1、煤煤结构模型结构模型煤煤 以煤或煤焦为原料，以以煤或煤焦为原料，以氧气氧气（空气、富氧或纯氧）、（空气、富氧或纯氧）、水蒸气水蒸气或或氢氢气气等做气化剂，在等做气化剂，在高温条件高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化可燃部分转化为气体燃料为气体燃料的过程。的过程。条件：气化炉、气化剂、热量条件：气化炉、气化剂、热量CO+H2工业、民用燃气工业、民用燃气合成气合成气氨氨甲醇甲醇油油二甲醚二甲醚烯烃烯烃H2固体煤固体煤煤气化原理煤气化原理 其目的就其目的就是获得清洁是获得清洁能源和化工能源和化工原料原料气化产品气化产品-煤气煤气 新型煤化新型煤化工的一个重工的
2、一个重要单元要单元 煤炭气化技术煤炭气化技术 就是将固就是将固体煤变成气体煤变成气态烃态烃,CO,H2气体等的气体等的技术技术煤气化过程煤气化过程CnHmOxNySz煤气化的过程（煤气化的过程（固定床为例固定床为例）COCO2CH4H2NH3HCNH2SCOS常压气化、加压气化常压气化、加压气化自热式、外热式、热载体供热自热式、外热式、热载体供热空气空气-蒸汽气化、氧气蒸汽气化、氧气-蒸汽气化、氢气气化蒸汽气化、氢气气化粉煤气化、块煤气化、水煤浆气化粉煤气化、块煤气化、水煤浆气化移动床、流化床、气流床、熔融床移动床、流化床、气流床、熔融床气化分类气化分类煤气化发展史煤气化发展史1818世纪后半
3、叶世纪后半叶 用煤生产民用煤气用煤生产民用煤气 欧洲采用干馏方法生产干馏煤气用于城市街道照明欧洲采用干馏方法生产干馏煤气用于城市街道照明18401840年年 用焦炭制发生炉煤气用于炼铁用焦炭制发生炉煤气用于炼铁18571857年年 德国德国SiemensSiemens兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子兄弟最早开发出用块煤生产煤气的炉子18751875年年 用增热水煤气作城市煤气用增热水煤气作城市煤气18821882年年 德国设计了世界第一台常压固定床空气间歇气化炉德国设计了世界第一台常压固定床空气间歇气化炉19131913年年 美国气体改进公司对德国的气化炉进行改进，成为美国气体改进公司对德国
4、的气化炉进行改进，成为UGLUGL炉炉19211921年年 用合成气发电在当时属于高效的发电方式，英国成立能源用合成气发电在当时属于高效的发电方式，英国成立能源 气体公司。这一时期出现了气体公司。这一时期出现了LurgiLurgi气化工艺（移动床）气化工艺（移动床）19321932年年 采用合成气通过费采用合成气通过费-托合成（托合成（Fischer-TropschFischer-Tropsch）合成法生产液体）合成法生产液体 燃料活的成功，带动了煤气化工艺的发展燃料活的成功，带动了煤气化工艺的发展19341934年年 上海建成第一座煤气厂，用立式炉和增热水煤气炉生产城市煤气。上海建成第一座煤
5、气厂，用立式炉和增热水煤气炉生产城市煤气。同年，德国鲁尔化学公司创建第一个同年，德国鲁尔化学公司创建第一个F-TF-T合成油厂合成油厂 移动床的最大问题是不能解决细煤的气化，流化床气化工艺出现，问题迎刃移动床的最大问题是不能解决细煤的气化，流化床气化工艺出现，问题迎刃而解。最著名的流化床是而解。最著名的流化床是WinklerWinkler，大量用于合成氨工业。，大量用于合成氨工业。气化炉在高温下运行使气化技术得到进一步提高。由于温度高，煤灰被融化气化炉在高温下运行使气化技术得到进一步提高。由于温度高，煤灰被融化以液态方式排出。在高温、氧气气化和液态排渣的经验上，气流床气化炉应运而以液态方式排出
6、。在高温、氧气气化和液态排渣的经验上，气流床气化炉应运而生。最早的气流床是德国的生。最早的气流床是德国的Koppers-TotzekKoppers-Totzek（K-TK-T炉），出现于炉），出现于2020世纪世纪5050年代。年代。7070年代年代TexacoTexaco水煤浆加压气化技术的工业化，大大推进了大型煤气化技术的发展。水煤浆加压气化技术的工业化，大大推进了大型煤气化技术的发展。中国于中国于2020世纪世纪3030至至4040年代引进年代引进UGIUGI炉，炉，19501950年后改烧无烟煤，主要年后改烧无烟煤，主要用于制氨和甲醇，最多时候有千余家使用数千台炉子，主要原料是无烟用于
