科林CCG粉煤气化技术特点及应用.docx

科林 ccg 粉煤气化技术特点及应用贾彧智（德国科林工业技术有限责任公司，北京 100004）摘 要：介绍了科林 ccg 粉煤气化技术的特点及贵州开阳化工公司气化装置试车情况；科林 ccg 气化炉以贵州当地高硫、高灰分和高灰熔点煤为原料，实现了煤炭清洁转化，为我国劣 质“三高”煤综合高效利用开辟了一条新的途径。关键词：煤气化；水冷壁；多喷嘴；高硫煤；灰分；灰熔点中图分类号：tq546文献标识码：a文章编号：1005-8397（2014）08-0040-04德国科林工业技术有限责任公司在干粉煤气流床气化技术领域拥有四十多年的研发、设计、 制造、建设及运行经验，拥有科林 ccg 粉煤气化 技术独立完整的知识产权及工业解决方案。科林的创始人是前德国燃料研究所研发部部 长 wolf 博士，其核心技术团队来自于前德国燃料 研究所及黑水泵气化厂。20 世纪 90 年代，wolf 博士与其同事共同创立了科林，并在黑水泵气化 厂 200mw 工业化装置的基础上完成了 ccg 粉煤 气化技术的研发工作。工艺蒸汽氧气合成气工艺 冷凝液常压煤 粉仓煤粉 锁斗气 化 炉洗 涤 塔文丘里煤炭灰水 利用破碎锁斗煤粉 给料罐黑水处理磨煤机渣捞渣机废水 滤饼 释放气图 1 科林 ccg 粉煤气化技术工艺流程2 科林 ccg 气化炉结构1 科林 ccg 气化工艺流程气化炉由烧嘴、燃烧室、激冷室、水冷壁、外壳等部分组成。图2 为科林ccg 气化炉。2.1烧 嘴ccg 气化炉为多喷嘴顶置形式，分为引燃烧 嘴和煤粉烧嘴。在开车和停车时候，利用液化气 混合氮气作为引燃烧嘴的燃气。在气化炉运行过 程中，出于安全的考虑，引燃烧嘴在较小的功率 下运行（长明灯）。可以利用循环回送的合成气 作为引燃烧嘴的燃料。由于长明灯反应放热也是 气化反应所需要的，所以并不会造成额外的能量 损耗。科林ccg 烧嘴分布见图3。德国科林 ccg 粉煤气化技术是干法粉煤加压进料，以氧气作为氧化剂并通过液态排渣的煤气 化技术。该技术工艺主要包括 ：煤粉输送系统、 气化与激冷系统、合成气净化系统、排渣系统及 黑水处理系统。科林 ccg 粉煤气化技术工艺流程 示于图1。收稿日期 ：2014-07-31作者简介 ：贾!智（1982），男，重庆人，2006 年毕业于英国 伦敦帝国理工大学机械工程系，理学硕士，德国科林工业技术有限 责任公司北京代表处首席代表。贾彧智：科林 ccg 粉煤气化技术特点及应用412014 年第 8 期3 科林 ccg 气化技术特点及优势3.1煤种适应性广（1）粉煤气化技术克服了部分煤种难以制浆 的问题，可避免将大量的水带入气化炉，且气化 效率、碳转化率等指标高。（2）可以气化无烟煤、烟煤、褐煤等煤种。 科林气化技术在贵州开阳化工的项目是应用贵州 本地高灰分、高灰熔点、高硫煤种，即“三高煤”， 的最好例证。而最早在德国黑水泵厂的 200 mw 粉煤气化炉应用的是德国本地的褐煤。（3）德国科林公司拥有完整的煤种数据库和 气化用煤的理论体系，能够针对该项目的不同煤 种提供多种配煤或配灰方案。3.2水冷壁结构（1）这种结构寿命长，检修少，无需耐火砖， 在线率高。水冷壁的寿命可达 25 a，每半年检修一 次。（2）采用水冷壁结构在开停车时不存在热壁 炉的烘炉问题，从冷态开车到满负荷仅需要 1 h， 可以快速响应下游对合成气需求。（3）采用水冷壁进行以渣抗渣，气化反应的 温度可以较高，不会对炉体有所损害，而对于热 壁炉则需要考虑气化温度对耐火材料的影响。故 水冷壁气化炉可以气化灰熔点较高的煤种，进一 步提高了煤种的适应性。3.3多烧嘴顶置下喷（1）多喷嘴布置保证了粉煤在反应空间分布 均匀，流场分布更加合理，在相同的气化温度下， 与单喷嘴相比可以实现更高的碳转化率。（2）多喷嘴结构可以更好地实现气化炉内壁 挂渣，尤其在气化炉顶部可以形成较好的渣层。 良好的挂渣是保证气化炉较高操作温度的前提， 科林气化炉可以直接气化灰熔点在1 500的贵州 “三高煤”正是基于这一点。（3）烧嘴顶置下喷的方案可以使高温粗气及 灰渣流向相同，以确保燃烧室排渣顺畅。 可以克 服气渣上下分流工艺固有的排渣困难，烧嘴同向 布置可以克服对置烧嘴间相互磨蚀的问题。（4）多喷嘴方案的负荷调节余地比单喷嘴方 案要大，更有利于气化炉的大型化。图 2 科林 ccg 气化炉工艺烧嘴点火烧嘴图 3 科林 ccg 烧嘴分布2.2燃烧室煤粉、氧气和水蒸气通过烧嘴进入燃烧室， 发生部分氧化反应。燃烧室是由齿形蛇管卷水冷 壁围成的圆柱形空间, 上部为烧嘴, 下部为排渣口, 原料与氧气、水蒸气的气化反应就在此空腔内进 行。第一次开车后水冷壁被挂上一层渣，在后续 运行中利用以渣抗渣的原理保护水冷壁。2.3激冷室激冷室位于气化炉的下部，高温粗煤气和熔 渣从气化室下部一个喇叭形的排渣口通过激冷环 及下降管进入激冷室液面以下 , 高温合成气在激 冷室内水浴洗涤，而后经破泡条出气化炉激冷室， 进入下游文丘里及炭洗塔继续精洗，冷却后的灰 渣经过锁斗排出系统。42煤炭加工与综合利用2014 年第 8 期3.4 投资运行费用低（1）开、停车操作方便，从冷态点火开车到 满负荷可控制在 2 h 以内，热备开车可在 0.5 h 内 实现。