恩德粉煤气化装置运行总结

1、恩德粉煤气化装置运行总结吉林长山化肥集团长达有限公司马清泉姜天夫1 发展历史恩德粉煤气化技术是在温克勒气化技术基础上,经过多次技术改造而逐步发展起来的。温克勒气化技术早在20世纪三四十年代先后在德国、日本、前苏联、印度、捷克、西班牙等国家用来大规模生产半水煤气以制取氢气、生产甲醇和合成氨原料气或城市燃气。我国吉林化肥厂和兰州化肥厂也于20世纪50年代从前苏联引进了温克勒气化炉用于生产合成氨和甲醇。但温克勒炉在生产中存在两个突出问题:炉箅使用效果不好,在生产过程中经常会出现炉底局部超温、结渣、偏炉现象,缩短了生产周期,运转率仅为68%;炉顶带出物较多,碳利用率低。针对这两个问题,朝鲜“七七”化工

2、厂在温克勒炉基础上进行了改造:取消了炉箅,改用喷嘴向炉内送风;炉底出灰由圆盘出灰机改为两台螺旋排灰机;气化炉出口增加了旋风除尘器,分离出的固体颗粒通过回流管依靠重力白行返回气化炉,解决了带出物较多和碳利用率低等问题,延长了废热锅炉的使用寿命。经过30多年的生产实践和不断改造,形成了具有自己特点的实用新型粉煤气化技术。2 特点和优势(1煤种适应性较宽恩德粉煤气化炉适用于褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结煤,仅对煤的活性和灰熔点有一定的要求,对灰分、煤的粒度等要求不高,因此气化煤种较易寻找。与国内、外其它技术相比,只有Shell粉煤气化工艺的煤种适应性强于恩德粉煤气化技术。与固定层煤气化技术相比,原料煤种

3、大大拓宽,加上脱硫措施后,还可适用于高硫煤气化。(2气化效率高,气体质量符合要求恩德粉煤气化炉的气化效率达76%,虽达不到德士古煤气化和Shell粉煤气化技术水平,但高于固定层气化炉,与鲁奇煤气化炉相当。气体成分中有效气(CO+H2体积分数达69%70%,最高可达76%以上,甲烷体积分数2%3%,对生产城市煤气有利,但对生产合成气不利。国内现有相应技术已可以减少甲烷对后系统的影响,如合成系统加大弛放气量、采用膜分离或变压吸附回收氢、采用变压吸附脱碳等。(3技术成熟可靠,开工率高,操作弹性大该技术在朝鲜有30多年的大规模工业化运行经验,在我国已有多套装置投入运行,且在制取合成气领域有运行经验,成

4、熟程度上与德士古、Shell粉煤气化处于同一水平,高于国内正在开发的粉煤气化技术。从实际运行效果看,该气化炉操作弹性大(40%110%,开停车容易(30 min内可达正常,操作简单;设备结构简单,容易制造;气化炉直立、常压,外筒由普通钢板现场焊制,内部衬有普通耐火材料;煤和气化剂入炉部件为单一白钢直管;加料与排渣使用普通螺旋供煤机;故障率低,年开工率可达98%99%。(4三废处理简单,对环境影响小恩德炉在三废处理上与德士古和Shell粉煤气化类似,无焦油、酚类等产生,无需复杂的三废处理设施。该技术采用连续气化的方式,与间歇气化炉相比,消除了吹风气的污染。该气化炉的炉渣含碳低,长化集团的恩德炉灰

5、渣中残碳质量分数在4%5%。(5投资省,运行费用低恩德炉技术设备已完全实现了国产化,投资较少。以制取40 000m3/h(标态合成气的气化炉为例,恩德粉煤气化炉投资仅为2 344万元,德士古水煤浆气化炉投资约为7 800万元,鲁奇煤气化炉投资约4 500万元,恩德粉煤气化炉投资仅为引进气化炉的30%50%(以上报价均为2004年价格。从操作费用来看,德士古煤气化有水煤浆制备工序、灰水分离工序、气化炉喷嘴及耐火砖需定期更换;Shell粉煤气化有磨煤及干燥工序、陶瓷过滤器需定期更换;鲁奇加压气化有废水处理工序,增加了操作费用。恩德粉煤气化是常压气化,气化炉为空筒设备,内部没有气体分布装置,运转设备

6、只有给煤机和排渣机,并可多台互备,装置操作弹性大,操作温度低且波动小,粉煤可直接入炉,气化炉无转动及磨损部件,降低了操作费用。其不足之处是合成气需加压,增加了部分操作费用,煤的利用率也低于德士古气化和Shell粉煤气化。但我国部分地区的煤价较低,牺牲部分气化效率和压缩功耗,取得较好的综合效益是合理的。3 恩德煤气化工艺流程简述长化集团恩德煤气化工艺流程包括以下几个系统。(1上煤系统粉煤通过皮带输送机进入粉煤漏斗,借助于螺旋输送机经过气动斗笠阀进入贮煤槽。入炉煤水分质量分数8%,粒度10 mm,粒度>1015 mm的煤的质量分数3%。贮煤槽中的粉煤通过3台螺旋供煤机进入煤气发生炉,供煤量由

