科林粉煤氣化技術(shù)CCG簡介

1、科林粉煤氣化技術(shù)(CCG)簡介德國科林工業(yè)集團二零一零年七月1. 公司簡介 德國科林工業(yè)集團是全球著名的煤氣化、煤干燥和生物質(zhì)氣化技術(shù)提供商。該集團是前東德燃料研究所 (DBI)和黑水泵工業(yè)聯(lián)合體（Gaskombinat Schwarze Pumpe， 簡稱GSP）氣化廠最大的后裔公司?？屏郑–HOREN）名稱的由來是：“C-Carbon-碳 H-Hydrogen-氫 O-Oxygen-氧 REN-RENewable-可再生”。 科林集團總部位于德國弗萊貝格市，原東德燃料研究所舊址，著名的黑水泵氣化廠就在附近。戴姆勒奔馳汽車公司、德國大眾汽車公司為科林的戰(zhàn)略投資者。 目前集團擁有近300名研發(fā)

2、及工程技術(shù)人員，其中主要技術(shù)骨干為前徳燃所和黑水泵廠的員工?？屏止镜陌l(fā)起人Wolf博士即為前東徳燃料研究所研發(fā)部部長，煤氣化運行總監(jiān)貢瓦先生是前黑水泵氣化廠廠運行主任。 科林集團擁有40多年氣流床氣化技術(shù)研發(fā)、設(shè)計、設(shè)備制造、建設(shè)以及運行的經(jīng)驗，可以為客戶提供粉煤氣化技術(shù)（CCG）和生物質(zhì)氣化技術(shù)（Carbo-V®）從工藝包設(shè)計到關(guān)鍵設(shè)備制造和開車運行等一系列綜合性服務。 此外，科林集團也是蒸汽流化床煤干燥技術(shù)的創(chuàng)始人和專利持有人，在全世界煤干燥領(lǐng)域，特別是褐煤干燥領(lǐng)域具有多年成功運行經(jīng)驗。科林能化技術(shù)（北京）有限公司是科林集團的全資子公司，負責集團在亞太地區(qū)的業(yè)務。2. 技術(shù)來源

3、及技術(shù)開發(fā)背景科林高壓干粉煤氣化爐簡稱為CCG爐(Choren Coal Gasifier),該技術(shù)起源于前東德黑水泵工業(yè)聯(lián)合體（Gaskombinat Schwarze Pumpe， 簡稱GSP）下屬的燃料研究所，于上世紀70年代石油危機時期開始開發(fā)，目的是利用當?shù)睾置禾峁┏鞘腥細狻?979年在弗萊貝格市建立了一套3MW中試裝置，完成了一系列的基礎(chǔ)研究和工藝驗證工作。試驗煤種來至于德國、中國、前蘇聯(lián)、南非、西班牙、保加利亞、澳大利亞、捷克等國家。1984年在黑水泵市（SCHWARZ PUMPE）建立了一套130MW（日投煤量為720噸）的水冷壁煤氣化爐工業(yè)化裝置， 氣化當?shù)睾置河米鞒鞘腥細猓?/p>

4、有運行8年的工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)驗。之后改用工業(yè)廢液廢油作為進料，繼續(xù)運行至今。 燃料研究所和黑水泵工廠的技術(shù)骨干后來發(fā)起成立了科林的前身公司，繼續(xù)致力于煤氣化技術(shù)的研發(fā),并把運行中出的問題進行了設(shè)計更改和完善，推出了一套完整優(yōu)化的新氣化技術(shù) - CCG。3. CCG技術(shù)介紹（A） 氣化工藝CCG氣化工藝過程主要是由給料、氣化與激冷系統(tǒng)組成。原料煤被碾磨為100%<200，90%<65的粒度后, 經(jīng)過干燥, 通過濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴，在反應室內(nèi)與工業(yè)氧氣（年老煤種還需添加少量水蒸氣）在高溫高壓的條件下反應，產(chǎn)生以一氧化碳和氫氣為主的合成氣。根據(jù)灰組份和灰熔融特性，氣化溫度操作控制在14

