德士古煤氣化工藝運行方式總結(jié)

1、德士古煤氣化工藝運行方式總結(jié) 3呂運江 , 潘 榮 , 呂傳磊 , 龐 治 , 周 淵(山東兗礦魯南化肥廠 滕州 277527摘要 在全面總結(jié)德士古氣化爐試運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上 , 進(jìn)行了優(yōu)化煤種配比和降低氣化操作溫度等新嘗 試 。 經(jīng)過一段時間的摸索和考察 , 肯定了高 、 低灰熔點煤種的混配可降低入爐煤的灰熔點 , 保證氣流床熔融排渣 氣化工藝的穩(wěn)定運行 ; 在低于煤灰熔融溫度下進(jìn)行氣化并實施固態(tài)排渣工藝是可行和有效的 , 經(jīng)十余年的運行 , 其經(jīng)濟(jì)效益明顯 。關(guān)鍵詞 煤氣化 氣流床 熔融排渣 固態(tài)排渣Sum 2Up of M odes of O pera ti on of Texaco ti

2、 ProcessL üYunjiang, Pan Rong, L üYuan(Lunan Che m ical Fertilizer Plant of Pr ovince Tengzhou 277527Abstract On the 2up of experience in trial 2run of the Texaco gasifi 2 er, ne w trials by ti m al m ixing of vari ous kinds of coal and decrease in gasificati on . ough a peri od ti m e of

3、trial, gr ope, research and investigati on, it is con 2 fir med ixing of high and l ow ash fusi on coals will reduce the ash fusi on point of the coal fed int o the gasifier and assure the stable operati on of the entrained 2bed molten slag discharge gasificati on p r ocess . The p r ocess of gasifi

4、cati on bel ow the coal ash fusi on te mperature and s olid 2state slag discharge is both feasible and effective, and by operati on f or more than ten years its econom ic benefit is re marka 2 ble .Keywords coal gasificati on entrained bed molten slag discharge s olid 2state slag discharge 兗礦魯南化肥廠 (

5、以下簡稱魯化 是我國率 先引進(jìn)德士古水煤漿加壓氣化裝置的企業(yè) 。 引進(jìn) 裝置于 1991年開工建設(shè) , 1993年 4月建成投產(chǎn) 。 十多年來不斷摸索 、 試驗和總結(jié) , 通過優(yōu)化煤種配 比 、 對原德士古裝置運行方式進(jìn)行改進(jìn) 、 將液態(tài)排 渣改為固態(tài)排渣及工藝技術(shù)的創(chuàng)新 , 使該裝置的 生產(chǎn)水平不斷提高 。 目前魯化的德士古氣化裝置 運行穩(wěn)定 , 噸氨耗煤 1350kg, 處于同類型裝置先 進(jìn)水平 ; 生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計負(fù)荷的 140%; 氣化爐 連續(xù)運行突破 101d, 工藝燒嘴創(chuàng)出運行 151d 的 最好記錄 。1 傳統(tǒng)氣流床氣化工藝運行方式煤的氣化實質(zhì)上是煤中有機(jī)質(zhì)受熱分解 , 并 與氣

6、化介質(zhì)在較高溫度下進(jìn)行反應(yīng) , 產(chǎn)生 CO, H 2及 CH4等氣體的復(fù)雜反應(yīng)過程 。影響該工藝過 程的因素很多 , 其中溫度是一個關(guān)鍵因素 。不同 氣化方法由于操作溫度不同 , 導(dǎo)致煤中所含碳的 轉(zhuǎn)化率 、 氣化產(chǎn)物 (煤氣成分 以及氣化殘留物排 除方式等均不同 , 因此對氣化爐的結(jié)構(gòu) 、 部件設(shè) 計 、 構(gòu)建材質(zhì)以及所加工的原料特性等就有不同 的要求 , 從而形成了不同的氣化工藝 。德士古氣化工藝過程是原料水煤漿與氣化劑 純氧在工藝燒嘴內(nèi)混合 , 霧化后高速進(jìn)入氣化爐 內(nèi)瞬間著火 , 在高溫環(huán)境中直接發(fā)生火焰反應(yīng) , 煤 粉與氣化劑在火焰中呈并流流動 , 于超過灰熔融 溫度的高溫區(qū)中數(shù)秒鐘