7、制氨和甲醇，最多时候有千余家使用数千台炉子，主要原料是无烟煤和土焦。当时，煤和土焦。当时，UGIUGI炉所生产出来的甲醇大约占全国煤基氨厂总产量的炉所生产出来的甲醇大约占全国煤基氨厂总产量的9/109/10以上。以上。6060年代至今，实现工业化的技术有水煤浆气化（年代至今，实现工业化的技术有水煤浆气化（TexacoTexaco）、）、碎煤加压气化（碎煤加压气化（LurgiLurgi）、灰熔聚流化床气化以及干粉加压气化（）、灰熔聚流化床气化以及干粉加压气化（ShellShell）。）。国内情况国内情况三种床的模型三种床的模型移动床移动床 固定床气化一般采固定床气化一般采用一定块径的块煤（焦、用
8、一定块径的块煤（焦、半焦、无烟煤）或成型半焦、无烟煤）或成型煤为原料，与气化剂逆煤为原料，与气化剂逆流接触，用反应残渣流接触，用反应残渣（灰渣）和生成气的显（灰渣）和生成气的显热，分别预热入炉的气热，分别预热入炉的气化剂和煤，固定床气化化剂和煤，固定床气化炉一般热效率较高。炉一般热效率较高。多多数固定床气化炉采用转数固定床气化炉采用转动炉箅把灰渣从炉底排动炉箅把灰渣从炉底排出，也有采用熔融排渣出，也有采用熔融排渣的固定床气化炉。的固定床气化炉。1 1干燥层干燥层2 2干馏层干馏层3 3还原层还原层4 4氧化层氧化层5 5灰渣层灰渣层A A 灰渣层灰渣层 灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰
9、堆积在炉底的气体分布板上具有灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用。以下三个方面的作用。由于灰渣结构疏松并含有许由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。匀分布有一定的好处。煤灰的温度比刚入炉的气化煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。剂温度高，可使气化剂预热。灰层上面的氧化层温度很高，灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。到保护分布板的作用。灰渣层对整个气化操作的正常进
10、行作用很大，要严格控制。根据煤灰分含量的多灰渣层对整个气化操作的正常进行作用很大，要严格控制。根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100100400mm400mm较为合较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。清灰太少，灰渣层加厚，清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好。清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的
11、阻力；清灰氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化能力，容易出现灰渣熔化烧结，影响正常生产。化烧结，影响正常生产。灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。B B 氧化层氧化层 也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操
12、作的必要条件。氧化剂与煤接触发生燃烧反应，产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。氧化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：化层带温度高，气化剂浓度最大，发生的化学反应剧烈，主要的反应为：C +O2 CO2C +O2 COCO +O2 CO2上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的80
13、80120120为宜，约为宜，约12001200左右。左右。氧化层厚度控制在氧化层厚度控制在150150300mm300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。确定。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适当增大风量来实现。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适当增大风量来实现。C C 还原层还原层 在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化合的能力，水（当气化剂中用蒸汽时）或二氧化碳发生还原反应而生成相而与之化合的能力，水（
