第10卷第5期012年9月VOL 10 NO 5神舉技ep.2012GSP氣化爐技術工業(yè)化應用臧慶安張洪濤(神華集團公司煤制油化工部,北京,100011)摘要:介紹了德國GSP氣化爐技術的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀,主要介紹氣化技術、關鍵設備和工業(yè)化應用運行中出現(xiàn)的問題并提出了解決思路。關鍵詞:氣化爐工業(yè)化應用問題解決思路中圖分類號:TQ5文獻標識碼:B文章編號:1674-8492(2012)05-070-04煤的氣化是指煤和氧化劑(空氣、水、氧氣)進行12國內(nèi)商業(yè)化應用情況不完全氧化反應,將固體燃料轉(zhuǎn)變?yōu)镃O和H2為主2010年10月,在神華煤業(yè)集團已建成并投用了5要氣體成分的工藝。氣化產(chǎn)出的氣體既可作為發(fā)電臺500MWth(單臺日投煤量約2000t)GSP氣化爐。用的燃料,又可作為化工原料用于生產(chǎn)合成氨或甲山西蘭花煤化工公司合成氨項目,將建成2臺醇等。煤的氣流床氣化技術主要分為兩種,一種是水500MWth(單臺日投煤量約20001)GSP氣化爐。煤漿進料氣化技術,主要代表是美國CE德士古技1.3近期投資建設項目規(guī)劃術、康菲E-Gas技術、華東理工四噴嘴技術、清華非中電投新疆煤制氣項目將投資建8臺500MWth熔渣-熔渣氣化技術等;另外一種是干煤粉進料氣神寧煤業(yè)集團煤制油項目將建24臺500MWth化技術,主要代表是荷蘭 SHELI技術、德國西門子CSP氣化爐GSP技術、德國 Prenflo技術、日本MHI技術、我國的航天爐技術和熱工院技術等。2GSP氣化技術簡介1GsP氣化爐技術開發(fā)歷史及進展GSP氣化技術是采用干煤粉進料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程的氣流床氣化技術。GSP(德文 Gaskombiant Schwarze pumpe)氣化技工藝流程見圖1,包括備煤、煤粉加壓計量輸送、氣化術是20世紀70年代前民主德國燃料研究所開發(fā)的與激冷、排渣、氣體除塵冷卻、黑水處理等工序,流程單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化技術,根據(jù)煤簡單介紹如下:氣用途不同可用直接水激冷,也可用廢鍋回收煤氣GSP煤氣化工藝流程顯熱,產(chǎn)生中低壓蒸汽。該技術分別于1979年和干煤粉純氧原料煤干煤粉1996年在德國 Freiberg建有3MWth氣化裝置(投煤包量為72td)和5Mwth(投煤量12d,內(nèi)徑0.6m)的中試氣化裝置1.1國外商業(yè)化應用情況成氣去下游1984年在德國黑水泵建成了130MWth氣化裝置(投褐煤量720~750d,設計壓力為3.0MPa,工作加料斗壓力2.5MPa,產(chǎn)氣量為5×10Nm3/h),生產(chǎn)用于MIGCC和甲醇的原料氣。-P CHIA TECHNULD, CIL lJr2001年在英國米德爾斯堡建成了30MWh氣化圖1GSP氣化工藝流程簡圖裝置,處理液態(tài)廢物(尼龍合成過程中產(chǎn)生的液體廢備煤裝置的煤粉(200目0.075mm)輸送至氣化物),生產(chǎn)燃料氣煤粉儲倉,儲倉中的煤粉進4個鎖斗,通過鎖斗順2005年在捷克共和國建成140MWh氣化裝置,控將煤粉從常F中國煤化工求的操作壓處理煤焦油為IGCC的原料氣力(約4.35MPaHCNMHG某粉,加料斗第5期臧慶安等:GSP氣化爐技術工業(yè)化應用通過角閥控制,經(jīng)3根煤粉管線向氣化爐供應煤粉,環(huán)水泵送至氣化裝置循環(huán)使用,部分經(jīng)廢水泵送至輸送氣體介質(zhì)為N2/CO2汽提單元。