（2）科林气化炉可以在 3.8 mpa 压力下实现50% 110% 的负荷调节。原始开车时，直接在3.8 mpa 压力下半负荷投煤生产，产生的合成气 直接送往变换装置，避免了低压投料产生大量合 成气放空问题，可以大大节约开车阶段的消耗成 本。（3）根据项目规模，可提供投煤量从 750 t/d 到 3 000 t/d 的不同气化炉设计，气化炉已完全实 现国产化，整个装置的投资建设成本较低。3.5 节能环保性好气化装置固体排放物中 70% 是粗渣。粗渣中 的残炭量可控制在 1% 左右。灰渣由于经过高温 煅烧，热阻系数大，是优良的建筑隔热材料。细 灰占气化装置固体排放物的 30%，由于产量相对 小，可直接掺混到电厂燃料煤中。在废水排放方面，由于气化温度高，渣水 系统中不含苯、酚等大分子物质。在贵州开阳 公司，气化废水中的 cod 平均值小于 150 mg/l， nh3-n 平均值小于 50 mg/l，灰水的平均浊度仅 有 15 mg/l，一套气化装置的平均连续外排水量 约25 m3/h。化工公司气化工艺设计煤种性能指标见表1。表 1 贵州开阳化工公司气化工艺设计煤种性能指标2 3222* ：由工程师在现场估算。项目于 2010 年底动工建设，2012 年 6 月气化 装置机械竣工。2012 年 6 月转入联动试车阶段。 期间，主要解决了磨机震动、煤粉流量调控、煤 粉流动不畅、固体质量流量计标定、逻辑顺控及 安全联锁优化等问题，为后期的化工投料顺利 开展奠定了良好的基础。开阳化工公司气化装置 性能指标见表 2。2012 年 10 月，气化炉转入投料 试车阶段 ；10 月 25 日，气化炉点火成功 ；31 日， 气化炉成功投煤。2013 年 1 月 21 日，a 炉连续运 行109 h，并打通全流程，顺利产出合成氨。开阳 化工公司合成气成分分析结果见表 3。该阶段解 决的主要问题，包括点火开工烧嘴的点火成功率 过低、气化炉压力调控、灰水水质差等。开阳化 工灰水水样分析结果见表 4。2013 年 3 月转入试 生产阶段。期间，主要完成了合成气初步净化系 统的优化和指标调整，对部分设备进行了改造， 强化了合成气的除尘能力。试生产阶段最长运行 记录为 41 d。2013 年 8 月至今，气化装置进入连 续运行阶段。其中 810 月份，单炉连续运行超 过110 d。气化炉可实现118负荷下正常运行。2013 年 912 月对合成气出口含尘量进行了 检测，检测结果见表 5。实际运行中，合成气对 后续变换催化剂没有任何影响。开阳化工公司催 化剂 / 滤饼分析结果见表 6。2013 年 5 月 16 日和 5 月 17 日，与压滤机取样（表 6）同时在捞渣机处 取样分析，所得结果为含可燃物为 0 和 1.5%，含4 贵州开阳化工公司 ccg 气化炉开车情况贵州开阳化工有限公司位于贵州省贵阳市开阳县，是由兖矿集团与贵州开磷集团共同投资建 设的50 万t/a 合成氨项目。2007 年7 月，科林公司、 兖矿集团、开阳化工三方签署工艺包许可合同， 德国科林公司提供了技术许可、工艺包设计、专 有设备及部件的供货。贵州开阳化工公司使用煤种为本地“三高” 劣质煤（高灰分、高灰熔点、高硫分），其灰熔 点为1 500 ，平均灰分26%，硫质量分数大于3%， 钾钠氧化物平均质量分数超过 4%。科林 ccg 气 化技术是目前世界上首套成功以“三高煤”为单 一入炉设计煤种且实现长周期稳定运行的大型气 流床气化技术。为贵州当地，甚至全国“三高” 劣质煤的综合高效利用，开创了先例。贵州开阳项 目指 标项目指 标工业分析 ：水分 /%2.2 灰分 /%26.67 挥发分 /%6.42 固定碳 /%64.71元素分析 ：w（c）/%63.69 w（h）/%2.52 w（n）/%0.9 w（s）/%3.14 w（o）/%0.88 w（cl）*/%0.012 w（as）/gg-10.8 w（f）/ gg-1366灰熔性 ：初变温度 / 1 090 软化温度 / 1 350 流动温度 / 1 420灰分分析（干基）：sio2 /% 44.66al o /% 28.35fe2o3 /% 12.84cao /% 2.77mgo /% 0.92so3 /% 1.32tio /% 1.58k o /% 3.52na o /% 0.79mno2 /% 0.035432014 年第 8 期贾彧智：科林 ccg 粉煤气化技术特点及应用全水13.01%和10.16%。目前对该指标已经不再检测。表 2 开阳化工公司气化装置性能指标表 3 开阳化工公司合成气成分分析结果 %取样号（co）（h2）（n2）（h2s）（co2）项 目性能指标123460.831.261.160.829.028.427.526.66.05.65.96.71.11.11.11.23.73.74.34.7气化温度 /投煤量 /td-1 碳转化率 /% 冷煤气效率 /% 合成气有效气体积分数 /%1 550 1 650 1200 98 7986 91 350 580 粗渣 60 80， 细渣 20 400 225 35表 4 开阳化工公司灰水水样分析结果 *比氧耗 /m3o 1 000 m3（co+h ）-122nh -n/cod/悬浮物 /mgl-1浊度 /mgl-13比煤耗 / kg1 000 m3（co+h ）-1分析指标ph2mgl-1mgl-1灰渣比 /%最大值最小值 平均值7.235.596.93105105637.962.1314.2260.6121.5042.1120479145粗渣含碳量 /%细渣含碳量 /%* ：两台气化装置排水量小于 50 t/h。 