有競爭力。

9.Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)

屬于氣流床加壓氣化技術(shù)?？蓺饣置?、煙煤、無煙煤、石油焦及高灰熔點(diǎn)的煤。入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉。干煤粉由氣化爐下部進(jìn)入，屬多燒嘴上行制氣。目前國外最大的氣化爐處理量為2000t/d煤，氣化壓力為3.0MPa。這種氣化爐采用水冷壁，無耐火磚襯里?？梢詺饣呋胰埸c(diǎn)的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石做助熔劑。國內(nèi)2000年以來已引進(jìn)19臺，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇，氣化壓力3.0～4.0MPa。我國引進(jìn)的Shell煤氣化裝置只設(shè)1臺氣化爐單系列生產(chǎn)，沒有備用爐，在煤化工生產(chǎn)中能否常年連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行尚待檢驗(yàn)。1套不設(shè)備用爐的裝置投資相當(dāng)于設(shè)備用爐的GE氣化裝置或多噴嘴水煤漿氣化裝置的投資的2～2.5倍，排出氣化爐的高溫煤氣用龐大的、投資高的廢熱回收鍋爐回收顯熱副產(chǎn)蒸汽后，如用于煤化工，尚需將蒸汽返回后續(xù)CO變換系統(tǒng)，如用于制合成氨和氫氣，副產(chǎn)的蒸汽量還不夠用。同時(shí)還需要另設(shè)中壓過熱蒸汽系統(tǒng)用于氣化爐的過熱蒸汽。筆者認(rèn)為目前Shell帶廢熱鍋爐的干煤粉加壓氣化技術(shù)并不適用于煤化工生產(chǎn)，有待改進(jìn)。

10.GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)

屬于氣流床加壓氣化技術(shù)，入爐原料煤為經(jīng)過干燥、磨細(xì)后的干煤粉，干煤粉由氣化爐頂部進(jìn)入，屬單燒嘴下行制氣。氣化爐內(nèi)有水冷壁內(nèi)件，目前國外最大的GSP氣化爐投煤量為720t/d褐煤。因采用水激冷流程，投資比Shell爐省，適用于煤化工生產(chǎn)。正常時(shí)要燃燒液化氣或其他可燃?xì)怏w，以便于點(diǎn)火、防止熄火和確保安全生產(chǎn)。目前世界上采用GSP氣化工藝技術(shù)的有3家，但是現(xiàn)在都沒有用來氣化煤炭，其中黑水泵煤氣化廠只有6年氣化褐煤的業(yè)績，沒有長期氣化高灰分、高灰熔點(diǎn)煤的業(yè)績。神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司已決定采用GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)建設(shè)83萬t/a二甲醚，一期60萬t/a甲醇項(xiàng)目，單爐投煤量約2000t/d。

11.兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)

西安熱工研究院開發(fā)成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。可氣化煤種包括褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤，以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，不產(chǎn)生焦油、酚等。其特點(diǎn)是采用兩段氣化，其缺點(diǎn)是合成氣中CH4含量較高，對制合成氨、甲醇、氫氣不利。廢熱鍋爐型氣化裝置適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其示范裝置投煤量2000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化爐（廢熱鍋爐流程）已決定用于華能集團(tuán)“綠色煤電”項(xiàng)目，另一套示范裝置投煤量1000t/d級兩段式干煤粉加壓氣化爐（激冷流程）已決定用于內(nèi)蒙古世林化工有限公司30萬t/a甲醇項(xiàng)目。

12.四噴嘴對置式干粉煤加壓氣化技術(shù)

由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠（水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心）和中國天辰化學(xué)工程公司通力合作開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。中試裝置投煤能力為15～45t/d，建于兗礦魯南化肥廠。氣化爐為熱壁爐，內(nèi)襯耐火磚。干粉煤由氣化爐上部經(jīng)4個(gè)燒嘴加入，產(chǎn)生的合成氣下行經(jīng)水激冷后出氣化爐。屬氣流床煤氣化爐。以兗礦魯南化肥廠GE水煤漿氣化工業(yè)裝置生產(chǎn)用煤為原料進(jìn)行試驗(yàn)。中試裝置作了以氮?dú)夂虲O2為輸送載氣的試驗(yàn)。氣化溫度為1300～1400℃，氣化壓力為2.0～3.0MPa，工藝數(shù)據(jù)見表2。

表2

四噴嘴對置式干粉煤加壓氣化技術(shù)中試數(shù)據(jù)(kg/km3)有效氣碳轉(zhuǎn)化率/％冷煤氣效率/％有效氣比煤耗有效氣比氧耗/m3?km-3有效氣比蒸汽耗89～93＞9883～84530-540300-320110-130

該氣化爐屬熱壁爐，適用于氣化低灰熔點(diǎn)的煤，在技術(shù)指標(biāo)上與多噴嘴水煤漿加壓氣化爐相差并不太大，但是增加了過熱蒸汽的投資及消耗和加壓氮?dú)饣駽O2載氣的投資及能耗。有待在冷壁爐上再做些工作，以期取得完善的成果。

