《气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发》.doc

气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发于广锁, 刘海峰, 周志杰, 王亦飞, 王辅臣, 龚欣, 于遵宏(华东理工大学洁净煤技术研究所,上海 200237) 2005-09-16煤炭气化是对煤炭进行化学加工以实现煤炭洁净利用的关键。气流床煤气化技术是现在最清洁的煤利用技术之一，主要包括：以水煤浆为原料的GE(Texaco)、Global E-Gas气化炉和以干粉煤为原料的Shell、Prenflo、Noell气化炉［1］。在新型煤化工和能源转化技术中，煤气化都起有重要作用，特别是在我国，煤气化具有作为原料气和燃料气的双重市场需求，被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等行业和煤气生产企业。 1国外技术现状和发展趋势 1.1? 技术现状 1.1.1? GE(Texaco)气化炉美国Texaco公司(2005年5月气化部分被GE收购)开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，液态排渣，煤气有效成分（CO＋H2）为80%(体积分数)左右，不含焦油、酚等有机物质，碳转化率96%～99%，气化强度大，炉子结构简单，煤适应范围较宽。目前Texaco的最大商业装置是Tampa电站，于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2 000～2 400 t，气化压力为2.8 MPa，冷煤气效率约76%。喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。更大尺寸Texaco气化炉提高碳转化率的方案为：增加气化炉的停留时间；气化炉直径给定下增加长径比。Texaco水煤浆气化技术自工业化应用以来，先后在世界各地建成多套生产装置，表1为Texaco水煤浆气化技术的应用情况。 从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，由于工程设计和操作经验的不完善，装置还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态。存在的问题主要表现在以下几个方面。◆烧嘴? 烧嘴是Texaco气化工艺的关键，其寿命直接决定着装置的长期、经济运行。目前烧嘴寿命很短，延长烧嘴寿命是亟待解决的一个问题。烧嘴通常都是三通道结构，中间通道走水煤浆，外层和内层通O.2。内层通O.2量小于8%，且无法调节，这使烧嘴和耐火砖寿命、气体组成和碳转化率都受到了影响。◆耐火砖? 耐火砖的寿命对Texaco气化过程也很重要。高温气化炉中，耐火砖在一个较短时间内(6～18个月)就会有较大的毁损。维修费用中耐火砖的更换占了很大份额且换砖大概要花1个多月时间，所以，延长耐火砖的寿命很有必要。◆激冷环? 激冷环也是气化过程中的重要设备。目前仍有不少问题，如激冷室带水、液位保不住、内环易变形、布水缝隙不均匀、下降管易烧坏变形等。 1.1.2? Global E-Gas气化炉已建设两套商业装置：LGTI(1987年运行，1995年停运)与Wabash River(2台炉，一开一备，单炉容量2 500 t/d，2.8 MPa，1995年投运)。炉型类似于K-T，分第一段(水平段)与第二段(垂直段)。第一段两个喷嘴呈180°对置，最高反应温度约1 400 ℃。第二段采用总煤浆量的25%(质量分数)进行冷激，反应温度约1 040 ℃，采用压力螺旋式连续排渣系统。该技术的缺点是：二次水煤浆停留时间短，碳转化率较低；为分离一次煤气中携带的灰渣和二次煤浆的灰渣及残炭设置了一个庞大的分离器；倒T字型炉水平段与竖直段交接处难以承受高压，使该炉型的应用受到限制。如果把倒T字型改为直圆柱型，不仅气化炉的设计和制造费用可以降低，气化炉也可以承受较高的压力。 1.1.3? Shell气化炉用于Buggenum IGCC电站的Shell煤气化技术，其单炉的日处理煤能力为2 000 t。1990年10月开工建设，1993年开车，1994年1月进入为时3年的验证期，目前已处于商业运行阶段，据报道，2003年运转时间仅6 500 h。Shell气化炉壳体直径4.5 m，高30 m，炉衬为水冷壁，总质量500 t，4个喷嘴位于炉子下部同一水平面上，沿圆周均匀布置，借助撞击流以强化热质传递过程，使炉内横截面气速相对趋于均匀。其技术优势在于：进料系统采用的是膜式水冷壁气化炉，可高温(1 700 ℃)气化，原料选择范围较宽，炉内壁采用水冷壁技术，无需耐火砖，节省运行费用；由于是干煤粉进料，不受制浆难易的限制；气化后产生的煤气中CO2含量低，有效气体(CO+H2)的体积分数约90%，氧耗比水煤浆气化低约10%。Shell气化炉膜式水冷壁的设计寿命据说至少为25 a，烧嘴寿命为1 a。其存在的问题主要是：煤粉的干燥、制备、存储和输送、计量系统复杂，易发生故障；需要专门设置高纯度氨气的制备和增压系统，耗电增多，并使空分系统复杂化；密相输送煤