关于山西晋城煤气化技术选择的建议

1、张建胜张建胜 教授，博士生导师清华大学热能工程系清华大学-盈德气体煤气化联合研究中心 主任Email: zhang-湖北 潜江2013年9月28 主要内容主要内容n晋城煤特点n水煤浆水冷壁清华炉技术特点n高灰熔点煤经验n晋城煤气化技术选择比较n结论和建议1 1 晋城煤的特点晋城煤的特点2 煤样全水，Mt水分，Mad灰分，Ad挥发分，Vdaf固定碳，FCd成庄矿3原末4.90.7129.4510.3163.28长平矿3原末4.40.5720.1011.7870.49赵庄矿3原末10.00.5626.5813.7563.32寺河矿3原末7.20.8021.138.8771.87凤凰山9原末6.90

2、.9433.629.8859.82凤凰山15原末7.40.6042.3115.5448.73王台矿15洗末6.10.6223.387.9570.53寺河二号井15原末6.10.6221.469.5371.05寺河二号井9原末6.80.9142.6912.3450.24赵庄3原煤 1.3217.9612.04 赵庄15原煤 1.2224.0612.76 晋煤煤质工业分析数据晋煤煤质工业分析数据灰分高、内水少灰分高、内水少u灰分增加1，氧耗增加0.70.8，煤耗增加1.31.5；增加处理灰渣成本。1 晋城煤的特点晋城煤的特点3 晋煤煤质晋煤煤质元素元素分析数据分析数据煤样碳，Cdaf氢，Hdaf氮

3、，Ndaf氧，Odaf全硫，St,d成庄矿3原末90.723.221.334.210.37长平矿3原末90.683.991.433.390.41赵庄矿3原末88.894.131.505.080.30寺河矿3原末91.713.041.233.610.32凤凰山9原末89.952.801.101.333.20凤凰山15原末84.663.330.944.943.54王台矿15洗末90.632.320.673.422.27寺河二号井15原末87.102.860.894.433.70寺河二号井9原末88.483.191.133.911.88赵庄3原煤91.693.991.472.440.38赵庄15原煤

4、89.803.851.142.083.661 晋城煤的特点晋城煤的特点4 晋煤煤质晋煤煤质发热量发热量Qgr,adQgr,dQnet,ar成庄矿3原末24.1024.2722.53长平矿3原末27.9728.1326.16赵庄矿3原末25.3325.4722.13寺河矿3原末27.1227.3424.75凤凰山9原末22.1722.3820.32凤凰山15原末17.7717.8816.02凤凰山(9+15)混洗27.3527.5825.34王台矿15洗末25.7925.9523.88寺河二号井15原末25.7425.9023.74寺河二号井9原末18.5118.6816.90凤凰山9原末浮煤2

5、5.7526.18 凤凰山15原末浮煤24.1824.41 寺河二号井9原末浮煤25.9526.42 1 晋城煤的特点晋城煤的特点5 晋煤煤质晋煤煤质反应性反应性煤样800850900 950 1000 1050 1100成庄矿3原末5.78.812.917.321.932.140.7长平矿3原末5.49.213.320.728.939.954.7赵庄矿3原末6.39.513.521.031.639.949.6寺河矿3原末6.911.515.320.327.438.450.3凤凰山9原末浮煤12.315.317.921.830.042.756.4凤凰山15原末浮煤9.912.117.226.2

6、37.249.161.2凤凰山(9+15)混洗5.37.311.016.326.438.953.5王台矿15洗末4.46.38.816.426.438.448.7寺河二号井15原末7.112.723.333.645.054.061.2寺河二号井9原末浮煤8.812.019.033.247.656.465.2反应性差、转化率低反应性差、转化率低1 晋城煤的特点晋城煤的特点6 晋煤煤质晋煤煤质密度密度矿别煤层密度TRD凤凰山矿9#煤层1.8115#煤层1.82成庄矿3#煤层1.63寺河矿3#煤层1.68赵庄矿3#煤层1.56古书院矿9#煤层1.8415#煤层1.86长平矿3#煤层1.62王台矿15

7、#煤层1.94密度大，影响成浆性密度大，影响成浆性1 晋城煤的特点晋城煤的特点7 晋煤煤质晋煤煤质可磨性可磨性煤样可磨性（HGI）煤样可磨性（HGI）成庄矿3原末46王台矿15洗末36长平矿3原末68寺河二号井15原末36赵庄矿3原末90寺河二号井9原末48凤凰山15原末浮煤34寺河二号井9原末浮煤32凤凰山9原末52寺河矿3原末41凤凰山15原末69东大3原煤36.5-48.5凤凰山(9+15)混洗36中乡3原煤32-41凤凰山9原末浮煤38郑庄煤3原煤40-451 晋城煤的特点晋城煤的特点8 晋煤煤质晋煤煤质灰熔点灰熔点DTSTHTFT寺河15原1346136313871408凤凰山9原1