中壓蒸汽和高壓氧氣在主燒嘴氧氣管線上混合后,送至主燒嘴的出口,與給料容器來的3根煤粉輸3GSP氣化工藝的關鍵設備結構及反應原送管線的煤粉,在組合燒嘴出口進行充分的混合與理簡介霧化,在氣化爐上部的氣化/燃燒室進行部分氧化反3.1氣化爐應,氣化溫度約1400℃~1600℃,氣化壓力4MPaG,氣化爐作用是提供一定壓力的高溫空間,以干產(chǎn)生富含H2和CO及少量CO2、HS的高溫粗合成氣,煤粉為原料,生產(chǎn)粗合成氣(CO+H2)。氣化爐由燒同時產(chǎn)生液態(tài)渣。氣化室內(nèi)設有水冷壁,水冷壁主要嘴、氣化室、水冷壁和激冷室等部分組成,結構示意作用是抵抗1400℃~1700℃高溫及熔渣的侵蝕,水見圖2冷壁系由水冷盤管及固定在盤管上的抓釘與SiC耐干煤粉蒸汽/氧氣火材料共同組成的一個圓筒形膜式壁。膜壁與承壓外殼間約有50mm間隙,間隙間充滿一股流動的常溫加壓水←合成氣。水冷壁水冷管內(nèi)的水采用強制密閉循環(huán),通過在汽包內(nèi)換熱間接產(chǎn)生0.5MPa低壓蒸汽,將水中部加水激冷水分熱量移走,以保持水冷壁內(nèi)水溫恒定。激冷室為水夾套承壓空殼,粗合成氣和液態(tài)渣經(jīng)燃燒室下部的排渣→合成氣出口和導管進入氣化爐的激冷室。在激冷室的導管出口處,被激冷水共12個噴頭出來的霧狀激冷水冷卻至約220℃。合成氣由激冷室中部引出,進入下游的兩級文丘里洗滌器,分別進行酸性洗滌和堿性洗滌,并且在兩級文丘里分離罐進行氣液分離。溶有灰塵圖2GSP氣化爐結構圖和雜質(zhì)的洗滌水從兩級文丘里罐底排出,送往黑水氣化爐分為兩室,上部為氣化室,壓力殼體內(nèi)有閃蒸單元。合成氣進入部分冷凝器,通過降溫冷凝作水冷壁,外有水夾套。水冷壁內(nèi)壁涂敷耐火材料用,使形成的液滴進一步捕捉粗合成氣夾帶的微量SsiC。隨著氣化反應的進行,通過燒嘴的粉煤與純氧灰塵,粗合成氣進入原料氣分離罐再次進行氣液分及水蒸汽進行部分氧化反應。同時形成一部分灰渣離。氣液分離后,粗合成氣從分離罐頂部的出口管線熔融態(tài)的灰渣遇到水冷壁后冷卻凝固,附著在水冷送往下游變換單元,分離出來的冷凝液,跟變換裝置壁上的SC涂層上,在水冷壁內(nèi)側SC襯里表面掛渣送過來的工藝冷凝液混合,作為文丘里洗滌系統(tǒng)的層。生產(chǎn)后采取以渣抗渣的原理進行保護水冷壁,掛洗滌水。渣是一個動態(tài)過程,即低溫渣層加厚,溫度升高渣層激冷室下部為錐形,內(nèi)充滿水,熔渣遇冷固化成減薄。顆粒落入水浴,通過渣鎖斗排放到撈渣機,固體渣經(jīng)水冷壁內(nèi)通入較高流量的低壓冷卻水,外側有SiC撈渣機送至渣車外運,液體經(jīng)黑水泵送至黑水單元及掛渣的耐火隔熱保護,使得水冷壁金屬表面溫度保持沉降處理在較低的水平,因此水冷壁管材為低溫合金鋼。氣化爐激冷室和文丘里洗滌系統(tǒng)的排放水,經(jīng)在水冷壁與承壓殼體環(huán)隙間,通入冷卻了的合兩級閃蒸罐閃蒸后,將黑水中細灰進一步濃縮后送成氣,承壓殼體外有水夾套冷卻,該結構有效降低了入下游黑水處理單元沉降過濾處理,灰水經(jīng)加壓、加承壓殼體的溫度。溫后返回激冷水系統(tǒng)回用下部為激冷室,內(nèi)有激冷噴頭和內(nèi)襯筒。內(nèi)襯筒黑水閃蒸單元和排渣單元的黑水,在沉降槽中與承壓外殼環(huán)隙間激冷水自下而上經(jīng)環(huán)隙頂端溢自然沉降后,將沉降槽中固含量較高的泥漿送至真出,在襯筒內(nèi)中國煤化工壓殼體金屬溫空過濾機進行過濾處理,澄清液送至循環(huán)水罐,經(jīng)循度,且保證承YHaCNMHG神舉技第5期反應室和激冷室通過氣化器的特殊的排出口連線的方式通過環(huán)繞在氧氣區(qū)域的環(huán)形區(qū)域。