14、当气化剂中用蒸汽时）或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氢气和一氧化碳，还原层也因此而得名。还原反应是吸热反应，其热量来源于应的氢气和一氧化碳，还原层也因此而得名。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热。还原层的主要化学反应如下：氧化层的燃烧反应所放出的热。还原层的主要化学反应如下：C +CO2C +H2OC +H2O CO CO +H2CO2 +H2 C +H2CO +H2CO +H2CO2 +H2CH4CH4 +H2OCH4 +CO2CH4 +H2O 由上面的反应可以看出：反应物主要是碳、水蒸气、二氧化碳和二次反应产由上面的反应可以看出：反应物主要是碳、水蒸气、二氧化碳和
15、二次反应产物中的氢气；生成物主要是一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气（用空气怍气物中的氢气；生成物主要是一氧化碳、氢气、甲烷、二氧化碳、氮气（用空气怍气化剂时）和未分解的水蒸气等。常压下气化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、化剂时）和未分解的水蒸气等。常压下气化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、氢气和少量的甲烷，而加压气化时的甲烷和二氧化碳的含量较高。氢气和少量的甲烷，而加压气化时的甲烷和二氧化碳的含量较高。还原层厚度一般控制在还原层厚度一般控制在300300500mm500mm左右。如果煤层太薄，还原反应进行不完全，左右。如果煤层太薄，还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程
16、也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。煤时，容易造成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。因此，在实际操作中，以的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在6
17、00600左右。左右。D D 干馏层干馏层 干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入于馏层时温度已干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入于馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发分发生裂解，产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。分发生裂解，产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷，因而煤气的热值高，可以提高煤气的干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷，因而煤气的热值高，可
18、以提高煤气的热值，但也产生硫化氢和焦油等杂质。热值，但也产生硫化氢和焦油等杂质。E E 干燥层干燥层 干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚入炉的燃料在这一层相遇干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚入炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。一般地，利用劣质煤时因其水分含量较大，并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。一般地，利用劣质煤时因其水分含量较大，该层高度较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。脱水过程大致分为以该层高度较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。脱水过程大致分为以下三个阶段。下三个阶段。第一阶段，如前所述，煤中的水分分外在水分和内在水分。干燥层的上