8、347138413981421凤凰山915混洗1384141314421473凤凰山9洗1418144014521478赵庄矿3原1393144914851511长平矿3原1422149915071520寺河3原1380145215231532成庄矿3原1399150115251540寺河9原1480151715281542王台矿15洗1468157115761579寺河9洗1494154915501550凤凰山15原1550155015501550凤凰山15洗1550 15501550 1550 灰熔点高灰熔点高1 晋城煤的特点晋城煤的特点9 晋煤煤质晋煤煤质成浆性成浆性添加量（干剂/干煤）

9、浓度（wt%）粘度（mpa.s）流动性稳定性（24h）272.33670较好底部软沉淀，少量析水272.10703较好底部软沉淀，少量析水171.82740较好底部软沉淀，少量析水0.568.11810较好底部软沉淀，少量析水0.565.37568较好底部软沉淀，少量析水0.262.91579较好底部软沉淀，少量析水长平沫煤寺河沫煤添加量（干剂/干煤）浓度（wt%）粘度（mpa.s）流动性稳定性（24h）265.6728一般底部软沉淀，少量析水265.47725较好底部软沉淀，少量析水162.371062较好底部软沉淀，少量析水0.560.5840较好底部软沉淀，少量析水0.560.43837

10、较好底部软沉淀，少量析水0.260.1998较好底部软沉淀，少量析水成浆性好，但高密度煤成成浆性好，但高密度煤成浆性较差浆性较差晋城煤气化出路？晋城煤气化出路？10 原料煤本地化原料煤本地化Text in here煤种适应性煤种适应性项目投资低项目投资低气化技术？2 清华水冷壁气化炉特点清华水冷壁气化炉特点将燃烧领域燃烧领域的凝渣保护技术和自然循环膜式壁技术引进气化领域，解决原水煤浆气化技术的煤种限制瓶颈和高能耗点火问题。形成了可适应高灰熔点煤种，具备本质安全的世界第一个水煤浆世界第一个水煤浆水冷壁煤气化工艺水冷壁煤气化工艺。11新技术工业化示范：产学研结合，600吨/天容量世界首套水煤浆水冷

11、壁气化工业装置示范炉11年8月一次启动成功连续运行。12年9月通过科技成果鉴定：具有显著的创新性.，拥有自主知识产权.同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，综合性能优异，总体技术处于国际领先水平。新技术优势及推广：u气化最高灰熔点煤种成功，覆盖褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶，现场考核入炉煤灰熔点现场考核入炉煤灰熔点1520u首次点火创开车连续运行140天纪录u事故停电停泵，设备本质安全本质安全u点火从GE技术的3天减到本技术的3小时，节能节能90%u无损耗膜式壁替代替昂贵短寿命耐火砖，投资和维护成本低u气化炉压力壳运行温度从230度降到110度，低价国产钢材代替昂贵进口钢材u连续签订技术使用

12、合同17个，特别是已签订用本技术改造GE技术合同清华炉水冷壁GSP水冷壁Shell水冷壁2. 水煤浆水冷壁气化炉特点水煤浆水冷壁气化炉特点12本装置为世界首套水煤浆水冷壁气化工业装置该气化炉技术具有显著的创新性，拥有自主知识产权同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，综合性能优异，总体技术处于国际领先水平全厂断电时水冷壁的循环水流量运行一个周期后原始涂层使用140天后的喷嘴(预计180天)气化炉外壁温度比较u水煤浆水冷壁清华炉2011.8.22一次投料成功，首次投料即连续运行140天，创造了气流床气化的新水平和新纪录u本质安全的水冷壁水循环系统u系统启动快，从耐火砖气化炉的3天缩短到3小

13、时u灰熔点可达1500的煤种，气化炉的煤种适应性扩大到覆盖褐煤、烟煤及无烟煤的全煤阶2 水煤浆水冷壁气化炉应用及特点水煤浆水冷壁气化炉应用及特点该技术同时具有水煤浆耐火砖和干粉水具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点冷壁气化炉的优点，综合性能优异，是具有国际领先水平国际领先水平的自主知识产权新型煤气化技术3 高灰熔点煤经验高灰熔点煤经验立式旋风炉水冷壁挂渣图片排渣情况3 高灰熔点煤经验高灰熔点煤经验掺烧阳泉沫煤，直到入炉煤灰熔点达到1520项 目单 位神木煤数据掺烧10%阳泉沫煤数据掺烧20%阳泉沫煤数据掺烧30%阳泉沫煤数据顶盘管出口温度196.7166.3188.2180.8主盘管出口温