這樣能接:激冷水在排岀口處供給,合成氣在激冷室的下部夠確保粉煤噴出形成的煙霧統(tǒng)一分布。引出。在激冷室的下部為錐型集渣室,激冷水從渣室上部溢流出氣化爐。吹掃起→火焰測量裝置粉煤氣化爐的燃燒室溫度一般為1400℃~-1500℃C日←點火用燃料氣采用部分氧化的方式釋放出能量,維持反應在大于灰冷卻水出口熔融性溫度時進行,保證煤中的無機物灰分組分形成氧氣/蒸汽→→冷卻水出口熔融狀態(tài)的渣。反應非常迅速,隨壓力的不同而不同.粉狀燃料冷卻水進口→般在4~20之內(nèi)完成反應,基本反應式為CnHm +n/20,nCo+m/2H冷卻水進口冷卻水出口粉煤氣化反應大致可分為3個區(qū)域:(1)裂解區(qū)和揮發(fā)分燃燒區(qū)。當煤粒噴入爐內(nèi)高溫區(qū)域煤顆粒將被迅速加熱,釋放岀揮發(fā)物。揮發(fā)物的數(shù)量與反應物的性質(zhì)、環(huán)境溫度、顆粒大小及升溫速度有關,裂解產(chǎn)生的揮發(fā)物迅速與氧氣發(fā)生反應,因為這一區(qū)域的氧濃度高,所以揮發(fā)物的燃燒是完全圖3GSP加壓氣流床氣化爐燒嘴結構的,同時產(chǎn)生大量的熱量。聯(lián)合燒嘴由生產(chǎn)燒嘴和配有火焰檢測器的點火(2)燃燒-氣化區(qū)。在這一區(qū)域內(nèi),脫去揮發(fā)物燒嘴所組成(見圖3),故稱為聯(lián)合式氣化燒嘴。其結的煤焦或其他碳顆粒,一方面與殘余的氧反應(產(chǎn)物構由7個同心圓筒組成,由中心向外的環(huán)隙依次為是CO和CO2的混合物);另一方面與水蒸氣和CO2點火燃料氣、點火用氧氣、冷卻水、氧氣/蒸汽、冷卻反應生成CO和H,CO和H又可在氣相中與殘余的水、煤粉通道和冷卻水。3根煤粉輸送管均布于最外氧反應,產(chǎn)生更多的熱量。環(huán)隙,并在通道內(nèi)盤旋,使煤粉旋轉(zhuǎn)噴出。給煤管線(3)氣化區(qū)。燃燒物進入氣化區(qū)后,發(fā)生下列反末端與燒嘴頂端相切,在燒嘴外形成一個均勻的煤應:C和CO2的反應,C和H2的反應,CH4轉(zhuǎn)化反應粉層,與氧氣/蒸汽混合后在氣化室內(nèi)高溫下發(fā)生部和煤氣轉(zhuǎn)化反應。由于在高溫(1400℃左右)下反應,分氧化反應,生成主要成分為CO和H2的合成氣碳轉(zhuǎn)化率相當高,CH4含量很低,不產(chǎn)生焦油、酚及高受到高熱負荷的燒嘴部件由循環(huán)冷卻水強制冷級烴等復雜的副產(chǎn)物。所以所排放廢水少,對環(huán)境基卻,燒嘴端部焊有多圈散熱塊,燒嘴主體材質(zhì)為奧氏本不產(chǎn)生污染,且處理起來亦相當簡單。體不銹鋼,噴頭部位為鎳合金材料。32GSP燒嘴的原理及結構GSP燒嘴作用是將干煤粉均勻噴出,與氧氣/蒸4GSP氣化爐的優(yōu)缺點汽混合后在一定溫度壓力下燃燒,生成合成氣。燒嘴4.1優(yōu)點包括點火燒嘴和主燒嘴,主燒嘴由兩個水冷夾套和4.1.1能夠處理低熱值、灰分高和高熔點的煤種煤粉通道、氧氣通道組成。點火燒嘴由燃料氣通道GSP爐用煤的煤種適應性較廣,褐煤、煙煤、無氧氣通道和水冷夾套組成,每個通道都是環(huán)形區(qū)域。煙煤均可使用,對煤的灰分、硫分和氧含量,對煤的點火燒嘴與點火系統(tǒng)和火焰監(jiān)視一起安放在主燒嘴粒度、粘結性、結焦性及活性等均不敏感。干粉煤的中間。點火燒嘴由氧氣和燃料氣進行燃燒。點火燒進料,不受成漿性影響,可使用相對高灰分和高灰熔嘴的用途是啟動系統(tǒng),加熱反應器,給系統(tǒng)升壓并點點煤燃主燒嘴。