19、部，上第一阶段，如前所述，煤中的水分分外在水分和内在水分。干燥层的上部，上升的热煤气使煤受热，首先使煤表面的润湿水分即外在水分汽化，这时煤微孔内的升的热煤气使煤受热，首先使煤表面的润湿水分即外在水分汽化，这时煤微孔内的吸附水即内在水分同时被加热。随燃料下移温度继续升高。吸附水即内在水分同时被加热。随燃料下移温度继续升高。第二阶段，煤移动到干燥层的中部，煤表面的外在水分已基本蒸发干第二阶段，煤移动到干燥层的中部，煤表面的外在水分已基本蒸发干净，微孔中的内在水分保持较长时间，温度变化不大，继续汽化，直至水分全部蒸净，微孔中的内在水分保持较长时间，温度变化不大，继续汽化，直至水分全部蒸发干净，温度才
20、继续上升，燃料被彻底干燥。发干净，温度才继续上升，燃料被彻底干燥。第三阶段，燃料移动到干燥层的第三阶段，燃料移动到干燥层的下部时，水分已全部汽化，此时不需要大下部时，水分已全部汽化，此时不需要大量的汽化热，上升的热气流主要是来预热量的汽化热，上升的热气流主要是来预热煤料，同时煤中吸附的一些气体如二氧化煤料，同时煤中吸附的一些气体如二氧化碳等逸出。碳等逸出。F F 空层空层 空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气，并使炉空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气，并使炉内生成的还原层气体和干馏段生成的气体混合均匀。由于空层的自由截面积增大，内生成的还原层气体和干馏
21、段生成的气体混合均匀。由于空层的自由截面积增大，使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带出量。使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带出量。控制空层高度一是要求在炉体横截面积上要下煤均匀，下煤量不能忽大忽控制空层高度一是要求在炉体横截面积上要下煤均匀，下煤量不能忽大忽小；二是要按时清灰。小；二是要按时清灰。3M3M系列移动床混合煤气发生炉系列移动床混合煤气发生炉UGIUGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉W-GW-G（魏尔曼（魏尔曼-格鲁夏）煤气发生炉格鲁夏）煤气发生炉两段式煤气发生炉两段式煤气发生炉碎煤加压气化鲁奇炉碎煤加压气化鲁奇炉液态排渣液态排渣BGL
22、BGL炉炉UGIUGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉 UGI UGI炉炉用空气生产空气煤气或以富氧空气生产用空气生产空气煤气或以富氧空气生产半水煤气时，可采用连续操作方式半水煤气时，可采用连续操作方式，即气化剂从，即气化剂从气化炉底部连续进入，生成气从顶部引出；以气化炉底部连续进入，生成气从顶部引出；以空空气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气时，一时，一般采用间歇式操作方法。在我国目前近般采用间歇式操作方法。在我国目前近40004000台台UGIUGI气化炉中，除少数用连续式操作生产发生炉煤气气化炉中，除少数用连续式操作生产发生炉煤气（即空气煤气）外，绝大部分
23、采用间歇式操作生（即空气煤气）外，绝大部分采用间歇式操作生产半水煤气或水煤气。产半水煤气或水煤气。UGIUGI炉的优点是设备结构简单，易于操作，投炉的优点是设备结构简单，易于操作，投资低，一般不用氧气做气化剂，冷煤气效率较高。资低，一般不用氧气做气化剂，冷煤气效率较高。其缺点是生产能力低，一般每平方米炉膛面积半其缺点是生产能力低，一般每平方米炉膛面积半水煤气发生量仅约水煤气发生量仅约lOOOlOOO立方米立方米/h/h；对煤种的要求；对煤种的要求非常严格；间歇操作时工艺管道非常复杂。非常严格；间歇操作时工艺管道非常复杂。从气化技术发展的角度看，已无法适应现代煤化从气化技术发展的角度看，已无法适
24、应现代煤化工对气化的要求，面临着更新换代。工对气化的要求，面临着更新换代。UGI UGI气化工艺足美国联合气体改进公司开发，并以其命名的气化炉，是一种常压的固气化工艺足美国联合气体改进公司开发，并以其命名的气化炉，是一种常压的固定床煤气化设备，炉子为直立圆筒形结构。原料通常采用无烟煤或焦炭，其特点是可以定床煤气化设备，炉子为直立圆筒形结构。原料通常采用无烟煤或焦炭，其特点是可以采用不同的操作方式（连续或间歇），也可以采用不同的气化剂，制取空采用不同的操作方式（连续或间歇），也可以采用不同的气化剂，制取空气煤气、半水气煤气、半水煤气或水煤气。煤气或水煤气。2008年底统计结果，国内正在运行的煤气
