干煤粉气化废锅和流程比较

1、干粉煤气化技术之废锅流程与激冷流程的比较和选择赵 涛,章卫星，张宗飞，游 伟,毕东煌（中国五环工程有限公司5胡北武汉430223）摘 要：对干粉煤气化产生的高温合成气体有2种冷却方式，即以She ll煤气化工艺为代表的废锅流程和以GSP 煤气化工艺为代表的激冷流程。以60万t / a甲醇项目为例，对比了采用2种不同流程配置时的工艺方案、公用工 程消耗、能耗以及装置投资、单位合成气成本等指标；论证了不同流程对后续变换系统的影响；比较结果表明，该项 目选择废锅流程较为适宜。关键词：干粉煤气化技术;废锅流程;激冷流程;投资;能耗;合成气成本中图分类号：TQ 054文献标识码:A文章编号:1004 -

2、 8901 (2009)05 - 0014 - 04Com par isonand Selection of W a steBo ilerProcess w ith Quench Process forD ry2Pulver Zed Coa l Ga sf ca tion Technology-ZHAO Tao, ZHANG W ei2xing, ZHANG Zong2fei, YOU W ei, B IDong2huang(W uhuan Science and Technology S tockCom pany L td W uhan Hubei 430223 Choina )Abstra

3、ct: There were two kinds of cooling type for high temperature synthesis gas p oduced from dryoulverized coal gasification, these are waste er p ocess rep resented by Shell coal gasification process and quench p rocess represented by GSP coal gasification p ocess Taking the methanol p oje 600000 t /

4、a as an examp le, comp arison was m ade fo r the p oce ss schem e s and the indexes of utility consume, energy consume, p lant invesment, un of syn the ticgas and so on, when two abovem en tioneddiffe ren t pace ss configira ton s we re ised; au tho r has poved the influence of wo d iffe ren p o on

5、the consequent shift system; ccmparison result indicates that the waste boiler p ocess selected for this project is more suitable；Key words: dry2pulverized coal gasification technology; waste boiler process; quench p rocess; investment; energy consume; cost of synthetic对于干粉煤气化产生的高温合成气的冷却方 式一般有2种。一种是

6、以Shell煤气化工艺为代表 的废锅流程，即先采用循环煤气激冷，然后采用废 热锅炉进一步对合成气进行冷却；另一种是以GSP 煤气化技术为代表的激冷流程，即采用水激冷的方 式对合成气进行直接冷却。2009年,根据业主要求，中国五环工程有限公 司在国内某干煤粉气化技术应用于60万t / 3甲醇 项目中，针对废锅流程和激冷流程的选择进行了综 合比较。该比较以专利商提供的废锅流程 和激）令 流程的工艺包为基础,对2种不同流程的工艺方 案、公用工程消耗、能耗、技术经济指标等进行了全 面比较。考虑到采用激冷流程的煤气化工艺尚无2 t/d投煤量的业绩，为保证装置的运行率、可靠4 经济性，还进行了采用单套废锅

7、流程、单套激X 程以及2套激令流程等3种煤气化配置方式的 比较。以下简要介绍。原料煤规格该项目拟采用内蒙古褐煤为原料,经过预干 装置降低原料煤中部分水分后送至煤气化装置: 产合成气。原料煤质数据见表1。作者简介：赵涛（1979年-），男，湖北随州人，2004年毕业于中I 学院研究生院化学工程专业,工程师,从事化工工程项目工艺设 工作。表1原料煤质数据序号名称及符号设计煤种校核煤种1 元素分析碳（收到基）/ %42. 2241. 62氢（收到基）/ %2. 653. 34氧（收到基）/ % 氮（收到基）/ %10. 7211. 15硫（收到基）/ %0.590. 66氯（收到基）/%0. 20.