一旦主燒嘴有故障,點火燒嘴可以繼續(xù)運4.1.2高技術指標行并保持氣化爐壓力,可以迅速重啟主燒嘴。主燒嘴GSP氣化爐與 SHELL氣化爐、GE氣化爐、華東在燒嘴口有一個適當?shù)臏u狀組件。氧氣在這里旋轉(zhuǎn),理工大學四噴嘴氣化爐運行、經(jīng)濟情況對比,GSP氣使媒介與旁邊流出的煤顆粒一起轉(zhuǎn)化成焰色反應的化爐技術具有中國煤化工轉(zhuǎn)化率高形式。煤粉通過3個煤粉管道提供管道的尾端以切反應器熱損失偶CNMHG第5期臧慶安等:GSP氣化爐技術工業(yè)化應用73技術指標對比表(2)GSP氣化爐激冷室采用噴嘴進行激冷降溫除SHELI士古四噴嘴灰渣,在實際運行過程中,因為細灰含量大,氣化爐運行值運行值運行值運行值激冷室的除渣效果不好。激冷室出口合成氣帶灰渣1400~溫度℃量較大,造成文丘里洗滌系統(tǒng)洗滌分離后洗滌水中壓力MPa(a)3.85-3.93.5-40固含量高,導致排液管線堵塞、閥門磨損。同時未經(jīng)啟動時間h過水浴洗滌的合成氣,含灰量高導致變換系統(tǒng)粗合壽命5-2015-201-21-2成氣加熱器、變換保護床頻繁堵塞、系統(tǒng)停車等一系列問題反應器熱損失中(3)CSP氣化技術沒有成熟的黑水處理技術支熱交換淬火/氣冷完全淬火和氣冷完全淬火完全淬火持,循環(huán)水、蒸汽消耗大,水耗遠遠高于設計值比煤耗 kg/kNm5工業(yè)化設計存在的問題及解決建議比氧耗Nm/kNm33269330(1)合成氣帶灰嚴重造成系統(tǒng)堵塞。根據(jù)工藝設比蒸汽耗kg/kNm目前最大計,合成氣含塵量小于1mg/m3?，F(xiàn)由于氣化反應過程P\a改量Nmh1305×10142×10106×109375×10中產(chǎn)生的細灰含量大,合成氣帶灰嚴重>10mg/m3,導致變換系統(tǒng)粗合成氣加熱器、變換保護床頻繁堵塞,效氣含量系統(tǒng)停車。渣殘?zhí)?.88≤3.52)文丘里洗滌水帶灰渣嚴重造成系統(tǒng)磨損。GSP.3低維護費用氣化爐激冷室采用噴嘴進行激冷降溫除灰渣,在實(1)工藝流程簡單、緊湊。際運行過程中,因為細灰含量大,氣化爐激冷室的除(2)設備壽命長,采用水冷壁的氣化爐,無耐火磚,渣效果不好,激冷室出口合成氣帶灰渣量較大,造成預計使用壽命大于25年;使用組合式燒嘴(點火燒嘴與文丘里洗滌系統(tǒng)洗滌分離后洗滌水中固含量髙,導生產(chǎn)燒嘴合二為一),主體壽命預計10年以上致排液管線堵塞、閥門磨損。(3)開、停車操作方便,從冷備到具備投煤條件僅(3)黑水閃蒸系統(tǒng)設計不合理,循環(huán)水、蒸汽消需2h,主燒嘴停車后30min內(nèi)可實現(xiàn)連投,德士古氣耗大,黑水閃蒸系統(tǒng)不匹配?；癄t由冷備到具備投煤條件至少需要24h,主燒嘴停解決問題建議:車后連投最短需2h。目前,立足于多年的運行實踐經(jīng)驗和國內(nèi)其他(4)自動化程度高,全部開停車過程在中控室操氣化工藝的應用實際,主要解決建議為作,德士古和四噴嘴氣化爐開停車現(xiàn)場操作工作量(1)若從根本上解決GSP氣化爐穩(wěn)定長周期運行較大,單爐通常需要7人。問題,就需要改變現(xiàn)在激冷室采用噴嘴進行激冷降4.1.4低碳環(huán)保,環(huán)境友好溫除灰渣的方式。采用成熟的水浴洗滌合成氣的方(1)采用低溫甲醇洗單元,閃蒸出的CO2返回至式,并將氣化爐合成氣的出口位置提高,增加激冷室加壓料斗入口對煤粉進行輸送,滿足煤粉載氣需求,高度,以便合成氣充分洗滌,以降低合成氣含灰量達到循環(huán)利用這樣文丘里系統(tǒng)的堵塞磨損問題將不會發(fā)生,變換(2)做為合成氣中CO的原料,減少CO2對大氣系統(tǒng)粗合成氣加熱器、變換保護床也不會頻繁堵塞的污染。