表 5 开阳化工公司出口合成气尘含量检测结果表 6 开阳化工公司催化剂 / 滤饼分析结果项 目5 月 16 日取样5 月 17 日取样 挥发分 /%灰分 /% 全水 /% 内水 /% 固定碳 /% 热值 /kjkg-11.4470.2745.800.4527.844 480.831.3979.6236.030.3918.603 640.985 结 语是生产化工产品的基本原料，可用于生产合成氨、醇、醚、烃类、合成天然气等高附加值化工产品， 以及汽、柴油燃料，可有效替代传统石油天然气 化工产品，为我国的化工生产和能源安全提供一 种切实可行的替代选择，为客户打造下游产业链 奠定良好基础。科林 ccg 粉煤气化技术是世界领先的环保节能煤气化技术，是现代煤化工产业的核心工艺技 术。采用该气化工艺，可以把价格低廉、直接燃 烧会污染较大的煤、石油焦等原料转化为清洁的、 高附加值的有效气，即一氧化碳与氢气。有效气广安甲醇制芳烃项目开工建设8 月 21 日，落户四川广安经开区新桥园区的甲醇 (2817, 11.00, 0.39%) 制芳烃项目举行了隆重的开工仪式。这标志着经开区完成了向小平同志 110 周年诞辰献礼的开工建设任务，这也是经开区“规划项目抓招商，意向项目抓签约，签约项目抓落地，落 地项目抓开工，开工项目抓进度，建成项目抓投产，投产项目抓效益”的“七抓”产业发展的重要体现。该项目由重庆安汉投资有限公司建设，项目总投资 4.1 亿元，占地 120 亩，主要建设 14 万 t/a 甲醇制混合芳烃、11 万 t/a 高清洁 汽油和 3 万 t/a 液化气生产线。项目分两期建设 ：一期项目投资 1.1 亿元，主要建设 4 万 t/a 甲醇制混合芳烃和 1.5 万 t/a 液化气项目， 预计 2015 年 3 月建成投产，可实现年产值约 5 亿元，年创税 1 500 万元以上 ；二期项目投资 3 亿元，甲醇制混合芳烃项目规模扩大 至 14 万 t/a，将液化气项目规模扩大至 3 万 t/a，增建 11 万 t/a 的高清洁汽油，预计 2015 年底全面建成投产。一、二期项目全部建成达产后可实现年产值约 15 亿元，年创税 5 000 万元以上。（转自 ：中国经济网 2014年8月 22 日）a 炉b 炉日期含尘量 /mgm-3日期含尘量 /mgm-32013-09-120.372013-09-140.582013-09-170.862013-11-300.162013-12-170.322013-12-180.222013-09-090.342013-09-100.562013-09-110.662013-12-140.652013-12-150.592013-12-170.32the development situation of china coal deep processingindustry and its situation analysishan hong-mei(npcpi，beijing 100013，china)the features of choren coal gasification (ccg)technology and its applicationsjia yu-zhi(choren industrietechnik gmbh, beijing 100004，china)abstract:the paper firstly summarizes the projectprocess of china coal deep processing industry, including coal-to-natural gas, coal-to-oil, coal-to-olefin, coal-to-glycol, coal-to-arene, coal-to-methanol, coal-to-nitrogenous fertilizer, coal-to-calcium carbide, coke and other businesses, and then analyzes the development situation of coal deep processing industry in china from 7 aspects, thereby pointing out the develop priorities of china coal deep processing industry.keywords: coal deep processing; industrial development;project process; analysis of future situationabstract:the paper is to introduce the features ofchoren