7、內(nèi)完成煤的氣化反應(yīng) ; 反 應(yīng)生成的氣體和未反應(yīng)的殘?zhí)?、 熔融灰渣等一起243本文作者的聯(lián)系方式 :jscoalcc126. com進(jìn)入激冷室冷卻 ?？梢?, 德士古煤氣化法屬于濕 法氣流床氣化工藝 , 氣化殘渣采取熔融液態(tài)排渣 方式 , 這就決定其氣化操作溫度必須控制在所選 用的原料煤灰熔融溫度以上 。 由于煤的灰熔融溫 度較高 , 因此德士古氣化法的操作溫度是比較高 的 。 高溫氣化工藝雖能獲得高的碳轉(zhuǎn)化率 , 保證 有足夠高的碳利用率 , 但也給該工藝技術(shù)的實施 和原料煤的選擇帶來了一定的制約和難度 。 1. 1 原料煤種的限制從理論上講 , 可適用于傳統(tǒng)德士古氣化工藝 的煤種范圍比較

8、廣 , 但從經(jīng)濟(jì)效益 、 氣化爐材質(zhì)承 受能力以及穩(wěn)定運行角度來看 , 該氣化技術(shù)對原 料煤還是有一定要求的 。為實現(xiàn)熔融排渣 , 又要保證爐體的使用壽命 , 高灰熔點 ( 1400 的煤不適用于傳統(tǒng)德士古 氣化工藝 , 如若使用 ,點 。 , 熔劑是惰性組分 ,。魯方法運行 , 遇到了不少問題 , 致使生產(chǎn)無法正常進(jìn) 行 。1. 2 原料煤及氧氣消耗增大德士古氣化工藝是自熱式氣化技術(shù) , 煤的氣 化反應(yīng)熱是由其自身燃燒所提供的 。 為了使灰渣 保持在熔融狀態(tài) , 就必須將爐溫控制在灰渣熔融 溫度以上 , 而要獲得較高的爐溫 , 必然會消耗更多 的原料煤和氧氣 , 才能使燃燒反應(yīng)放出更多的熱

9、量 , 煤耗 、 氧耗必然會升高 。氣化操作溫度越高 , 灰渣熔融需要的熱量越多 , 供熱消耗的原料煤和 氧氣量就越多 , 致使產(chǎn)品氣中有效氣 (CO +H 2 含量降低 , CO2含量明顯增加 , 單位產(chǎn)品的煤耗 、 氧耗增大 。1. 3 對氣化爐內(nèi)耐火磚浸蝕程度更高為隔離氣化爐內(nèi)的高溫 , 在氣化爐內(nèi)壁襯有 耐火磚 , 它會受到從工藝噴嘴處噴出的高速混合 物料的沖刷和磨損 , 同時也遭受到高溫灰渣和氧 化 、 還原氣體混合物的浸蝕及磨損 。氣化操作溫 度越高 , 其浸蝕和磨損程度越嚴(yán)重 。特別是熔融 排渣氣化爐 , 由于煤灰中所含的鈉 、 釩等金屬氧化 物在還原狀態(tài)下轉(zhuǎn)化為鈉 、 釩等金屬

10、 , 可與爐磚中 的氧化鋁等高熔點耐火組分形成低熔點的復(fù)合 物 ; 在動態(tài)的生產(chǎn)運行過程中 , 熔融灰渣會浸蝕和 沖刷耐火磚的向火面 , 且形成均勻的渣液層并沿 著耐火磚表面向下流動 , 同時還能附著于其表面 并逐步滲透至磚體內(nèi)部 , 使耐火磚受到極強(qiáng)的蝕 損 。 為保證生產(chǎn)運行 , 傳統(tǒng)的德士古氣化爐耐火 磚必須有足夠高的抗渣性 、 耐熱沖擊性和材料力 學(xué)性能 , 致使耐火磚的投資加大 。魯化引進(jìn)的德士古氣化工藝因采取熔融排 渣 , 要求氣化爐操作溫度必須在原料煤的灰熔融 溫度以上 , 否則會給氣化爐的正常運行帶來一些 問題 。 ,460, 爐體材質(zhì)難以承受 , 且氣化消 , 經(jīng)濟(jì)上也不太合