7、变频器调节供煤机旋转数控制。贮煤槽上、下部分别施加0.03 MPa的安全氮气,以防止发生炉内煤气倒流。(2煤气发生炉系统利用螺旋供煤机送入煤气发生炉内的粉煤通过气化剂(富氧空气、蒸汽使其处于流化状态。纯氧气与空气在富氧空气鼓风机入口混合后,升压至3540 kPa。富氧空气与蒸汽在混合器进行混合后,通过设在发生炉下部的6个下喷嘴和设在上部的24个上喷嘴进入发生炉。发生炉中部的炉温为9501 050,下部压力为1417kPa;上部的炉温约为950,压力为1214 kPa。在上述条件下,发生炉内的粉煤和气化剂、蒸汽经过复杂的分解、氧化、还原等化学反应而生成煤气。生成的煤气与未反应的碳及灰分从发生炉上

8、部进入干式旋风分离器,回收的未反应的煤粉经过回流管返回发生炉进行二次气化。出旋风分离器的煤气进入废热锅炉。积存于发生炉底部的灰渣通过2台螺旋排灰机进入贮灰槽。在螺旋排灰机与排灰管之间设有连接短管,管内充入安全氮气,以防发生炉煤气外泄。发生炉排出的灰渣温度很高,为了保护螺旋排灰机并降低灰渣温度,螺旋排灰机的螺杆与外壳均加入冷却水。贮灰槽内灰渣的温度为600700,加水冷却至200以下后排入下灰车。(3利用废热的蒸汽生产系统进废热锅炉的煤气温度为880930,利用显热生产蒸汽,换热后煤气温度降至350。废热锅炉产生压力为3.82 MPa(表压饱和蒸汽,产量为1827 t /h。供给废热锅炉的软化水

9、温度100,压力5.0MPa(表压,脱氧在废热锅炉内的预热器预热后进入上部汽包,然后通过垂直式降水管向下流动并与煤气进行热交换而产生蒸汽。废热锅炉装置通过3只水封器去除煤气中的粉尘,然后随循环水送入水平沉淀池中去除固形物和悬浮物,水循环使用。(4煤气洗涤系统出废热锅炉的煤气进入冷却塔和洗涤塔,再经过二级串联的文丘里洗涤器进一步除尘。废热锅炉出口的煤气含尘量6065 g/m3(标态,净化系统总出口煤气含尘量150400 mg/m3(标态,出口压力7 kPa。(5生产控制生产过程采用集中与就地相结合的控制方式。主要的工艺参数进入中心控制室,在DCS上显示和控制,与设备运行状态有关的参数均在现场就地

10、实施显示控制,而发生炉的工艺参数,如富氧空气、蒸汽、出炉煤气温度等,在DCS上指示或调节。实施上述控制方案,有利于生产管理中各工序的协调和生产控制。4 消耗定额及设备消耗定额见表1,主要设备见表2,购入件及标准设备见表3。5 装置投资及建设情况长化集团2套40 000 m3/h(标态恩德粉煤气化装置投资6 000万元(不包括干燥及污水处理设施,其中设备投资3 000万元,工艺和土建安装费1 500万元,材料费1 500万元。建设工期(土建及设备安装施工8个月,设备吹除试压、单体试车至负载联动试车为35d,其中烘炉7d。每套气化装置占地面积1000 m2(不包括污水处理及上煤栈桥的占地面积。6

11、消耗情况及经济技术指标(1灰渣中平均含碳质量分数4%5%,全硫质量分数0.05%。(2干煤气组分中有效气(CO+H2体积分数平均为71.0%左右,CH4体积分数2.6%。(3煤气中粉尘平均含量150 mg/m3(标态。(4干煤气产率1.48m3/kg(标态。(5气化强度1 036kg/(m2h。(6碳转化率87%。(7蒸汽分解率38%42%。(8气化效率72%。(91 000m3(标态煤气消耗:煤0.875t,氧气280m3(标态,蒸汽140 kg。(101 000 m3(标态有效气(CO+H2消耗:煤1.25 t,氧气400m3/(标态,蒸汽200kg。7 恩德粉煤气化原料煤采购指标说明(1

12、煤种褐煤、不粘结煤、弱粘结煤、长焰煤都可用作气化煤。(2原料指标全水分质量分数<30%;灰分质量分数10%30%;低位发热量>14.5 MJ/kg;粘结指数4;灰熔点1 250;反应活性(95065%;原煤粒度50mm。(3注意事项水分质量分数大于30%的煤应建干燥装置,但影响经济性,水分越低越好。低位发热量影响经济性,若其它指标满足要求,此指标越高越好。灰分影响经济性,此指标低一些好。粘结指数、灰熔点、反应活性是关键指标,只有同时满足这3个指标,才可确定该煤可用。8 恩德粉煤气化技术的缺点(1与其它先进气流床技术相比,碳的利用率较低。根据使用情况,约有占入炉煤质量分数10%15%的固体物随煤气带出,造成煤耗偏高及煤气中粉尘含量较高。(2煤气中CH4含量偏高,干煤气分析样中CH4体积分数为2.5%3.0%。煤气中含有微量芳香族有机物质,这些物质易在冷却器内积累,造成系统阻力增加。主要原因是受气化形式限制,反应温度较低,原料煤中挥发性物质没有充分裂解与燃烧。(3煤气成分受煤质影响较大。(4煤气粉尘易在激冷塔内结垢,需定期清理(包括煤气洗涤部分各水封。(5炉内煤气易通过供煤机窜入贮煤槽内,贮煤槽上部虽充入安全氮气但效果不好,造成贮煤槽上部可燃气含量超标。(6洗涤