8、 18灰分（收到基）/%全0. 006水分（收到基）/%空9. 3213. 65气干燥基水分/%固定34. 329. 40碳（收到基）/%干燥 无灰基挥发分/%9. 0116. 22收到基低位发热量/MJlg-131. 13可磨性系数44. 7845. 41灰熔融性1514. 81变形温度/r5763软化温度/r2,. 一 半球温度/ r1 2101 220熔化温度/ r1 2201 2701 2301 2901 2401 340废铜流程煤气化工艺方案1煤气化装置2磨煤工序3煤加压输送工序4煤气化工序除渣5工序除灰工序湿洗工序初步水6处理工序7公用工程系统废锅流程煤气化装置制取粗合成气装置构成

9、 见表2,主要工艺流程如下述。表2废锅流程煤气化装置制取粗合成气装置构成序号 装置或工序名称主要功能采用干煤粉加压气化技术。完成磨煤与煤的干燥,为气化炉提供合格 干煤粉。以CO2为输送介质，将干煤粉送入气化炉。 将煤炭转化为粗合成气，副产蒸汽。将气 化产生的煤渣排出气化炉。将气化产生的 飞灰排出气化炉。脱除合成气中的酸性物 质和飞灰。初步处理除渣及湿洗工序的废 水。为煤气化装置提供公用物料。89（1）煤粉制备。碎煤仓中的经预干燥的原料 煤经称重给煤机送入中速磨煤机磨煤制粉。在中 速磨煤系统同时完成制粉和干燥过程。出磨煤机 粒度和水含量合格的煤粉吹入煤粉袋式收集器分 离,收集的煤粉送入贮仓中贮存

10、。分离后的尾气经 循环风机加压后大部分循环至热风炉循环使用，部 分排入大气。（2）煤粉加压及给料。常压煤粉进入锁斗加 压后自流进入煤粉给料仓中，由CO2气体密相输送 导入气化炉烧嘴。锁斗是一个变压操作系统，实现 煤粉由常压至加压的输送。（3）气化及合成气冷却。煤气化烧嘴喷入的 煤粉和氧气，在气化炉内反应区在压力4. 0 M Pa。 度1 500条件下，瞬间完成煤的气化反应，生成（CO + H2）含量很高的粗煤气。为防止气化炉出口 的高温煤气夹带的熔融飞灰黏结在后序设备，在气 化炉上部激冷区喷入循环返回的低温煤气，以降低 出炉煤气温度，使飞灰冷却为固态。煤气从气化炉 顶排出，温度为900左右。出

11、炉煤气进入合成气 冷却器回收热量，煤气温度降至350左右进入后 序设备。高温粗煤气携带的大量显热，在合成气）令 却器内得到回收，产生的中压饱和蒸汽送管网。原 料煤中的灰分，在高温下呈熔融态，沿水冷壁向下 流动,在气化炉下部渣池水浴中，激冷、固化、脆裂 成细小颗粒,经集渣曜定时排至脱水槽，再由捞渣 机将其取出转运至渣场。（4）粗煤气净化。离开合成气冷却器的粗煤 气通常夹带入炉煤总灰量20% 30%的飞灰，经过 干法除尘和文丘里洗涤器串洗涤塔2级湿法洗涤 处理后，出口煤气中含灰量小于1 mg/m3。干法除 尘采用高温陶瓷过滤器，过滤掉大部分飞灰。经过 滤后，煤气中含灰量通常小于5 mg/m3。出干

12、法除尘 煤气中的残余灰尘,在文丘里洗涤器和洗涤塔中，被 热水洗涤脱除，同时还洗涤除去煤气中所含微量卤化 物、HCN和NH等杂质，出洗涤塔的煤气送至变换系 统。干法过滤得到的飞灰经过冷却气提后送至飞灰 储曜贮存、外售。（5）灰水处理。从洗涤塔排出的含灰排放水， 经过气提、澄清处理后，大部分循环利用，少量处理水 被抽出送污水处理系统，以防止有害物质的累积激冷流程煤气化工艺方案（1）激令流程在磨煤及干燥、粉煤加压给料、 排渣3个工序的流程与废锅流程完全相同，没有除 灰工序。两者之间主要的变化在合成气令 却以及 粗煤气净化的方式上。（2）在合成气冷却方式上，在气化炉上部激令 区采用喷入锅炉给水代替循环