引起系統(tǒng)停車。(3)碳轉(zhuǎn)化率很高,CH4含量很低,不產(chǎn)生焦油(2)目前只能在氣化爐合成氣出口增加鼓泡塔酚及高級烴等復雜的副產(chǎn)物。所以排放廢水少,對環(huán)實現(xiàn)對合成氣粗洗目的,對合成氣中粗顆和灰分進境基本不產(chǎn)生污染。行洗滌分離,但后續(xù)洗滌水中將大量帶灰嚴重,將影42缺點響到裝置穩(wěn)定運行,需要在新增洗滌塔底部再實施(1)煤粉加壓輸送過程復雜,邏輯控制太多,輸防堵塞和磨扌送過程易發(fā)生堵塞,造成氣化爐跳車。(3)重新H中國煤化工CNMHG下轉(zhuǎn)第86頁)86尹成斐等:朔黃重載鐵路路基加固效果分析與評價第5期13]侯德杰強化路基工作改善路基狀態(tài)J鐵道建筑,199612):4-5.[10]王定舉斜向旋噴樁在朔黃鐵路路基病害整治工程中的應[14]王炳龍,周順華,宮全美,方衛(wèi)民.不同高度土工格室整治基床下用[J].鐵道建筑技術,2006(增):35-39病害的試驗研究[冂]巖土工程學報,2003(2):163-1611]王定舉用斜向單管高壓旋噴樁整治朔黃鐵路路基病害[以].鐵建筑,2006(9):35-39[12]狄宏規(guī),冷伍明,趙春彥,余志武既有鐵路路基Kw和Ea檢測輔作者簡介:尹成斐(1974-),工程師,1996年畢業(yè)于北京交通大學,現(xiàn)供職于朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司,主要研究鐵道工務。助裝置及方法[J].鐵道科學與工程學報,2011(5):67-71Reinforcing-effect Analysis and Evaluation of oblique Jet GroutingPile in the embankment of Shuo-huang Heavy Haul RailwayYIN Chengfei XU Fang(1. Shuohuang Railway Developing LLC, Hebei Suning, 062350, China2. Civil Engineering School of Central South University, Changsha City, Hunan Province, 410083, ChinaAbstract: According to the reinforcing -method of oblique jet grouting pile in the embankment of shuo-huang heavy haulailway, sand replacement, second modulus of deformation(E2), dynamic modulus of deformation(Evd), light dynamicneration( No), coefficient of subgrade reaction (K o)and other field tests have been done in a typical work sitePile-soil composite test indicators have been used to evaluate the reinforcing-effect of the oblique jet grouting pile. Testanalysis indicate that the basic bearing capacity of foundation (oo), coefficient of subgrade