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stonway木蟲 (正式寫手)
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GSP煤氣化技術(shù)概況 已有6人參與
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1 GSP煤氣化技術(shù)概況 1.1 技術(shù)研發(fā) GSP煤氣化技術(shù)是由德國西門子集團擁有的，由前民主德國燃料研究所(DBI)于20世紀(jì)70年代末開發(fā)并投入商業(yè)化運行的大型粉煤氣化技術(shù)。該研究所創(chuàng)建于1956年，全稱為DeutschesBrennstoff Institut Freiberg，一直致力于煤炭綜合利用的開發(fā)工作，即使在國際市場石油過剩時，也沒有中斷過對煤氣化技術(shù)的開發(fā)工作。針對化工行業(yè)，本著降低投資與成本，而研發(fā)出的GSP煤氣化技術(shù)是世界先進(jìn)的大型粉煤進(jìn)料氣流床加壓技術(shù)之一。分別于1979年和1996年，在西門子的氣化研發(fā)中心(Freiberg)建立了3MWth和5MWth兩套氣化中試裝置。這兩套裝置試驗過的煤種來自德國、中國、波蘭、前蘇聯(lián)、南非、西班牙、保加利亞、加拿大、澳大利亞和捷克等國家。東西德合并后，該技術(shù)擴展應(yīng)用到生物質(zhì)、城市垃圾、石油焦、含氯廢物和其他燃料等氣化領(lǐng)域。 1.2 技術(shù)應(yīng)用 GSP煤氣化技術(shù)自研發(fā)成功以后，其商業(yè)化應(yīng)用擴展就絲毫沒有停止過。1984年在德國黑水泵工廠采用GSP氣化技術(shù)建立了1套200MWth的商業(yè)化裝置，粉煤處理能力為30t/h。該裝置在1984至1990年間，成功對普通褐煤及含鹽褐煤進(jìn)行了氣化，生產(chǎn)民用煤氣。東西德合并后，德國政府引進(jìn)天然氣取代了城市煤氣，且對垃圾處理有補貼政策，故1990年后，該裝置分別氣化過天然氣、焦油、廢油、漿料和固態(tài)污泥等原料，生產(chǎn)出的合成氣用于甲醇生產(chǎn)及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)。 2001年，巴斯夫(BASF)在英國的塑料廠建成30 MWth工業(yè)裝置，用于氣化塑料生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢料。2006年，捷克Vresova工廠采用GSP氣化技術(shù)建設(shè)的175 MWth工業(yè)裝置開車試運轉(zhuǎn)，其氣化原料為煤焦油，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目(IGCC)。 1.3 在中國的推廣 中國是能源消耗大國，更是煤炭大國，石油資源相對缺乏。為了更好的推動GSP煤氣化技術(shù)在中國煤化工及煤制油領(lǐng)域的應(yīng)用，北京杰斯菲克氣化技術(shù)有限公司于2005年5月在中國北京成立，德國西門子發(fā)電集團與中國神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司各擁有該合資公司50%的股份。北京杰斯菲克氣化技術(shù)有限公司獨家負(fù)責(zé)GSP煤氣化技術(shù)在中國及其周邊地區(qū)的推廣與使用許可。截止2007年6月底，北京杰斯菲克氣化技術(shù)有限公司已經(jīng)簽訂了兩個技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，其中與神華寧夏煤業(yè)集團簽訂了520kt/a煤基烯烴(中間產(chǎn)品為1670kt/a甲醇)氣化島項目合同；與山西蘭花煤化工有限責(zé)任公司簽訂300kt/a合成氨與甲醇?xì)饣瘝u項目合同。 2 GSP煤氣化工藝 GSP煤氣化工藝采用干粉進(jìn)料、純氧氣流床氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程。該流程包括干粉煤的加壓計量輸送、氣化與激冷、氣體除塵冷卻、黑水處理等單元。 2.1 備煤與加壓計量輸送系統(tǒng). 預(yù)先被破碎到≤25 mm的經(jīng)過計量的去除金屬的煤，通過輸送機送入磨煤機，在磨煤機內(nèi)將煤磨碎到適于氣化的粒度(對不同煤種有不同的要求)。 磨煤的同時采用加熱的惰性氣流將其干燥到符合輸送要求的水份含量(對不同的煤種有不同的要求)。 經(jīng)研磨的干燥煤粉由低壓氮氣送到煤的加壓和投料系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括儲倉、鎖斗和密相流化床加料斗。