25、化炉情况如下：约约4000台固定床间歇式气化炉台固定床间歇式气化炉 30台碎煤加压气化炉（鲁奇炉）台碎煤加压气化炉（鲁奇炉）11台恩德炉台恩德炉 7台灰融聚气化炉台灰融聚气化炉 8台国产水煤浆气化炉台国产水煤浆气化炉 30台台GE水煤浆气化炉水煤浆气化炉 20台壳牌干粉煤气化炉台壳牌干粉煤气化炉以氧气以氧气-水蒸气做气化剂水蒸气做气化剂固态排渣，适宜弱粘结性碎煤，原料来固态排渣，适宜弱粘结性碎煤，原料来 源受限制源受限制炉结构复杂，设有煤分布器、炉结构复杂，设有煤分布器、破黏和炉破黏和炉 箅转动结构，制造维修费用高箅转动结构，制造维修费用高单炉生产能力较大，技术成熟可靠，业绩多单炉生产能力较大
26、，技术成熟可靠，业绩多出炉煤气焦油、酚含量大，污水处理和出炉煤气焦油、酚含量大，污水处理和 煤气净化工艺复杂煤气净化工艺复杂灰锁上下阀使用寿命不长灰锁上下阀使用寿命不长灰渣含碳在灰渣含碳在5%左右左右LurgiLurgi气化工艺气化工艺BGLBGL气化工艺气化工艺 BGL气化工气化工艺是在艺是在Lurgi气气化工艺基础上发化工艺基础上发展起来的，最大展起来的，最大的改进是将鲁奇的改进是将鲁奇的固态排渣改为的固态排渣改为熔融态排渣，提熔融态排渣，提高了操作温度，高了操作温度，同时也提高了生同时也提高了生产能力，更适合产能力，更适合灰熔点低的煤种。灰熔点低的煤种。气化炉下方的熔气化炉下方的熔渣室使
27、用水对熔渣室使用水对熔渣激冷。渣激冷。与普通的鲁奇炉相比，与普通的鲁奇炉相比，BGL炉有以下优点：炉有以下优点：单位截面积的的产量提高单位截面积的的产量提高低水蒸气消耗，搞水蒸气低水蒸气消耗，搞水蒸气 分解率，废水量大大减少分解率，废水量大大减少气化效率明显提高气化效率明显提高降低了焦油等难处理副产降低了焦油等难处理副产 物的生成量物的生成量取消了转动炉篦，结构简取消了转动炉篦，结构简 单化单化喷嘴中可喷入煤粉，本工喷嘴中可喷入煤粉，本工 艺产生含酚废水可制成水艺产生含酚废水可制成水 煤浆自喷嘴入炉气化煤浆自喷嘴入炉气化太重煤化工设备分公司为中煤鄂尔多斯能源化工有限太重煤化工设备分公司为中煤鄂
28、尔多斯能源化工有限公司图克化肥项目生产的年产公司图克化肥项目生产的年产 200200万吨合成氨项目配万吨合成氨项目配套套BGLBGL气化炉。长气化炉。长1717米，直径米，直径4.64.6米，重米，重220220吨，是迄今吨，是迄今为止世界最大的为止世界最大的BGLBGL炉。炉。流化床流化床 当气体或液体以某种速度通过颗粒床层而足以使颗粒物料悬浮，并能保持连续当气体或液体以某种速度通过颗粒床层而足以使颗粒物料悬浮，并能保持连续的随机运动状态时，便出现了颗粒床层的流化。流化床气化就是利用流态化的原理的随机运动状态时，便出现了颗粒床层的流化。流化床气化就是利用流态化的原理和技术，使煤颗粒通过气化介
29、质达到流态化。和技术，使煤颗粒通过气化介质达到流态化。流化床的特点在于其有较高的气流化床的特点在于其有较高的气-固之固之间的传热、传质速率，床层中气固两相的混合接近于理想混合反应器。间的传热、传质速率，床层中气固两相的混合接近于理想混合反应器。也称沸腾床适应也称沸腾床适应于劣质煤种的气化，于劣质煤种的气化，气化强度高，煤气中气化强度高，煤气中基本不含焦油和酚。基本不含焦油和酚。温克勒气化（温克勒气化（WinklerWinkler）恩德炉恩德炉LurgiLurgi常压循环流化床（常压循环流化床（CFBCFB）高温温克勒（高温温克勒（HTWHTW）气化）气化灰熔聚气化法：灰熔聚气化法：U-GasU
30、-Gas炉炉 和和 KRWKRW炉炉KBRKBR输送床输送床加氢气化法：加氢气化法：HYGAS HYGAS 和和 HYdraneHYdrane固体热载体气化法：固体热载体气化法：COCO2 2受体法和受体法和CogasCogas法法温克勒气化炉温克勒气化炉 典型的工业规模的炉型高典型的工业规模的炉型高2323米，米，内径内径5.55.5米，米，单炉生产能力较大单炉生产能力较大，可充分利用机械化采煤得到的细粒可充分利用机械化采煤得到的细粒度煤。干馏和气化在相同温度下进度煤。干馏和气化在相同温度下进行，干馏温度较移动床高得多，所行，干馏温度较移动床高得多，所以以煤气中几乎不含焦油，酚和甲烷煤气中几
31、乎不含焦油，酚和甲烷含量也很少。含量也很少。气化温度在气化温度在900900左右，故应左右，故应使用活性高的煤作原料，同样由于使用活性高的煤作原料，同样由于温度低，温度低，不利于不利于COCO2 2的还原和水蒸的还原和水蒸气的分解，煤气中气的分解，煤气中COCO2 2含量偏高含量偏高。出炉煤气温度高，出炉煤气温度高，热损失大。气流热损失大。气流速度高使得煤气中带出物较多。速度高使得煤气中带出物较多。恩德炉恩德炉1.煤气出口2.人孔3.炉身4.耐温层5.喷嘴 301500)(1500)和灰分含和灰分含量较高量较高(30%)(30%)时，气化炉的经济性会急剧下降。因而要求煤炭灰熔点时，气化炉的经济