5、00-1700之間 （高于灰熔點200度左右）。反應溫度可通過氧氣流量進行調(diào)節(jié)（控制爐內(nèi)化學反應劇烈程度）。反應室內(nèi)壁為水冷壁，由于形成了固態(tài)渣層保護，所以反應產(chǎn)生的液態(tài)灰渣不會直接接觸水冷壁。生成的合成氣及液態(tài)灰渣離開燃燒室向下流動，在激冷室中直接被水冷卻，液態(tài)灰渣被水浴固化成顆粒狀，冷卻后的灰渣經(jīng)過鎖斗排出系統(tǒng)，從排放的水中分離并通過撈渣機運出。合成氣被蒸汽飽和，以大約 210 溫度離開氣化爐。氣化爐外殼由水夾套保護，表面溫度小于100。原料氣化和達到氣體平衡所需的熱量由原料碳氧化成CO2和CO所釋放。氣化溫度的選擇主要由煤的灰熔點確定, 氣化壓力的確定主要取決于產(chǎn)品煤氣的利用工藝，通常為

6、4.0MPa。（B）CCG氣化爐結(jié)構(gòu)氣化爐由燒嘴、燃燒室、激冷室、水冷壁、外殼等部分組成。日投煤量為1500噸的氣化爐的尺寸大約是16米高，直徑3.2米，重量約200噸。右圖是氣化爐的示意圖。i 燒嘴CCG氣化爐為多噴嘴頂置的形式，分為引燃燒嘴和煤粉燒嘴。在開車和停車時候，利用液化氣混合氮氣作為引燃燒嘴的燃氣。在氣化爐運行過程中，出于安全的考慮，引燃燒嘴在較小的功率下運行（長明燈）?？梢岳醚h(huán)回送的合成氣作為引燃燒嘴的燃料。由于長明燈反應放熱也是氣化反應所需要的，所以并不會造成額外的能量損耗。由于燒嘴是一個承載高溫的部件，故每個燒嘴自身都有冷卻循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)由泵、泵接收器和熱交換器組成一個循環(huán)

7、，形成強制冷卻，使熱量間接傳導到冷卻水系統(tǒng)。燒嘴頂部壽命一般為4年，每年半年檢修一次燒嘴的頂部。如有損壞僅需更換燒嘴頂部。下圖為400MW（日投煤量1500噸）燒嘴分布圖、引燃燒嘴示意圖和粉煤燒嘴示意圖。ii 氣化室水冷壁結(jié)構(gòu)煤粉、氧氣和水蒸氣通過燒嘴進入燃燒室，發(fā)生部分氧化反應。燃燒室是由齒形蛇管卷水冷壁圍成的圓柱形空間, 上部為燒嘴, 下部為排渣口, 原料與氧氣、水蒸氣的氣化反應就在此空腔內(nèi)進行。第一次開車后水冷壁被掛上一層渣， 在后續(xù)運行中利用以渣抗渣的原理保護水冷壁。 正常運行時爐體內(nèi)溫度為1 400-1700 , 經(jīng)過渣層以后, 溫度降低到500左右, 再經(jīng)過16.5 mm 厚的屏壁

8、和SiC填充物, 溫度降低到270 左右, 水冷壁內(nèi)的加壓冷卻水的溫度為250 左右。水冷壁氣化爐體的優(yōu)點是爐體實際承受的溫度較低， 水冷壁承溫< 500 ，外層殼體內(nèi)壁的溫度< 250 , 氣化爐外殼的表面溫度小于100°C，不容易損壞，故可以氣化灰熔點較高的煤種。 該水冷壁在黑水泵廠使用8年后, 沒有破壞性的損壞?？屏諧CG爐還對原有水冷壁結(jié)構(gòu)做了改善，分別設(shè)立了4處吹掃口，使爐壁間的吹掃更充分，大大延長了水冷壁的壽命。iii 激冷室激冷室是一個上部為圓形筒體的空腔。高溫粗煤氣和熔渣、從氣化室下部一個喇叭形的排渣口進入激冷室, 高溫合成氣和熔渣在激冷室內(nèi)用水進行冷卻，