14、度248.5248.3248.4248.9渣口盘管温度230.1232.4237.2236水冷壁CO2流量m3/h3.25.85.85.8汽包外供蒸汽流量t/h1.3704.1344.3913.9主盘管水流量m3/h275.4274.9275.3274.9锅炉水泵出口流量m3/h307310.5309.6310.6汽包压力MPa3.8163.8513.8473.851锅炉水泵出口压力MPa4.24.24.24.2CO%40.443.5643.8742.83CO2%2221.92324.4H2%37.7136.334.0532.97CH4ppmO2%0.30.30.30.23.2 气化炉反应关键

15、因素气化炉反应关键因素222221CO5H O2CO3CO6H O7H11tk Pk PRk Pk Pk Pk P01234567891011120.0000.0020.0040.0060.0080.010experimental measurements predictions by eqution (c) predictions by eqution (d)R50 (S-1)Experiment NO16火焰区：颗粒-湍流作用非火焰区：水煤气变换等慢反应；但快反应假设仍然适用0ERTkk e3.3 气化炉内流场对比气化炉内流场对比旋转气流的速度分布正常旋转气流和飞边型旋转气流o u tle

16、 tP re s s u r. w a te rQ u e n c hin le tC o o lin g s c re e nB u rn e rP re s s u r. w a te rF u e lG ra n u la te d s la go v e rflo wW a te rG a s o u tle tC o o lin g ja c k e tG a s to p ilo t b u rn e rO x y g e nw a te r弥散流干粉速度10m/s高速射流水煤浆速度100m/s3.3 气化炉内的流场对比气化炉内的流场对比GE气化炉近壁面处的颗粒浓度分级给氧气化炉近

17、壁面处的颗粒浓度由于二次给氧的引入加强了炉内上部区域的湍流混合作用，使得颗粒在该区间的停留时间变长，分级给氧气化炉近壁面处的颗粒浓度也相应增加，从而有利于碳转化率的提高4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较4.1 煤的活性煤的活性n晋城煤活性较差（与阳泉煤类似，在1100的活性最高为40%），气化煤需要提高炉温，所以气化炉必须选择用水冷壁气化炉。n需要改善气化炉内的流场，延长碳颗粒在高温区的停留时间19 4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较4.2 煤的灰分煤的灰分n晋城煤的灰分高，洗选可以降低灰分，但煤的收率一般在80%左右，相当于煤价涨了20%左右，况且洗下来的煤泥几乎

18、没有用处，建议不进行洗选而直接利用；n干粉气化炉的灰渣比一般为5:5，最高为6:1（鲁西化工运行数据），清华炉的灰渣比一般为2:6，最高为3:7。气化工段的运行稳定主要决定于灰水系统的运行好坏，鉴于晋城煤的高灰分，应该采用水煤浆气化，保证灰水系统的稳定运行。20 4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较4.3 煤的灰熔点煤的灰熔点n晋城煤的灰熔点高，干粉气化炉灰熔点要求一般不超1450；清华炉已经成功使用1520的入炉煤。n如果采用加石灰石来降低灰熔点，将使本来灰分就高的晋城煤灰分更高，增加原料成本和氧耗。21 4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较4.4 运行的稳定性运行的

19、稳定性n对于煤气化来说，装置运行的稳定性很大程度上决定了装置的经济性，水煤浆气化的稳定性是干粉气化无法比拟的，从稳定性上来看，选择水煤浆比干粉有优势。22 4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较4.5 运行的安全性运行的安全性n安全运行时煤气化装置的根本，干粉气化在烘煤阶段还是存在一定的危险性，国内也曾发生过烘煤系统爆炸的事故；n由于煤的输送不稳定问题经常发生水冷壁烧坏问题也是值得关注的，从安全性来看，选择水煤浆比干粉有优势23 4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较24 干粉气化水煤浆气化废气烘煤阶段会产生大量废气没有废气排放废水排放废水好处理排放废水好处理在制浆工段还可以利用其他工段的有机废水废渣灰量较大，难处理灰量较小，易处理辐射需要大量的射线仪表常规仪表即可，不需要射线仪表4.6 装置的环保性装置的环保性4.晋城煤气化技术选择比较晋城煤气化技术选择比较4.7 节水节水n水煤浆气化是将大部分用水以水煤浆的形式加入，对煤的含水程度没有特殊要求，对加入水的水质的要求也较低，一般制浆用水使用难以处理的有机废水，具有环保效益。n干粉气化是将煤中多余的水分去掉，然后再将需要的水分步加入，在气化炉需要的水分，必须以高压过热蒸汽的形式加入，变换工段需要的水，必须用过热蒸汽或锅炉水的形式加入。从节水来看，选择水煤浆比干粉有优