32、性会急剧下降。因而要求煤炭灰熔点FT1500FT1500，灰含量在，灰含量在8%20%8%20%之间；之间；ShellShell气化炉要把煤炭的含水量降低到很小的值气化炉要把煤炭的含水量降低到很小的值(烟煤的含水量降至烟煤的含水量降至2%2%，褐煤降至褐煤降至6%)6%)，因此在煤炭处理的时候，因此在煤炭处理的时候需要有烘干设备需要有烘干设备，不宜利用含水，不宜利用含水量较高的煤炭；量较高的煤炭；干法进料系统的干法进料系统的粉尘排放远大于水煤浆进料系统粉尘排放远大于水煤浆进料系统；气化炉气化炉结构过于复杂，加工难度大结构过于复杂，加工难度大。河南煤化集团煤化集团公司年产河南煤化集团煤化集团公司
33、年产5050万吨甲醇主装置万吨甲醇主装置夜景夜景GSPGSP特点特点 进料方式：干法和湿法均有进料方式：干法和湿法均有气化温度为气化温度为1300130015001500采用气化室和激冷室结构采用气化室和激冷室结构外壳为水冷夹套结构，减少外壳为水冷夹套结构，减少热损失，提高效率热损失，提高效率内层分水冷壁和耐火砖两种内层分水冷壁和耐火砖两种GSPGSP气化技术最早是由前东德的德意志燃料研究所气化技术最早是由前东德的德意志燃料研究所(简称简称DBI)DBI)从从19751975年起开发的能源技术，可用于处理年起开发的能源技术，可用于处理固体燃料，尤其是低品位褐煤，后来几经易主，现固体燃料，尤其是
34、低品位褐煤，后来几经易主，现已被德国西门子公司收购。已被德国西门子公司收购。优势优势 气化炉内部采用气化炉内部采用膜式水冷壁膜式水冷壁，可承受高达，可承受高达20002000的气化温度。对原料的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少，可以气化高灰熔点的煤。煤的灰熔点限制较少，可以气化高灰熔点的煤。由于是干粉进料，粗合成气中由于是干粉进料，粗合成气中有效气（有效气（CO+HCO+H2 2）浓度高）浓度高，接近，接近90%90%，COCO2 2含量低。含量低。气化效率高，原料煤及氧气消耗低。气化效率高，原料煤及氧气消耗低。碳转化率碳转化率99%99%，原料利用率高。，原料利用率高。采用激冷工艺流程，设
35、备采用激冷工艺流程，设备结构简单结构简单，装置，装置投资少投资少。采用水冷壁副产低压蒸汽，通过监控水冷壁的出水温度，判断炉壁的采用水冷壁副产低压蒸汽，通过监控水冷壁的出水温度，判断炉壁的挂渣情况，有利用于挂渣情况，有利用于气化炉的稳定操作及延长设备的寿命气化炉的稳定操作及延长设备的寿命。组合式工艺烧嘴（点火及工艺烧嘴合一）及特殊的组合式工艺烧嘴（点火及工艺烧嘴合一）及特殊的烧嘴结构，保证了烧嘴结构，保证了气化较长的周期和较大的操作弹性气化较长的周期和较大的操作弹性。经过冷激和洗涤，粗合成气经过冷激和洗涤，粗合成气含尘量低含尘量低，同时有较高的水汽比，变换，同时有较高的水汽比，变换无无需外补蒸汽
36、需外补蒸汽。组合式气化喷嘴结构示意图组合式气化喷嘴结构示意图 神华宁煤集团煤基烯烃项目神华宁煤集团煤基烯烃项目E-GasE-Gas（DestecDestec）E-Gas E-Gas气化技术最早由气化技术最早由DestecDestec公司开公司开发，采用水煤浆进料，两段气化，后被发，采用水煤浆进料，两段气化，后被Dow(Dow(陶氏化学陶氏化学)公司收购。公司收购。20002000年，该技年，该技术又被美国康菲石油公司收购。术又被美国康菲石油公司收购。由德士古气化技术上发展的二段式由德士古气化技术上发展的二段式气化工艺，气化炉内衬采用耐火砖，约气化工艺，气化炉内衬采用耐火砖，约85%85%的煤浆
37、与氧气通过喷嘴射流进入气化的煤浆与氧气通过喷嘴射流进入气化炉第一段，进行高温气化反应；二段入炉第一段，进行高温气化反应；二段入口加入的煤浆与一段的高温气体进行热口加入的煤浆与一段的高温气体进行热质交换，煤在高温下热解，残炭与质交换，煤在高温下热解，残炭与CO2CO2和和H2OH2O发生吸热反应，可使上端出口温度降发生吸热反应，可使上端出口温度降低到低到10401040左右，合成气通过一个火管左右，合成气通过一个火管锅炉进行降温，然后进图陶瓷过滤器，锅炉进行降温，然后进图陶瓷过滤器，分离灰渣，灰渣循环进入气化炉一段。分离灰渣，灰渣循环进入气化炉一段。特点特点 水煤浆二段气化的方法使粗煤气出口温度
38、下降至水煤浆二段气化的方法使粗煤气出口温度下降至10001000左右，既左右，既方便方便了热回收系统的设计、制造、运行和维护，又有利于提高热利用率了热回收系统的设计、制造、运行和维护，又有利于提高热利用率延长了煤气在颅内的停留时间，使延长了煤气在颅内的停留时间，使焦油、重烃化合物能充分热解焦油、重烃化合物能充分热解，且，且半焦吸附残余重烃半焦吸附残余重烃 化合物，循环入炉，化合物，循环入炉，使使后续净化处理装后续净化处理装 置简化置简化半焦的循环入炉，半焦的循环入炉，提提 高了碳转化率和冷煤高了碳转化率和冷煤 气效率气效率PrenfloPrenflo（普兰福）（普兰福）和和ShellShell
