幾種煤氣化爐型的比較

1、氣化工藝各有千秋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)2575mm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(duì)大氣污染嚴(yán)重，屬于將逐步淘汰的工藝。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)810mm粒度的無煙煤或焦炭，提高了進(jìn)廠原料利用率，對(duì)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(duì)已有常壓固定層間歇式氣化技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。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

2、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?；胰劬勖簹饣夹g(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?？梢詺饣置?、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(duì)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。恩德粉煤氣化

3、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)活性好。在國內(nèi)已建和在建的裝 置共有13套22臺(tái)氣化爐，已投產(chǎn)的有16臺(tái)。屬流化床氣化爐，床層中部溫度10001050C。 目前最大的氣化爐產(chǎn)氣量為4萬m3/h半水煤氣。缺點(diǎn)是氣化壓力為常壓，單爐氣化能力低， 產(chǎn)品氣中CH4含量高達(dá)%，飛灰量大、對(duì)環(huán)境污染及飛灰堆存和綜合利用問題有待解決。 此技術(shù)適合于就近有褐煤的中小型氮肥廠改變原料路線。水煤漿加壓氣化技術(shù)屬氣流床加壓氣化技術(shù)，原料煤運(yùn)輸、制漿、泵送入爐系統(tǒng)比干粉煤加壓氣化 簡單，安全可靠、投資省。單爐生產(chǎn)能力大，目

4、前國際上最大的氣化爐投煤量為2000t/d， 國內(nèi)已投產(chǎn)的氣化爐能力最大為1000t/d。設(shè)計(jì)中的氣化爐能力最大為1600t/d。對(duì)原料煤 適應(yīng)性較廣，氣煤、煙煤、次煙煤、無煙煤、高硫煤及低灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤、石油焦等均能用 作氣化原料。但要求原料煤含灰量較低、還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)低于1300C，灰渣粘溫特 性好。氣化系統(tǒng)不需要外供過熱蒸汽及輸送氣化用原料煤的N2或CO2。氣化系統(tǒng)總熱效率 高達(dá)94%96%，高于Shell干粉煤氣化熱效率(91%93%)和GSP干粉煤氣化熱效率(88% 92%)。氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，為耐火磚襯里，制造方便、造價(jià)低。煤氣除塵簡單，無需價(jià)格昂 貴的高溫高壓飛灰過濾器，投資

5、省。國外已建成投產(chǎn)6套裝置15臺(tái)氣化爐；國內(nèi)已建成投 產(chǎn)7套裝置21臺(tái)氣化爐，正在建設(shè)、設(shè)計(jì)的還有4套裝置13臺(tái)氣化爐。已建成投產(chǎn)的裝置最終產(chǎn)品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氫氣、CO、燃料氣、 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，各裝置建成投產(chǎn)后，一直連續(xù)穩(wěn)定長周期運(yùn)行。裝備國產(chǎn)化率已達(dá)90%以上， 由于國產(chǎn)化率高、裝置投資較其他加壓氣化裝置都低，有備用氣化爐的水煤漿加壓氣化與不 設(shè)備用氣化爐的干煤粉加壓氣化裝置建設(shè)費(fèi)用的比例大致為Shell法：GSP法：多噴嘴水 煤漿加壓氣化法：GE水煤漿法二():()：。缺點(diǎn)是氣化用原料煤受氣化爐耐火磚襯 里的限制，適宜于氣化低灰熔點(diǎn)的煤；碳轉(zhuǎn)化率較低；比氧耗和比煤耗較高；氣化

6、爐耐火磚 使用壽命較短，一般為12年；氣化爐燒嘴使用壽命較短。7.多元料漿加壓氣化技術(shù)西北化工研究院開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)，屬氣流床單燒嘴下行 制氣。典型的多元料漿組成為含煤60%65%，油料10%15%,水20%30%。筆者認(rèn)為在制 備多元料漿時(shí)摻入油類的辦法不符合當(dāng)前我國氮肥工業(yè)以煤代油改變原料路線的方針，有待 改進(jìn)。8.多噴嘴（四燒嘴）水煤漿加壓氣化技術(shù)由華東理工大學(xué)、兗礦魯南化肥廠、中國天辰化學(xué)工程公司共同開發(fā)。屬氣流床 多燒嘴下行制氣，氣化爐內(nèi)用耐火磚襯里。在山東德州華魯恒生化工股份有限公司建設(shè)1 套氣化壓力為、處理煤750t/d的氣化爐系統(tǒng)，于2005年6月正式投入運(yùn)行

7、，至今運(yùn)轉(zhuǎn)良好。 在山東滕州兗礦國泰化工有限公司建設(shè)2套氣化壓力為、處理煤1150t/d的氣化爐系統(tǒng)，于 2005年7月21日一次投料成功，運(yùn)行至今。以北宿洗精煤為原料氣化，多噴嘴水煤漿加壓 氣化與單燒嘴加壓氣化氣化技術(shù)指標(biāo)見表1。表1多噴嘴氣化與單燒嘴氣化結(jié)果對(duì)比（kg/km3）有效氣成分/%碳轉(zhuǎn)化率/%有效氣比煤耗/m3km-3有效氣比氧耗多噴嘴氣化535314單燒嘴氣化82839698547336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(tái)氣化爐。已順利投產(chǎn)的有3套裝置4臺(tái)氣化爐。在建最大的氣化 爐投煤量為2000t/d，氣化壓力。目

8、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(shí)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。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

9、。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(tái)，其目標(biāo)產(chǎn)品有合成氨、甲醇，氣化壓力。我國引進(jìn)的Shell煤氣化 裝置只設(shè)1臺(tái)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

10、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)。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

11、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(shí)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(duì)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(jí)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(jí)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

12、有限公司30萬t/a甲醇項(xiàng)目。12.四噴嘴對(duì)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(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)。中試裝置投煤能 力為1545t/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13001400C，氣化壓力為，工藝數(shù)據(jù)見表2。表2四噴嘴對(duì)置式干粉煤加壓氣化技術(shù)中試數(shù)據(jù)（kg/km3

13、）碳轉(zhuǎn)冷煤氣有效氣有效氣有效氣有效氣化率/%效率/%比煤耗比氧耗比蒸汽耗/m3km-38993988384530-540300-320110-130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(píng)述評(píng)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(duì)煤種的適應(yīng)性和對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的適用性。建設(shè)煤化工項(xiàng)目必須選

14、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(duì)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(píng)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(píng)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(píng)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(píng)價(jià)?，F(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

15、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(duì)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)

16、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)%1090C1100C1120C1130C61%表44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/m3km-3305305314336氧氣/m3*h 348800488005024053760電/kWh103709000400040005MPa過熱蒸汽/th 12020過熱蒸汽/th一118756一副產(chǎn)蒸汽/th1-130-40-22-22副產(chǎn)蒸汽

17、/th1-20-38-10-10脫氧脫鹽水/th 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54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1CO變換7600760052005200可比項(xiàng)目合計(jì)139

18、7001098009440087400可比項(xiàng)目合計(jì)（含軟件費(fèi)）1462201131279578690172表64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有效氣成本氣化壓力4MPa。碳轉(zhuǎn)率：Shell、GSP、多噴嘴取98%, GE取96%。產(chǎn)合成氣量為16萬Nm3(CO+H2)/h。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：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