coal gasification (ccg) technology and the trial run of gasification equipment in guizhou kaiyang chemical company. choren coal gasification (ccg) furnace takes coals with high-sulfur, high-ash and high ash melting point at the local place as raw material and achieves clean conversion of coal, which opens up a new way for high efficiency and comprehensive utilization of “tri-high” coal in china.keywords: coal gasification; water cooled wall; multiinjector; high sulfur coal; ash content; ash melting pointthe process of coal-to-oil project in chinaproblems occurred in early start-up of texacosgasification furnace and its solutionswang zhong-yin(industrial economic research institute, xuzhou mininggroup co., ltd, xuzhou, jiangsu 221006，china)abstract: the paper analyzes the market, industrial policies and process of coal-to-oil project in china and the current situation of coal-to-oil projects been put into production or under construction.keywords: coal-to-oil; policy; demonstrative project;market; performance; predictionmeng hong-wei(sinopec changcheng energy and chemical (ningxia) co., ltd, ningdong, ningxia 750411，china)abstract:some problems occurred in early start-up oftexacos gasification equipment for sinopec changcheng energy and chemical (ningxia) co., ltd, they have seriously affected the safety, stability and long-term operation of the system. the paper analyzes the existing problems, puts forward some solutions and gets a good effect in actual production.keywords: texaco; gasification furnace; start-up;technical measurereflection and practice on coal chemical engineeringsewage treatment of china coalxu zhen-gang et al.(coal chemical research institute, china national coalgroup corp., beijing 100120，china)problems and upgrading direction of brown coalabstract: the paper is to set forth that when buildingcoal chemical engineering project in the west area, the coal chemical engineeringsewage treatmentmust achieve near zero discharge in accordance with the sewage quality of coal chemical engineering, enterprise surroundings and policy background. the paper introduces technical route of near zero discharge to be as “classifying treatment of sewage +concentration increase