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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(guó)西門子集團(tuán)擁有的，由前民主德國(guó)燃料研究所(DBI)于20世紀(jì)70年代末開(kāi)發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)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(kāi)發(fā)工作，即使在國(guó)際市場(chǎng)石油過(guò)剩時(shí)，也沒(méi)有中斷過(guò)對(duì)煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)工作。針對(duì)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(yàn)過(guò)的煤種來(lái)自德國(guó)、中國(guó)、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(guó)家。東西德合并后，該技術(shù)擴(kuò)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(kuò)展就絲毫沒(méi)有停止過(guò)。1984年在德國(guó)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(duì)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(guó)政府引進(jìn)天然氣取代了城市煤氣，且對(duì)垃圾處理有補(bǔ)貼政策，故1990年后，該裝置分別氣化過(guò)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(guó)的塑料廠建成30 MWth工業(yè)裝置，用于氣化塑料生產(chǎn)過(guò)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(kāi)車試運(yùn)轉(zhuǎn)，其氣化原料為煤焦油，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目(IGCC)。 1.3 在中國(guó)的推廣 中國(guó)是能源消耗大國(guó)，更是煤炭大國(guó)，石油資源相對(duì)缺乏。為了更好的推動(dòng)GSP煤氣化技術(shù)在中國(guó)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(guó)北京成立，德國(guó)西門子發(fā)電集團(tuán)與中國(guó)神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)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(dú)家負(fù)責(zé)GSP煤氣化技術(shù)在中國(guó)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(gè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，其中與神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)簽訂了520kt/a煤基烯烴(中間產(chǎn)品為1670kt/a甲醇)氣化島項(xiàng)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(xiàng)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(jì)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(jì)量輸送系統(tǒng). 預(yù)先被破碎到≤25 mm的經(jīng)過(guò)計(jì)量的去除金屬的煤，通過(guò)輸送機(jī)送入磨煤機(jī)，在磨煤機(jī)內(nèi)將煤磨碎到適于氣化的粒度(對(duì)不同煤種有不同的要求)。 磨煤的同時(shí)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(duì)不同的煤種有不同的要求)。 經(jīng)研磨的干燥煤粉由低壓氮?dú)馑偷矫旱募訅汉屯读舷到y(tǒng)。此系統(tǒng)包括儲(chǔ)倉(cāng)、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(guò)入爐煤粉管線上的流量計(jì)測(cè)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(duì)不同的煤種有不同的要求)通過(guò)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(kāi)氣化室向下流動(dòng)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(guò)撈渣機(jī)裝車運(yùn)出。 從激冷室出來(lái)的達(dá)到飽和的粗合成氣經(jīng)兩級(jí)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(jí)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(guò)濾機(jī)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(wèn)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(shí)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(shí)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(jì)，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(cè)器的點(diǎn)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(lái)強(qiáng)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(diǎn)火燃料氣、點(diǎn)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(gè)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(guò)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(guò)程中水冷壁的溫度分布示意圖。當(dāng)設(shè)備初始運(yùn)行時(shí)，固態(tài)渣層會(huì)逐漸積累，直至達(dá)到穩(wěn)定的固態(tài)渣層厚度。在氣化過(guò)程中，固態(tài)渣層具有自動(dòng)調(diào)節(jié)與自行修復(fù)功能，預(yù)計(jì)水冷壁的使用壽命在25年以上 4 GSP煤氣化技術(shù)優(yōu)點(diǎn) (1)煤種適應(yīng)性強(qiáng)：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(diǎn)的煤，故對(duì)煤種的適應(yīng)性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤、無(wú)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(diǎn)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(yùn)行費(fèi)用； (4)設(shè)備壽命長(zhǎng)，維護(hù)量小，連續(xù)運(yùn)行周期長(zhǎng)。在線率高：氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火磚，預(yù)計(jì)水冷壁使用壽命25年；只有一個(gè)組合式噴嘴(點(diǎn)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(jì)達(dá)10年； (5)開(kāi)、停車操作方便，且時(shí)間短(從冷態(tài)達(dá)到滿負(fù)荷僅需1h)； (6)操作彈性大：?jiǎn)螤t操作負(fù)荷為70%～110%； (7)自動(dòng)化水平高：整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，安全可靠； (8)對(duì)環(huán)境影響�。簾o(wú)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(yùn)行成本低。 5 GSP煤氣化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 (1)合成氨 中國(guó)是目前世界上最大的合成氨生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)，2004年產(chǎn)量達(dá)到42222kt，—預(yù)計(jì)到2010年對(duì)合成氨的需求量大約為47000kt。中國(guó)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(wú)煙塊煤為原料，采用常壓固定床間歇?dú)饣夹g(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(guó)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(jìng)爭(zhēng)力。結(jié)合中國(guó)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(lái)擴(kuò)大生產(chǎn)能力，提高競(jìng)爭(zhēng)力，以滿足未來(lái)市場(chǎng)需求。針對(duì)特大型甲醇生產(chǎn)的需要，我們正在開(kāi)發(fā)MEGA—GSP技術(shù)。 (3)煤制油(CTL) 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石油的需求量迅速增長(zhǎng)，2005年進(jìn)口原油已超過(guò)1.4億t，到2010年將達(dá)到2.5億t左右，國(guó)際油價(jià)長(zhǎng)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(guó)大有可為，并將成為中國(guó)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(guó)的電力需求持續(xù)高速增長(zhǎng)，且目前中國(guó)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(guò)石腦油氣化來(lái)制得，隨著石油價(jià)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(jì)性。 (6)燃料煤氣 隨著經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)，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(diǎn)是：煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣化效率高、設(shè)備制造安裝周期短、投資較少、運(yùn)行成本低，開(kāi)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(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有非常廣闊的發(fā)展前景。 |
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