39、相似，都来源于相似，都来源于K-TK-T炉。都是多喷嘴上行干煤粉气化炉。都是多喷嘴上行干煤粉气化工艺，都采用冷壁炉，冷煤气回工艺，都采用冷壁炉，冷煤气回炉激冷热煤气，煤气冷却都用废炉激冷热煤气，煤气冷却都用废锅。其主要锅。其主要差别在于废锅的设置差别在于废锅的设置上，壳牌气化技术在经过桥管后上，壳牌气化技术在经过桥管后在侧边设置废锅在侧边设置废锅,而普兰福气化而普兰福气化技术废锅设置在顶部技术废锅设置在顶部。因其技术。因其技术开发者克虏伯开发者克虏伯-科伯斯（科伯斯（Krupp-Krupp-KoppersKoppers）在开发）在开发K-TK-T炉时，就是炉时，就是用这种结构。用这种结构。多喷
40、嘴对置式水煤浆气化（多喷嘴对置式水煤浆气化（ECUSTECUST）九五国家重点科技攻关项目九五国家重点科技攻关项目“新型多喷嘴对置式水煤浆气新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术化技术”，由，由华东理工大学、华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、天辰化学工兖矿鲁南化肥厂、天辰化学工程公司程公司共同承担，并于共同承担，并于20002000年年1010月通过国家石油和化学工业月通过国家石油和化学工业局考核和鉴定，局考核和鉴定，是我国拥有自是我国拥有自主知识产权的煤气化技术主知识产权的煤气化技术。优势优势 四个对置预膜式喷嘴高效雾化四个对置预膜式喷嘴高效雾化+撞击三相混合好，无短路物流，平推流撞击三相混合好，无短路
41、物流，平推流段长，段长，比氧耗和比煤耗低，气化反应完全比氧耗和比煤耗低，气化反应完全,转化率高转化率高多喷嘴使气化炉负荷调节范围大，多喷嘴使气化炉负荷调节范围大，适应能力强，有利于装置的大型化适应能力强，有利于装置的大型化激冷室为喷淋激冷室为喷淋+鼓泡复合床，没有黑水腾涌现场，液位平稳，避免了带鼓泡复合床，没有黑水腾涌现场，液位平稳，避免了带水带灰，合成气和黑水温差小，水带灰，合成气和黑水温差小，提高了热能传递效果提高了热能传递效果粗煤气混合粗煤气混合+旋风分离旋风分离+水洗塔分级净化，水洗塔分级净化，压降小、节能、分离洗涤效压降小、节能、分离洗涤效果好果好渣水直接换热，渣水直接换热，热回收效
42、率高，没有结垢和堵灰现场热回收效率高，没有结垢和堵灰现场在充分研究剖析国外水煤浆气化的不足之处的基础上，全过程完全的在充分研究剖析国外水煤浆气化的不足之处的基础上，全过程完全的自主创新，整套技术均具有自主知识产权，自主创新，整套技术均具有自主知识产权，技术转让费大大低于国外技术转让费大大低于国外技术技术ECUST-ECUST-预膜式喷嘴预膜式喷嘴氧气与水煤浆同时离开喷嘴,无预混室，运用内、外侧高速氧气的扰动实现水煤浆的雾化和水煤浆与氧气的充分混合。与Texaco预混式喷嘴相比，预膜式喷嘴的氧气压力损失大大降低，雾化滴径约降低10%。这是因为预膜式喷嘴水煤浆膜初始厚度降低，更易于雾化。由于避免了
43、水煤浆与中心氧气的预混，降低了煤浆通道的出口速度，减少了煤浆通道的磨损，对延长喷嘴寿命有利。三个流股的物料喷出时形成了同轴交叉.因水煤浆在喷出烧嘴之前呈环形薄膜状，故称预膜式烧嘴。O2水煤浆工业装置运行情况工业装置运行情况航天炉（航天炉（HT-LHT-L）航天炉粉煤加压气化技术属于加压气流床工艺，是在航天炉粉煤加压气化技术属于加压气流床工艺，是在借鉴壳牌、德士古及借鉴壳牌、德士古及GSPGSP加压气化工艺设计理念的基础上，加压气化工艺设计理念的基础上，由由北京航天万源煤化工工程技术有限公司北京航天万源煤化工工程技术有限公司自主开发，具有独自主开发，具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。特创新的新
44、型粉煤加压气化技术。20082008年先后在安徽临泉、河南龙宇建成年先后在安徽临泉、河南龙宇建成2 2套单炉日投煤套单炉日投煤量量720t720t的示范装置。的示范装置。航天炉由航天炉由烧嘴、气化炉燃烧室、激冷室及承压外壳烧嘴、气化炉燃烧室、激冷室及承压外壳组成组成,其中烧嘴为点火烧嘴、开工烧嘴和粉煤烧嘴组成的其中烧嘴为点火烧嘴、开工烧嘴和粉煤烧嘴组成的组合式烧组合式烧嘴嘴。气化炉燃烧室内部设有。气化炉燃烧室内部设有水冷壁水冷壁,其主要作用是抵抗其主要作用是抵抗1450145017001700高温及熔渣的侵蚀。为了保护气化炉压力容器高温及熔渣的侵蚀。为了保护气化炉压力容器及水冷壁盘管及水冷壁盘