13、的激冷煤气，以降低 出炉煤气温度，使飞灰冷却为固态。煤气从气化炉 顶排出,温度为900。左右。（3）在粗煤气净化方式上，激令流程仅采用湿 法洗涤对煤气进行净化。气化炉出口煤气送至激 冷曜，经过水激冷和除尘后，温度降至210 r左右,进入洗涤工序。从激冷曜出来的含饱和水蒸气的 合成气进入文丘里洗涤器。出文丘里洗涤器的合 成气进入洗涤塔的下部。出洗涤塔的合成气水气 比可根据需要进行控制，一般控制在1. 0 1. 4之 间，含尘量小于 1 mg/m3 o不同流程的原材料和公用工程消耗比较采用单套废锅流程、单套激冷流程、2套激冷流 程煤气化装置的原材料及公用工程消耗比较见表。表4采用不同流程时变换系统

14、公用工程消耗比较序号1副产低压蒸汽/ t-i 2中压饱和蒸汽/ t-i 3低压锅炉给水/ t-i 4循环冷却水/ tU-15 电 /1W 6中压氮气/m3 h- 17仪表空气/m3 h- 10. 6 MPa (绝)饱和-34- 405. 1 MPa (绝)饱和60171. 5 MPa(绝)35. 5429501 160380 V451325. 2 MPa(绝)80809090主要规格废锅流程激冷流程不同流程对铜炉的影响序号名 称小时消耗量单套废锅单套激冷2套激冷 流程流程流程主要原材料消耗1原料煤/ t1661661662氧气/m360 00060 00060 000表3采用不同流程时的原材料

15、和公用工程消耗比较3新鲜水/ t041424循环冷却水/ t锅炉3 8005 3005 6005给水/ t变换工艺冷凝液/ t电/kW h18080806蒸汽4585857中压(5. 2 MPa)(副产)/ t11 35010 35010 8508低压（0. 6 MPa） / t中压（4. 0 MPa）过热蒸汽/ t 中压蒸汽冷凝液（副产）/ t氮 气1781342425838424258404242高压 8. 1 MPa /m3低压(0. 4 MPa /m39CO (0. 08 MPa) /m38 2008 2008 200仪表空气/m3工厂空气/m335 00035 00035 00010

16、36 00036 00036 000111 5001 5002 000128008001 000公用工程消耗采用废锅流程时，煤气化合成气冷却器可副产 约178 t / h的中压蒸汽。采用激冷流程时，由于没 有煤气热回收设备，仅能在气化炉部分副产约 58 t / 1的中压蒸汽。考虑到激冷流程在变换系统比 废锅流程少加入中压蒸汽43 t / h，采用废锅流程时 整个煤气化以及变换系统可以减少锅炉产汽约 77 t/ho考虑到锅炉及热工配置，煤气化装置采用 激冷流程时需要对热工系统进行扩容。不同流程的综合比较单套废锅流程、单套激冷流程、2套激冷流程的 3种不同煤气化配置综合比较结果见表5o表5 3种不

17、同流程煤气化配置综合比较序号项目单套废锅流程单套激冷流程2套激冷流程1气化炉主要特点2合成气冷却方式干粉煤供料， 承压外壳内 有水冷壁，废 锅流程，充分 回收热量。先采用合成 气返回冷却 合成气，后经 过废锅进一 步冷却。过 滤+洗涤干粉煤供料， 承压外壳内 有水冷壁，激 冷流程，部分 回收热量。先采用锅炉 给水冷却合 成气,后经过 水激冷进一 步冷却。激 冷+洗涤干粉煤供料， 承压外壳内有 水冷壁，激冷 流程，部分回 收热量。先采 用锅炉给水 冷却合成 气，后经过水 激冷进一步冷 却。激冷+洗涤不同流程对变换系统的影响采用废锅流程时，出煤气化的合成气中水蒸 气含量较低，为满足变换系统水汽比的