工藝技術(shù)選擇和評述

評價(jià)煤氣化工藝技術(shù)必須建立在其是否屬于潔凈煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上。目前為止，還沒有開發(fā)出萬能的煤氣化爐型和技術(shù)，各種煤氣化爐型和氣化技術(shù)都有其特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和不足之處，都有其對煤種的適應(yīng)性和對目標(biāo)產(chǎn)品的適用性。建設(shè)煤化工項(xiàng)目必須選擇經(jīng)過大量試驗(yàn)、工業(yè)性示范和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的工藝，要擇優(yōu)選用節(jié)能、投資省、成本低、效率高、對環(huán)境無污染或輕度污染但能很好處理的潔凈煤氣化技術(shù)。在評價(jià)時(shí)要從全廠總流程的觀點(diǎn)上作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析評價(jià)，切不可只從某一種煤氣化工藝技術(shù)的角度作局部和不客觀的評價(jià)。同時(shí)，也切不可以只聽專利商的片面性介紹，作局部的不全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)。

現(xiàn)有的12種煤氣化工藝技術(shù)，可以分為以下幾種類型。

（1）逐步淘汰型

如常壓固定層間歇式無煙煤（或焦碳）氣化技術(shù)。

（2）適用于中小型氮肥廠改變原料路線和進(jìn)行技術(shù)改造

如常壓固定層無煙煤（或焦碳）富氧連續(xù)氣化技術(shù)、灰熔聚煤氣化技術(shù)和恩德粉煤富氧氣化技術(shù)。

（3）適用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電

如GE水煤漿加壓氣化技術(shù)、Shell干煤粉加壓氣化技術(shù)。

（4）已完成中間試驗(yàn)，有待經(jīng)受商業(yè)化運(yùn)行考驗(yàn)

如兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)、四噴嘴對置式干粉煤加壓氣化技術(shù)。

（5）國內(nèi)外已有成功經(jīng)驗(yàn)，適用于大型化裝置

如GE水煤漿加壓氣化技術(shù)、多元料漿加壓氣化技術(shù)、多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)。

（6）國外已有商業(yè)化運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)正在建立示范裝置

如GSP干煤粉加壓氣化技術(shù)。

（7）適用于制造城市煤氣和燃料氣

如魯奇固定層煤加壓氣化技術(shù)。本土氣化工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異

選擇Shell和GSP兩種干煤粉加壓氣化工藝技術(shù)與多噴嘴和GE兩種水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)（激冷流程）作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，比較結(jié)果見表4～表6。比較的基準(zhǔn)是：

（1）采用北宿水洗精煤為原料，原料物相數(shù)據(jù)見表3。

表3

原料物相數(shù)據(jù)項(xiàng)目灰分含量灰熔點(diǎn)DTSTHTFT水煤漿濃度指標(biāo)7.32%1090℃1100℃1120℃1130℃61%

表4

4種煤氣化工藝（可比部分）消耗指標(biāo)比較(kg/km3)項(xiàng)目ShellGSP多噴嘴GE有效氣比煤耗515515535547日投煤量/t2000200020672100有效氣比氧耗/m3?km-3305305314336氧氣/m3?h－348800488005024053760電/kW?h103709000400040005MPa過熱蒸汽/t?h－12020——4.5MPa過熱蒸汽/t?h－118756——副產(chǎn)4.5MPa蒸汽/t?h－1-130-40-22-22副產(chǎn)0.5MPa蒸汽/t?h－1-20-38-10-10脫氧脫鹽水/t?h－1209863636注：GSP法中尚未計(jì)入經(jīng)常的安全防護(hù)用液化氣或煤氣消耗表5

4種煤氣化工藝（可比部分）投資比較表(萬元)項(xiàng)目ShellGSP多噴嘴GE煤貯運(yùn)4200420042004200干煤粉制備及輸送1250012500——水煤漿制備及輸送——50005000氣化裝置85400555005000041000氣化裝置（含軟件費(fèi)）91920588275138643772煤氣化裝置97900680005500046000煤氣化裝置（含軟件費(fèi)）104420713275638648772投資比2.141.461.161CO變換7600760052005200可比項(xiàng)目合計(jì)1397001098009440087400可比項(xiàng)目合計(jì)（含軟件費(fèi)）1462201131279578690172表6

4種煤氣化工藝（可比部分）有效氣成本估算(元/Nm3)項(xiàng)目ShellGSP多噴嘴GE有效氣成本

0.4960.442

0.422

（2）氣化壓力4MPa。

（3）碳轉(zhuǎn)率：Shell、GSP、多噴嘴取98%，GE取96%。

（4）產(chǎn)合成氣量為16萬Nm3(CO+H2)/h。

（5）比較范圍：煤貯運(yùn)、干煤粉制備及輸送、水煤漿制備及輸送、氣化裝置、空分、CO變換等可比部分。

從比較結(jié)果可以得出：

（1）用于煤化工生產(chǎn)，干煤粉加壓氣化投資高于水煤漿加壓氣化；廢熱鍋爐流程投資高于激冷流程；多噴嘴水煤漿加壓氣化投資高于GE水煤漿加壓氣化；Shell法的軟件費(fèi)遠(yuǎn)高于其他3種；煤氣化裝置的投資比（含軟件費(fèi)）為Shell:GSP:多噴嘴:GE=2.14:1.46:1.16:1。

（2）以有效氣可比部分成本估算比較，多噴嘴水煤漿法與GE法最低為0.422元/