9、冷卻后的合成氣進入洗滌系統(tǒng)進行洗滌，冷卻后的灰渣經(jīng)過鎖斗排出系統(tǒng)。（C） 氣化爐規(guī)格目前, CCG工藝的氣化爐規(guī)格有3 種。規(guī)格分別為200MW,400MW,600MW。規(guī)格為200MW、日投煤量720 噸的小型氣化爐已經(jīng)在黑水泵氣化廠工業(yè)化。另一種氣化爐規(guī)格為400MW、日投煤量約為1500噸，每小時有效合成氣產(chǎn)氣量約為100000標準立方?？屏止具€可以提供600MW， 日投煤量為2250噸的氣化爐。 2007年簽約的兗礦貴州開陽化工50萬噸合成氨項目采用了兩臺400MW、日投煤量為1500噸CCG氣化爐，總產(chǎn)氣量為每小時20萬標準立方， 下游工序需求是每小時14萬立方有效合成氣。 正常運

10、行時兩臺爐均以70%的負荷運行， 如果一臺爐停車， 則另一臺爐可以滿負荷運行以保證下游連續(xù)生產(chǎn)所需的最低氣量。 （D）CCG氣化技術(shù)的優(yōu)勢 CCG氣化技術(shù)的主要特點是干粉進料， 以水冷壁保護氣化爐，采用水激冷流程以冷卻合成氣、燒嘴頂置下噴。i 干粉進料（與水煤漿進料比較）有如下優(yōu)勢1）. 克服了部分煤種難以制漿的問題， 與水煤漿技術(shù)相比，煤種適應性有所增強。2）. 避免將大量的水帶入氣化爐。與水煤漿技術(shù)相比，氧耗降低約15-20%。 粗合成氣中有效氣（COH2）濃度可高達90 - 93，冷煤氣效率可達80-83% ，碳轉(zhuǎn)化率99。這些效率指標均大大高于水煤漿技術(shù)。3）. 煤粉在干粉煤燒嘴內(nèi)移動

11、的速度僅約5米每秒， 主要是靠高速的氧氣帶動煤粉形成旋流參加反應， 無嚴重磨蝕，燒嘴頭部壽命可達4年以上，僅需每半年檢修頭部向火面。而水煤漿燒嘴內(nèi)煤漿以固液混合物形式存在，流速高，磨蝕嚴重，1-3個月就需更換，以保證霧化效率和碳率。 ii 水冷壁結(jié)構(gòu)（與耐火材料熱壁爐比較）有如下優(yōu)勢 1）. 壽命長，檢修少，在線率高。水冷壁的壽命可達25年， 每半年檢修一次。如果是采用耐火磚結(jié)構(gòu)則需每年更換， 拱頂磚的壽命更短2）. 采用水冷壁結(jié)構(gòu)，在開停車時不存在熱壁爐的烘爐問題，從冷態(tài)開車到滿負荷僅需要一個小時，可以快速響應下游對合成氣需求3）. 采用水冷壁進行以渣抗渣，氣化反應的溫度可以較高，不會對爐體

12、有所損害，而對于熱壁爐則需要考慮氣化溫度對耐火材料的影響。故水冷壁氣化爐可以氣化灰熔點較高的煤種，進一步提高了煤種的適應性。而且氣化爐操作溫度高于灰熔點200攝氏度，完全可以應付煤質(zhì)一定范圍內(nèi)的變化。CCG 氣化工藝可以氣化高達35% 灰分的煤種4）. 因為氣化反應溫度高，基本不會形成任何碳氫化合物（如甲烷等），因而簡化了對氣體凈化的要求5）. 水冷壁采用間接副產(chǎn)低壓蒸汽，通過監(jiān)控水冷壁的進出水溫差，判斷爐壁的掛渣狀況，有利用于氣化爐穩(wěn)定操作及設(shè)備的壽命延長。iii 激冷流程 （與廢鍋流程比較）1）. 采用激冷工藝流程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，裝置投資少。投煤量相同的氣化爐，激冷流程氣化框架