18、要求，需要 在变换工序加入较多的水蒸气。采用激冷流程 时，由于合成气在激冷和湿洗过程中饱和了大量 的水,在变换工序不需要或仅加入少量蒸汽即可。 这样，不同的煤气化流程会带来变换流程和消耗 的不同，进而影响公用工程消耗和投资的不同。 废锅流程和激冷流程时变换系统公用工程消耗比 较见表4o3除尘方式4气化炉台数单位合成气5能耗指标排放物处理6难易程度煤气化装置7工程投资粗合成气制造成本8煤气化装置+变换9工程投资118 83 GJ /km3(CO + H2)较易95 830万元 （含专利费）0. 329 元 /m3（CO + H2）102 205万元 （含专利费）20 95 GJ /km3（CO

19、+ h2）较 易，污水量较 大79 858万元（含专利费）0. 356 元 /m3（CO + H2）86 743万元（含专利费）221. 03 GJ /km3 （CO + H2）较 易，污水量较 大104 034万元 （含专利费）0. 377 元 /m3(CO + H2)110 919万元(含专利费)10 变换气0. 350 元 /m3 0. 364 元 /m30. 385 元 /m3制造成本(CO + H2)(CO + H2)(CO + H2)技术成熟度较高低中等下转第62页）凝结剂次氯酸钠池水 ，图1 L owpHHOw污水处理工艺流程1 澄清段；2 多种过滤介质过滤段；3 一多管压滤段；

20、4 -第 1级渗 透；5 -第2级渗透;6 -混合树脂离子交换精细水处理离子交换法工艺技术子交换法系统流程见图2。图2离子交换法系统流程离子交换法工艺技术(I-X)是涉及2种电解 质之间或者1种电解质与多种电解质混合溶液的 离子相互交换，使水溶液净化，分离或去除污染物。 离子交换法在肥料行业，包括硝酸铵工厂、硝酸钾 工厂、碳酸钾工厂、磷酸净化厂的废水中回收NH3和 NO-。3磷酸净化厂用的I - X工艺技术涉及由离子交 换柱回路和逆向流循环回路的H iggine Loop，此匕系 统中4个容器用回路阀分隔着。在吸附段离子被 树脂吸附，在再生段从树脂上解吸。固体细粒从返 洗段被去除，脉冲段控制树

21、脂在环路中的流动。离(上接第16页)结论采用3种不同流程时，煤气化装置的原料 煤消耗和氧气消耗大致相同，一次水消耗废锅流程 低于激冷流程,用电消耗废锅流程略高于激冷流 程，废锅流程的蒸汽产量则远高于激冷流程。废锅流程煤气化装置的单位有效合成 气 的能耗最低，按每年运行330天计算,废锅流程比 单套激冷流程每年减少标准煤消耗9. 46万t,节能 效果十分明显。尽管单套废锅流程的煤气化装置工程 投 资高于单套激冷流程，但仍比采用2套激冷流程时 低。煤气化装置采用单套废锅流程时生产 的有效 合成气的单位制造成本最低。综合考虑不同流程对变换的影响，煤气化 装置单套废锅流程时生产的有效净化气的单位制 造成本最低。若后续装置采用相同的流程，每生产 1 t甲醇，采用单套废锅流程比采用单套激冷流程降 低制造成本约31. 5元，比采用2套激冷流程降低制 造成本约78. 75元。采用废锅流程的技术难点在于煤粉的 气在磷酸净化作业中,阳离子从激活的酸中去 除,阳离子交换从H +到K+、Ca2 +离子。阳离子浓 度超过400 *0-6的均可从溶液中去除。和EM IT 污水排放技术相联系，Severn T