鎖斗完成加料后，即用加壓氣(N2或CO2)加壓至與加料斗相同的壓力，然后煤粉將依靠重力送至加料斗。再用輸送氣(N2或CO2)從加料斗中將干煤粉送到氣化爐的組合噴嘴中。粉煤流量通過入爐煤粉管線上的流量計測量。 2.2 氣化及合成氣冷卻除塵系統(tǒng) 加壓干煤粉、氧氣及少量蒸汽(對不同的煤種有不同的要求)通過組合噴嘴進(jìn)入到氣化爐中。氣化爐包括帶水冷壁的氣化室和激冷室。 氣化爐的操作壓力為2.5～4.0MPa(g)。根據(jù)煤粉的灰熔特性，氣化操作溫度控制在1350～1750℃之間。高溫氣體與液態(tài)渣一起離開氣化室向下流動直接進(jìn)入激冷室，被噴射的高壓激冷水冷卻，液態(tài)渣在激冷室底部水浴中成為顆粒狀，定期的從排渣鎖斗中排入渣池，并通過撈渣機裝車運出。 從激冷室出來的達(dá)到飽和的粗合成氣經(jīng)兩級文氏管洗滌后，使含塵量達(dá)到要求后送出界區(qū)。 2.3 黑水處理系統(tǒng) 激冷室和文氏管排出的黑水經(jīng)減壓后送入兩級閃蒸罐去除黑水中的氣體成分，閃蒸罐內(nèi)的黑水則送入沉降槽，加入少量絮凝劑以加速灰水中細(xì)渣的絮凝沉降。沉降槽下部沉降物經(jīng)過濾機濾出并壓制成渣餅裝車外送。沉降槽上部的灰水與濾液一起送回激冷室作激冷水使用，為控制回水中的總鹽含量，需將少量污水送界區(qū)外的全廠污水處理系統(tǒng)。 3 GSP煤氣化關(guān)鍵設(shè)備 3.1 氣化爐 氣化爐包括用耐熱低合金鋼制成的水冷壁和激冷室。水冷壁由多組冷卻盤管組成，水冷壁向火面覆有碳化硅保護(hù)層。由于碳化硅及后形成的固態(tài)渣層保護(hù)，水冷壁的表面溫度小于270℃。水冷壁僅在氣化室的底部加以固定，由氣化室頂部的導(dǎo)軌支撐，解決了水冷壁的熱膨脹問題。出于安全考慮，水冷壁盤管內(nèi)水的壓力高于氣化爐操作壓力，防止盤管泄漏或損壞時氣體進(jìn)入盤管。氣化爐外殼設(shè)有水夾套，用冷卻水進(jìn)行循環(huán)，故外殼溫度低于60℃。 另外，氣化爐可用氧氣、煤粉流量調(diào)節(jié)加以控制，亦可參照在線分析的氣體成分和氣化室與激冷室壓差加以調(diào)節(jié)。 GSP氣化爐使用干煤粉進(jìn)料，產(chǎn)生的粗合成氣的有效成分(CO+H2)可達(dá)到90%以上(依煤種及操作條件的不同有所差異)。 GSP氣化爐的高效率同時降低了煤和氧氣的消耗量，這意味著生產(chǎn)中原料成本得到降低，表3給出了GSP煤氣化工藝的消耗。 GSP氣化爐可以根據(jù)用戶的要求加以設(shè)計，表4為GSP氣化爐的不同規(guī)模 3.2 組合式氣化噴嘴 由配有火焰檢測器的點火噴嘴和生產(chǎn)噴嘴所組成，故稱為組合式噴嘴。承受較高熱負(fù)荷的噴嘴部件由噴嘴循環(huán)冷卻系統(tǒng)來強制冷卻。噴嘴的材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，高熱應(yīng)力的噴嘴頂端材質(zhì)為高鎳合金。 氣化噴嘴結(jié)構(gòu)，由中心向外的環(huán)隙依次為點火燃料氣、點火氧氣、氧氣／蒸汽、煤粉通道。幾根煤粉輸送管均布進(jìn)入最外環(huán)隙，并在通道內(nèi)盤旋，使煤粉旋轉(zhuǎn)噴出。給煤管線末端與噴嘴頂端相切，在噴嘴外形成一個相當(dāng)均勻的煤粉層，與氣化介質(zhì)混合后在氣化室中進(jìn)行氣化。因此從給煤管出口到噴嘴頂端之間只產(chǎn)生很小的熱應(yīng)力。 3.3 水冷壁 水冷壁是由碳化硅保護(hù)層、冷卻盤管和抓釘組成的。水冷壁應(yīng)用了以渣抗渣原理，在氣化過程中，爐內(nèi)溫度很高，燃燒產(chǎn)生的液態(tài)熔渣附著于水冷壁上，冷卻形成固態(tài)渣層，以此保護(hù)水冷壁免受高溫侵蝕與磨蝕。該固態(tài)渣層的厚度取決于爐內(nèi)火焰溫度和粉煤的灰熔特性。圖6給出氣化過程中水冷壁的溫度分布示意圖。當(dāng)設(shè)備初始運行時，固態(tài)渣層會逐漸積累，直至達(dá)到穩(wěn)定的固態(tài)渣層厚度。在氣化過程中，固態(tài)渣層具有自動調(diào)節(jié)與自行修復(fù)功能，預(yù)計水冷壁的使用壽命在25年以上 4 GSP煤氣化技術(shù)優(yōu)點 (1)煤種適應(yīng)性強：該技術(shù)采用干煤粉作氣化原料，不受成漿性的影響；由于氣化溫度高，可以氣化高灰熔點的煤，故對煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤到石油焦均可使用，也可以兩種煤摻混使用。即使是高水份、高灰份、高硫含量和高灰熔點的煤種基本都能進(jìn)行氣化； (2)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越：氣化溫度高，一般在1350～1750℃。碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%，煤氣中甲烷含量極少(CH4＜0.1%(V))，不含重?zé)N，合成氣中CO+H2高達(dá)90%(V)以上，冷煤氣效率高達(dá)80%以上(依煤種及操作條件的不同有所差異)； (3)氧耗低：可降低配套空分裝置投資和運行費用； (4)設(shè)備壽命長，維護(hù)量小，連續(xù)運行周期長。在線率高：氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無耐火磚，預(yù)計水冷壁使用壽命25年；只有一個組合式噴嘴(點火噴嘴與生產(chǎn)噴嘴合二為一)，噴嘴主體的使用壽命預(yù)計達(dá)10年； (5)開、停車操作方便，且時間短(從冷態(tài)達(dá)到滿負(fù)荷僅需1h)； (6)操作彈性大：單爐操作負(fù)荷為70%～110%； (7)自動化水平高：整個系統(tǒng)操作簡單，安全可靠； (8)對環(huán)境影響小：無有害氣體排放，污水排放量小，爐渣不含有害物，可作建材原料； (9)工藝流程短，設(shè)備規(guī)格尺寸小，投資少，建設(shè)周期短，運行成本低。 5 GSP煤氣化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 (1)合成氨 中國是目前世界上最大的合成氨生產(chǎn)與消費國，2004年產(chǎn)量達(dá)到42222kt，—預(yù)計到2010年對合成氨的需求量大約為47000kt。中國現(xiàn)有的合成氨廠除少數(shù)以天然氣、重油原料外，大多數(shù)工廠都以無煙塊煤為原料，采用常壓固定床間歇氣化技術(shù)，生產(chǎn)能力小，能耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重，GSP煤氣化技術(shù)以粉煤為原料，適應(yīng)煤種寬，氣化效率高，生產(chǎn)能力大，且清潔環(huán)保，在合成氨生產(chǎn)領(lǐng)域有廣闊的前景。 (2)甲醇 甲醇是化學(xué)工業(yè)中重要的中間產(chǎn)品之一，也是正在迅速發(fā)展的替代燃料之一。目前中國現(xiàn)有的甲醇生產(chǎn)裝置大多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)落后，缺乏競爭力。結(jié)合中國能源結(jié)構(gòu)狀況，以煤為原料，采用先進(jìn)的大型煤氣化技術(shù)來擴大生產(chǎn)能力，提高競爭力，以滿足未來市場需求。針對特大型甲醇生產(chǎn)的需要，我們正在開發(fā)MEGA—GSP技術(shù)。 (3)煤制油(CTL) 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油的需求量迅速增長，2005年進(jìn)口原油已超過1.4億t，到2010年將達(dá)到2.5億t左右，國際油價長期保持在60美元/桶以上。因此，上游采用煤氣化技術(shù)，下游采用F—T合成技術(shù)的間接液化在中國大有可為，并將成為中國能源戰(zhàn)略的重要支柱之一。 (4)煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC) 中國的電力需求持續(xù)高速增長，且目前中國以燃煤發(fā)電為主，導(dǎo)致二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等大量排放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)。高效、清潔的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)有著廣闊的前景。GSP氣化技術(shù)也是最早應(yīng)用于IGCC發(fā)電的技術(shù)之一 (5)制氫 氫氣(H2)作為煉油、煤液化、燃料電池等領(lǐng)域重要原料，目前主要通過石腦油氣化來制得，隨著石油價格的不斷上漲，以煤為原料的氣化技術(shù)制氫更具有經(jīng)濟性。 (6)燃料煤氣 隨著經(jīng)濟的發(fā)展及環(huán)保要求的提高，民用燃?xì)馀c工業(yè)燃?xì)庑枨箫w速增長，高效、清潔的GSP煤氣化技術(shù)可以提供有效的解決方案。 6 結(jié)論 GSP煤氣化技術(shù)的優(yōu)點是：煤種適應(yīng)性強、氣化效率高、設(shè)備制造安裝周期短、投資較少、運行成本低，開停車操作維護(hù)方便，它是當(dāng)今世界最先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一。此技術(shù)在合成氨、碳—化工、發(fā)電、制氫和燃料合成領(lǐng)域的應(yīng)用，會帶來巨大的經(jīng)濟效益，具有非常廣闊的發(fā)展前景。 |
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