11、理 , 所以德士古公司 提出添加助熔劑石灰石來降低煤灰熔融溫度 , 并 推薦在 1400 左右的高爐溫下操作 。投產(chǎn)初期 , 在原料煤中按投煤量的 2. 4%(質(zhì) 量分?jǐn)?shù) , 下同 添加石灰石 , 使煤漿灰熔融溫度降 至 1350 。 但運行結(jié)果表明 :為了熔融排渣 , 必 須同時將石灰石熔融 , 這又額外多消耗熱量 , 致使 煤耗 、 氧耗均較高 ; 有效氣 (CO +H2體積分?jǐn)?shù)僅 75%左右 , CO 2體積分?jǐn)?shù)達(dá) 25%; 氣化爐處理能 力僅 1617m 3/h, 生產(chǎn)能力降低 ; 耐火磚的蝕損 率 0. 020mm /h,僅使用了 7000h 就被迫更換 ; 灰 水中 Ca 2+含量

12、較高 , 灰水系統(tǒng) (灰水泵 、 灰水換熱 器 、 文丘里 、 閃蒸系統(tǒng) 結(jié)垢嚴(yán)重 , 灰水流量在較 短的時間內(nèi)就從 45m 3/h 降至 20m 3/h, 試車初期 灰水系統(tǒng)僅能運行 1個月左右 。針對德士古氣化爐在運行初期出現(xiàn)的一些問 題 , 通過認(rèn)真分析和總結(jié) , 提出了突破德士古公司 傳統(tǒng)觀念與技術(shù)的方案 , 并進(jìn)行了一系列的探索 試驗 。2 對氣流床煤氣化工藝的探索2. 1 原料煤種的優(yōu)化為了降低煤漿灰熔點 , 減少石灰石的加入 , 首 先進(jìn)行了煤種優(yōu)選和摻燒試驗 。1994年 4月開始在七五原煤中摻燒低灰熔 點的北宿原煤 (煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表 1 , 同時將石 灰石的添加量由 2.

13、4%降至 1. 3%, 煤漿灰熔點由 34 1350 降至 1300 , 氣化爐工況也作了相應(yīng)的 調(diào)整 , 爐溫 有了 大 幅 降 低 , 有 效 氣 體 積 分 數(shù) 從 75%升至 78%79%, 氣化爐運行趨于穩(wěn)定 , 運 行周期從試車初期的 10d 左右升至 2040d, 試 驗獲得成功 。1995年 11月 , 在七五原煤和北宿原煤的混 煤中摻燒更加適宜于氣化的落陵洗精煤 , 使有效 氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 79%, 耐火磚的蝕損率下降至 0. 018mm /h, 耐火磚使用壽命達(dá) 9000h, 產(chǎn)量也 超過了設(shè)計值 , 氣化運行周期不斷提高 。1996年 3月停用了七五原煤和助熔劑 , 用

14、北 宿原煤與落陵洗精煤混配 , 其煤漿的灰熔點降至 12001250 , 氣化爐操作溫度大幅降低 , 合成 氣中有效氣體積分?jǐn)?shù)升高至 83. 5%, CO2體積分 數(shù)降至 16. 0%, 耐火磚蝕損率 0. 018mm /h, 耐火 磚使用壽命 9000h用于參與氣化反應(yīng) , 氧耗降低 ,到根本的改善 , , 氣1和 表 2。從魯化原料煤的優(yōu)選經(jīng)驗來看 , 低灰分 、 低內(nèi) 水 、 高揮發(fā)分 、 低灰熔點的煤比較適宜于傳統(tǒng)德士表 1 魯化探索試驗的煤種特性分析項目七五原煤北宿原煤落陵原煤落陵 洗精煤 工業(yè)分析 1 /% Mad1. 560. 251. 162. 77 FCad55. 0746.