13、只有廢鍋流程氣化框架的約一半高度，重量只有其20%左右。氣化島投資只有其50-60%。2）. 由于采用全激冷方式，整個化工流程較廢鍋流程大大縮短（沒有廢熱鍋爐，陶瓷過濾器，循環(huán)氣壓縮機等），故整個裝置的可靠率增加。 而且由于裝置投資成本較低，能夠負擔雙爐運行，大大提供了氣化島在線率。3）. 經(jīng)過激冷和水洗，粗合成氣含塵量低1mg/Nm3，粗合成氣夾帶的水蒸汽可以滿足變換工藝所需90-100%的蒸汽。而廢鍋流程雖然以高投資產(chǎn)生高品位蒸汽，但如用于化工用途則其下游變換工藝還需要同樣加入蒸汽，在經(jīng)濟上并不合算。iv 多燒嘴同向頂置下噴1）. 燒嘴頂置下噴在德國黑水泵廠的氣化爐有過實際運轉(zhuǎn)經(jīng)驗。2）.

14、 將引燃燒嘴和煤粉燒嘴分開使得燒嘴結(jié)構(gòu)較簡單，降低故障率。3）. 燒嘴頂置下噴的方案可以使高溫粗氣及灰渣方向流向相同以確保燃燒室排渣順暢， 可以克服氣渣上下分流工藝的固有排渣困難。4）. 燒嘴同向布置可以克服對置燒嘴間相互磨蝕的問題，5）. 多噴嘴布置保證了粉煤在反應空間分布均勻，流場形成比單噴嘴方案要好。6）. 多噴嘴方案可在開車過程實現(xiàn)各個燒嘴先后點火，開車過程中就能夠完全配合后續(xù)設(shè)備合成氣需求逐步升量的方案。7）. 多噴嘴方案的負荷調(diào)節(jié)余地比單噴嘴方案要大。而且放大更為容易。2000噸以上投煤量的氣化爐基本上很難使用用單噴嘴方案。8）. 如某一燒嘴故障，系統(tǒng)還可短時間繼續(xù)運行，以排除故障

15、帶壓連投。（E） CCG技術(shù)與其他技術(shù)的比較以下是某化工設(shè)計院所做的水煤漿氣化技術(shù)、干粉煤廢鍋氣化技術(shù)及科林CCG氣化工藝比較：序號項 目干粉煤廢鍋氣化水煤漿加壓氣化科林CCG技術(shù)1原料的適應性適應各種煤適應成漿性好，灰熔點低的各種煤適應各種煤、油、氣2每1000 Nm3有效氣耗煤0.69 t0.72t0.69 t3每1000 Nm3有效氣耗氧330 Nm3389 Nm3330 Nm34氣化溫度140017001300 1500140017005氣化壓力4.0 MPa8.54 MPa4.0 MPa6氣化爐配置單爐需有備用爐單爐或多爐7單爐燒嘴配置多組對置單個頂置或多個對置頂置8氣化爐結(jié)構(gòu)水冷壁

16、耐火襯里水冷壁9熱回收廢鍋、水冷壁廢鍋或激冷激冷10煤氣除塵冷煤氣激冷，過濾，洗滌洗滌洗滌11主要易損件高溫過濾器，燒嘴耐火襯里，燒嘴燒嘴12輸煤方式氣體壓送水煤漿泵送氣體壓送13單爐連續(xù)運行周期1年34個月1年14磨煤方法干磨同時干燥濕磨干磨同時干燥15氣體與爐渣流向逆流順流順流16國產(chǎn)化水平關(guān)鍵設(shè)備引進國產(chǎn)化率高國產(chǎn)化率高17工業(yè)應用業(yè)績國外已成功用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，國內(nèi)已用于合成氨和甲醇生產(chǎn)國內(nèi)外已成功用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、合成氨和甲醇等國外已成功用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和甲醇等18投資比較150-170%90%-110%100%水煤漿氣化工藝、干粉煤廢鍋氣化工藝與科林CCG氣化工藝氣化室出口處的典型

