《气流床煤气化技术开发进展》.doc

气流床煤气化技术开发进展赵瑞同，韩 飞，郭宝贵，张鸿林(水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心，山东 滕州 277527 ) 2005-09-160? 前? 言从理论上讲，煤炭气化都可以生产合成气与燃料气，但为了使经济效益最大化，人们在气化技术与气化煤种方面一直不断地寻求改进和开发，从而形成了众多技术流派。气化工艺开发集中于提高气化压力、提高气化炉容量、扩大煤种适应性、环境友好、提高碳转化率、提高气化效率和液态排渣等。主要应用于化工合成、城市煤气生产及联合循环发电。国外新开发的气化炉都采用加压气化，加压气化工艺可提高气化强度、增加单炉产量、节约压缩能耗、减少带出物损失。我国结合引进技术的工业实践，逐步开发出了具有中国特色的煤气化技术，这期间也走了不少弯路。煤气化技术是洁净、高效利用煤炭的重要技术之一，是煤炭化工合成、煤炭直接/间接液化、IGCC技术、燃料电池等高新洁净煤利用技术的先导性技术和核心技术。 1? 国外煤气化技术发展概况煤的气化技术按床型分主要有固定床、流化床、气流床3种。固定床（慢移动床）气化，常见有间歇式气化（UGI）和连续气化（Lurgi）两种。前者用于生产合成气时一定要采用白煤（无烟煤）为原料 ，以降低CH4 含量，国内有4 000台这类气化炉；后者国内有20余台炉子，多用于生产城市煤气。如以烟煤为原料用于生产合成气，则需增加甲烷蒸汽转化工段（如山西潞城的引进装置）。流化床，常见有温克勒（Winkler）、灰熔聚（U-Gas）、循环流化床（CFB）、加压流化床（PFB PFBC的气化部分）等。U-Gas在上海焦化厂（台炉日处理煤120 t）的气化炉于1994年11月开车，迄今运转仍不正常；CFB、PFB可以生产燃料气，但全球尚无生产合成气的先；Winkler已有用于合成气生产的案例，但其对粒度、煤种要求较为严格，甲烷含量较高（0.7%～2.5%），加之设备生产强度较低，已不代表煤气化技术的发展方向。气流床从原料形态分有水煤浆、干煤粉两类；从专利商分有Texaco、Shell（Prenflo）、GSP等。它们都有单炉处理2 000 t煤或更高的业绩，做到了单系列、大型化、加压、高效、洁净，代表了当今煤气化技术的发展方向［2］。这些技术对煤种、煤粒度、含硫可高达4%～5%灰分的要求比较宽松，具有较强的适应能力。下面介绍国外有代表性的3种气流床气化炉。 1.1? Texaco 气化炉Texaco水煤浆气化炉雷同于其1952年开发成功的渣油气化炉，经过1975年、1978年Montebello低压与高压中试装置（激冷流程）以及1978年原西德Oberhausen的RCH/RAG示范装置（废锅流程，日处理煤150 t，4.0 MPa）的考核与经验积累，于1982年建成了TVA装置（日处理煤180 t ，3.6 MPa），1983年又建成了日本UBE装置（日处理煤1 500 t，三开一备，3.6 MPa）以及Cool Water IGCC 电站（日处理煤910 t，2台炉，4.0 MPa），这些装置投运后都取得了成功。目前Texaco最大的商业装置是Tampa电站，属于DOE的CCT-3，1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行。该装置为单炉，日处理煤2 000 t，气化压力为2.8 MPa，氧纯度95%，煤浆浓度68%，冷煤气效率最高76%，净功率250 MW。目前该技术已被GE公司收购。该技术的主要优点是：① 水煤浆制备、输送、计量控制简单、安全、可靠；② 装置的开车率可达85%～90%（有备用炉）。主要缺点是：① 褐煤的制浆浓度约61%，烟煤的制浆浓度为65%～69%，冷煤气效率比干煤粉进料低5～6个百分点；② 喷嘴2个月左右更换一次，费时3～4 h，耐火砖寿命约1 a，更换耐火砖费时1个月左右；③ 该炉型单程碳转化率最高仅为95%。 1.2? Shell气化炉与Texaco气化技术经历相似，20世纪50年代初，Shell开发渣油气化成功，在此基础上，经历了三个阶段：1972年在Amsterdam建设日处理6 t煤装置，至1976年试验煤炭30余种；1978年与德国Krupp-Koppers合作，在Harburg建设日处理150 t煤装置；两家分手后，1978年在美国Houston 的Deer Park建设日处理250 t高硫烟煤或日处理400 t高灰分、高水分褐煤的装置。上述三个阶段历时16 a，至1998年，Shell煤气化技术用于Buggenum IGCC电站。该装置1990年10月开工建造，1993年开车，1994年1月进入为时3 a的验证期，目前已处于商业运行阶段。装置为单炉，日处理煤2 000 t，净功率250 MW，发电效率43.2%(LHV)。Shell气化炉壳体直径约4.5 m，高