reaction(K30), secondnodulus of deformation (E2), and dynamic modulus of deformation(E, ) have been significantly enhanced, while theimprovement of the compaction factor (K)of the soil between piles is not high. It is integrated to show that the obliquejet grouting pile has a good effect in reinforcing the embankment. The evaluation method and achievement can bereferenced alI and utilized in other similar projects. And, it has a significant value to popularize this methodKey words: Heavy haul railway roadbed; Oblique jet grouting pile; Roadbed detection; Reinforcing-effect(收稿日期:2012-08-03責任編輯:馬小軍)(上接第73頁)統(tǒng),降低水耗和能耗參考文獻[1]于遵宏,王輔臣煤炭氣化技術[M].化學工業(yè)出版社,2010.6結語[2]趙瑞同,李磊,張峰,胡宇峰未來能源公司的G;SP氣化技術[J.煤化工,2005(12)當前在GSP氣化技術工業(yè)化過程中遇到的問[3]陳家仁加壓氣流床氣化工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題[]煤化工題,需要根據(jù)實際情況進行改造。改造之后的結果需要在今后的運行過程中進一步檢驗。盡管GSP氣化[4]李大尚GSP技術是煤質(zhì)合成氣(或H)工藝的最佳選擇[J煤化技術在工業(yè)化應用過程中發(fā)現(xiàn)以上問題,但以上問題都是可以通過技術改造和技術攻關克服的。在解決設計中存在的問題后,CSP氣化爐技術將為企業(yè)創(chuàng)作者簡介:臧慶安(1973-),1997年畢業(yè)于大連理工大學化工造可觀的經(jīng)濟價值。學院,現(xiàn)供職于神華集團公司煤制油化工部,主要從事煤制油化工生產(chǎn)與裝備管理工作The Industrialized Application of GSP Gasification Furnace TechnologyZANG Qingan ZHANG HongtaoCoal Liquefaction Chemical Industry Department of Shenhua Group Co., Beijing, 100011, ChinAbstract: This paper introduces the developing process and current situation of German GSP gasification furnace technology, and it mainlypresents gasification technology, key equipment and the appearing problems in the industrializeKeywords: Gasification furnace; Industrialized application; Problems; Solving advice中國煤化工(收稿CNMHG編輯:楊靜