17、氣體成份如下：序號組成（V%）水煤漿干粉煤廢鍋氣化CCG1H230.326.723.762CO39.763.370.073CO210.81.54.034CH40.10.00.005H2S1.01.316N20.74.11.147Ar0.91.1-8H2O16.52.0- 綜合以上分析，這三種氣流床氣化工藝都是很好的煤氣化技術(shù)。但干粉煤廢鍋氣化氣化效率較高，煤種適應性強。 但其工藝流程長，設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，國產(chǎn)化率低，設(shè)備運輸和安裝難度大，建設(shè)周期長；一次投資大；干法過濾器的使用壽命短。進入中國時間較短，在國內(nèi)開車還不太順利。 水煤漿氣化工藝開發(fā)和進入中國的時間較早，在國內(nèi)外的合成氣生產(chǎn)中得到了更加

18、廣泛的應用，可靠性更高，在技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計、設(shè)備制造、工程建設(shè)、生產(chǎn)管理和運行操作等方面，積累了豐富的經(jīng)驗，設(shè)備的國產(chǎn)率高，國內(nèi)的技術(shù)支持性更好，裝置的建設(shè)投資較低；但存在耐火磚和燒嘴連續(xù)使用壽命短，氣化爐難以長周期連續(xù)運行，煤種的適應性相對較差。 CCG粉煤氣化工藝與干粉煤廢鍋氣化粉煤氣化工藝相比，兩者采用的都是水冷壁，干粉煤進料，有效氣含量相當；煤種適應性、氧氣消耗、碳轉(zhuǎn)化率、熱效率等方面，基本一致，能耗相近；建設(shè)投資較??；建設(shè)周期稍短。與水煤漿相比，氣化后工藝流程相似（激冷流程），更適合生產(chǎn)氨和醇需要的合成氣；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單；煤種的適應性更寬；煤、水、電耗量少；連續(xù)運行的時間長；總的來說

19、 CCG煤氣化技術(shù)效率和消耗基本與干煤粉廢鍋技術(shù)相同，優(yōu)于水煤漿技術(shù)，但其投資卻接近水煤漿技術(shù)，大大低于干煤粉廢鍋技術(shù)。可以說CCG兼有其他兩種氣化技術(shù)的優(yōu)點。（F） CCG氣化爐的應用業(yè)績i 黑水泵廠粉煤氣流床氣化爐日投煤量720噸，煤種為褐煤。 用作城市燃氣。從1984年運行到1990年。1990年東西德合并，東德城市燃氣改為天然氣，故原黑水泵廠改造成為綜合物料處理中心， 其粉煤氣化裝置改為漿體進料，用于處理液態(tài)有機廢料，產(chǎn)生的合成氣用于75MWIGCC發(fā)電并聯(lián)產(chǎn)12萬噸甲醇。ii 兗礦貴州開陽項目于2007年8月底科林與兗礦貴州開陽化工公司的年產(chǎn)50萬噸的合成氨項目簽訂技術(shù)轉(zhuǎn)讓、工藝包設(shè)

20、計和燒嘴供應合同。 該項目位于貴州開陽縣境內(nèi)，采用兩臺日投煤量為1500噸的CCG氣化爐。氣化爐由業(yè)主自行招標委托大連金州重型機械廠制造，將于2010年三季度完工。該項目將于2011年6月試車。該項目氣化島（含磨煤干燥，氣化激冷，灰水處理和氣體洗滌）總投資不超過5億人民幣。 4. 科林工業(yè)集團在煤氣化業(yè)務方面的優(yōu)勢（A） 人力資源科林是前東德燃料研究所和黑水泵廠最大的后裔單位?？屏止景l(fā)起人、科林主要的技術(shù)團隊、研發(fā)團隊大部分來源于黑水泵氣化廠和前德國燃料研究所。2008年，黑水泵廠清算解散，科林由于自身在建設(shè)生物質(zhì)氣化示范裝置，所以又接收了大量的工廠操作人員。也就是說，科林擁有氣化技術(shù)方面的大批擁有Know-How（專有技術(shù)）的人員。他們具有40余年研發(fā)、設(shè)計、制造、運轉(zhuǎn)方面的理論和實踐經(jīng)驗。他們是科林公司最寶貴的財富。（B） 設(shè)備制造能力科林全資擁有的科林設(shè)備制造公司（CHOR