15、 9849. 7747. 10 Vad30. 2640. 3141. 3940. 33 Aad13. 0512. 467. 689. 80元素分析 1 /% Cad72. 2561. 1871. 1376. 40 Had6. 394. 305. 335. 24 Nad1. 210. 1. 161. 23 Sad1. 012. 862. 73灰熔點 / Si O249. 9340. 82 A l2O 325. 5122. 56 Mg O 11. 631. 00 Fe2O 36. 5015. 22 Ca O 9. 94Q net . ar /(J g -1 24. 0926. 9524. 6729

16、. 08注 :1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)。表 2 不同原料煤試驗運行數(shù)據(jù)對比煤種 七五原煤 七五原煤北宿原煤七五原煤北宿原煤落陵洗精煤北宿原煤落陵洗精煤落陵洗精煤古氣化工藝 。當(dāng)以高灰熔點煤作為氣化原料時 , 為降低熔融排渣氣化的操作溫度 , 采取高灰熔點 煤與低灰熔點煤混配是可行的 , 且更經(jīng)濟(jì) 、 有效 。 2. 2 排渣方式的探索隨著氣化原料的優(yōu)化 , 氣化操作溫度大幅下 降 , 運行狀況明顯改善 , 特別是全部使用低灰熔點 洗精煤為原料后 , 氣化爐負(fù)荷顯著提高 , 此時空分 裝置能力成為負(fù)荷提高的瓶頸 。 盡管煤漿灰熔點 降至 12501300 , 但在將有限的氧氣全部投 入運行的情況下 , 氣化

17、爐的操作溫度也只能接近44 灰渣的熔融溫度 , 按照德士古工藝原理 , 爐溫似乎 已降到了極限 , 也意味著氣化爐負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到極 限 。 但魯化于 1997年大膽提出突破傳統(tǒng)德士古 氣化爐熔融排渣的限制 , 將氣化爐操作溫度降至 煤灰熔融溫度以下 , 實現(xiàn)固態(tài)排渣 , 進(jìn)一步提高氣 化爐負(fù)荷的設(shè)想 。隨后對生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整 , 將 入爐煤漿量從 2122m 3/h 提高至 2325m 3/h, 并在低于灰渣熔融溫度下操作 。 采取這一運行方 式順利完成了氣化過程 , 且運行穩(wěn)定 , 所得到的合 成氣中有效氣體積分?jǐn)?shù)也從 82%83%提高至 84%85%。 入爐煤漿流量的增加和合成氣中有 效氣含

18、量的提高 , 使系統(tǒng)的產(chǎn)能達(dá)到設(shè)計負(fù)荷的 130%140%。通過近兩年的生產(chǎn)實踐 , 證明氣流床氣化爐 采取低于煤灰熔融溫度操作是可行的 。 由于在較 低溫度下運行 , 使氧秏 、 煤耗均有所降低 ;熔渣對耐火磚的浸蝕和沖刷 ,磚的使用壽命 ,運行 ,條新途徑 。3 近十年來魯化的運行經(jīng)驗魯化自 1997年開始實施氣流床氣化爐固態(tài) 排渣技術(shù) , 通過近十年的實踐 , 表明固態(tài)排渣技術(shù) 具有如下優(yōu)點 。(1 采用固體排渣技術(shù)可以節(jié)約更多的氧氣 和原料煤 , 且可以提高氣化爐的負(fù)荷 ; 氣化爐運行 穩(wěn)定 , 連續(xù)運行時間可達(dá) 7090d, 最長連續(xù)運行 時間已突破 101d 。(2 由于爐溫較低

19、, 氣化爐內(nèi)的灰渣處于非 熔融狀態(tài) , 被反應(yīng)產(chǎn)生的氣體帶出氣化爐而不會 附著在耐火磚表面上或浸入其中 , 耐火磚的蝕損 率降至 0. 016mm /h, 耐火磚使用壽命得以延長至 12000h, 工藝燒嘴也創(chuàng)出連續(xù)運行 151d 的最好 記錄 。(3 雖然爐溫較低 , 再加上由于生產(chǎn)負(fù)荷增 加使煤粒的停留時間縮短 , 致使碳轉(zhuǎn)化率降低 , 灰 渣中殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá) 20%40%, 但合成氣中有 效氣體積分?jǐn)?shù)升高了 2%3%; 入爐煤漿量增 大 , 氣化爐負(fù)荷提高 , 單位時間內(nèi)的產(chǎn)氣量和有效 氣量均有增加 , 因而產(chǎn)品產(chǎn)量也相應(yīng)有了很大的 提高 。固態(tài)排渣突破了熔融排渣的限制 , 但固態(tài)灰 渣能否從氣化爐中順利排出是決定其能否正常運 行的關(guān)鍵 。 在近十年的生產(chǎn)實踐中 , 未發(fā)現(xiàn)氣化 爐因低爐溫操作而出現(xiàn)渣口堵塞及排渣不