45、管,水冷壁盘管内通过中压锅炉循环泵维持强制水冷壁盘管内通过中压锅炉循环泵维持强制水循环。盘管内流动的水吸收气化炉内反应产生的热量并发水循环。盘管内流动的水吸收气化炉内反应产生的热量并发生部分汽化生部分汽化,然后在中压汽包内进行汽液分离然后在中压汽包内进行汽液分离,产出产出5.0MPa(5.0MPa(表压表压)的中压饱和蒸汽送入蒸汽管网。水冷壁盘管与的中压饱和蒸汽送入蒸汽管网。水冷壁盘管与承压外壳之间有一个承压外壳之间有一个环腔环腔,环腔内充入流动的环腔内充入流动的COCO2 2(N(N2 2)作为保作为保护气护气。激冷室激冷室为一承压空壳为一承压空壳,外径与气化炉燃烧室的直径相外径与气化炉燃烧
46、室的直径相同同,上部设有上部设有激冷环激冷环,激冷水由此喷入气化炉内。下降管将合激冷水由此喷入气化炉内。下降管将合成气导入激冷水中进行水浴成气导入激冷水中进行水浴,并设有并设有破泡条及旋风分离装置破泡条及旋风分离装置,这种结构可有效这种结构可有效解决气化炉带水解决气化炉带水问题。问题。特点特点 技术先进，具有的热效率技术先进，具有的热效率(可达可达95%)95%)，碳转化率高，碳转化率高(可达可达99%)99%)；气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到15001500至至17001700度；度；对煤种要求低，可实现原料本地化；对煤种要求低，可实现原料本地化；具
47、有自主知识产权，专利费用低；具有自主知识产权，专利费用低；关键设备全部国产化，投资少关键设备全部国产化，投资少气化压力：气化压力：4MPa4MPa气化温度：气化温度：1400-17001400-1700设计炉型能力：设计炉型能力：42000Nm42000Nm3 3/h/h（CO+HCO+H2 2）单炉能力：单炉能力：20000-75000Nm20000-75000Nm3 3/h/h（CO+HCO+H2 2）炉体材料：炉体材料：15CrMoR+316L15CrMoR+316L水冷盘管材料：水冷盘管材料：15CrMo15CrMo气化烧嘴气化烧嘴燃烧负荷调节范围大燃烧负荷调节范围大 负荷调节范围：负
48、荷调节范围：60%60%120%120%烧嘴结构设计合理烧嘴结构设计合理 具有良好的燃烧性能，中心氧与旋流具有良好的燃烧性能，中心氧与旋流煤粉混合充分，煤粉反应完全，火焰形煤粉混合充分，煤粉反应完全，火焰形状、稳定性好状、稳定性好安装、调试、维护方便安装、调试、维护方便集高能电点火装置、液化气集高能电点火装置、液化气(柴油）点柴油）点火烧嘴、火检为一体，独立冷却水外盘火烧嘴、火检为一体，独立冷却水外盘管，拆装维护方便。管，拆装维护方便。烧嘴的设计寿命大大延长烧嘴的设计寿命大大延长 水冷夹套式烧嘴冷却方案，可保证烧水冷夹套式烧嘴冷却方案，可保证烧嘴长周期运行稳定可靠。设计寿命嘴长周期运行稳定可靠
49、。设计寿命2020年，年，烧嘴头部局部维护时间烧嘴头部局部维护时间6 6月一次月一次 水流量分布均匀水流量分布均匀“四进四出四进四出”结构可以保证管程流阻分布均结构可以保证管程流阻分布均匀匀盘管焊接接头少盘管焊接接头少单根直管可达单根直管可达12m12m盘管轴向热膨胀量较小盘管轴向热膨胀量较小 盘管热应力分析表明，径向热膨胀量盘管热应力分析表明，径向热膨胀量6mm6mm多组冷却水盘管便于维护和更换多组冷却水盘管便于维护和更换烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，易于调节和烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，易于调节和更换更换 制造加工工艺成熟制造加工工艺成熟 专用盘管热弯、焊接、组装、检验生产线专用盘管热弯、焊
50、接、组装、检验生产线密闭式盘管水冷壁辐射室结构密闭式盘管水冷壁辐射室结构三条相同的进煤管线粉煤过滤器S-1103粉煤贮仓V-1201V-1204粉煤锁斗V-1205粉煤给料罐中压汽包V-1302原料煤贮仓V-1101磨煤机A-1101惰性气体发生器F-1101原料煤高压氮气空气燃料气渣称重给煤机X-1101氧气加热器E-1309P-1301A/B汽包循环泵F-1301气化炉洗涤塔C-1301高压闪蒸罐V-1401真空闪蒸罐V-1404除氧器V-1408灰水罐T-1401沉降槽S-1401过滤机S-1402锅炉给水中压过热蒸汽氧气粗合成气去火炬粗合成气脱盐水闪蒸气去火炬冷凝液来自变换低压饱和蒸汽
