1、水煤浆清华炉煤气化技术及应用水煤浆清华炉煤气化技术及应用 电话：+86-10-62795930手机：+86-Email:zhang-2013年9月10日主要内容主要内容 典型气流床煤气化技术分析 耐火砖清华炉及特点 水冷壁清华炉及特点 煤气化技术选择思考1.1 典型气流床气化技术典型气流床气化技术ShellPrenfloGSPE-Gas两段干煤粉两段干煤粉四喷嘴四喷嘴HT-L航天炉航天炉Texaco1.2 气流床气化单元技术组合气流床气化单元技术组合干法进料湿法进料水冷壁保护耐火砖保护废热锅炉直接激冷进料方式进料方式承压钢壳承压钢壳保护方式保护方式合成气热合成气热回收方式回收方式GEGE、E-
2、Gas、四喷嘴、四喷嘴GSP、HT-LShell、Prenflo、两段干粉两段干粉？1.1 典型气流床气化技术典型气流床气化技术ShellPrenfloGSPE-Gas两段干煤粉两段干煤粉四喷嘴四喷嘴HT-L航天炉航天炉Texaco62.1 煤气化技术成果及应用煤气化技术成果及应用新技术工业化示范：新技术工业化示范：实现实现500吨吨/天容量工业示范技术。天容量工业示范技术。2007年年12月月通过科技成果鉴定：通过科技成果鉴定：u气化炉上部温度比GE水煤浆气化炉降低50，喷嘴使用寿命延长喷嘴使用寿命延长1倍倍；u有效气成分提高有效气成分提高12个百分点个百分点，碳转化率、，碳转化率、比氧耗、
3、比煤耗均有所改善，处于水煤浆气比氧耗、比煤耗均有所改善，处于水煤浆气化技术的化技术的国际先进水平国际先进水平。推广应用：推广应用：u中国石油和化学工业协会科技进步一等奖科技进步一等奖，2009u中国氮肥工业协会技术进步一等奖技术进步一等奖，2010u中国氮肥工业协会确定为“行业振兴支持技术”，2009u国家发改委列入国家“先进煤气化节能技术重点节能推广目录”，2009u工信部列入“氮肥行业清洁生产连续加压煤气化技术推广目录”，2009第一代清华气化炉技术核心概念：技术核心概念：将燃烧领域燃烧领域分级送风概念引进气化领域，解决气化炉温度分布问题和混合问题。形成了世界首个氧气分级气流床煤世界首个氧
4、气分级气流床煤气化技术气化技术第1代清华炉：氧气分级三、水冷壁清华炉研究背景三、水冷壁清华炉研究背景煤种适应性：煤种适应性：“三高煤三高煤”高可用率：长周期稳定运行高可用率：长周期稳定运行高可靠性：减少意外停车高可靠性：减少意外停车灵活性：启停速度快灵活性：启停速度快高压大容量：减少系统能耗、单炉产气量大高压大容量：减少系统能耗、单炉产气量大水煤浆水冷壁必须解决的几个问题：水煤浆水冷壁必须解决的几个问题：水冷壁结构水冷壁结构 水煤浆的点火水煤浆的点火 水动力水动力 水冷壁的保护水冷壁的保护1.1.热效率问题热效率问题83.1 清华水冷壁气化炉特点清华水冷壁气化炉特点第二代清华气化炉技术核心概念
5、：技术核心概念：将燃烧领域燃烧领域的凝渣保护技术和自然循环膜式壁技术引进气化领域，解决原水煤浆气化技术的煤种限制瓶颈和高能耗点火问题。形成了可适应高灰熔点煤种，具备本质安全的世界第一世界第一个水煤浆水冷壁煤气化工艺个水煤浆水冷壁煤气化工艺。新技术工业化示范：新技术工业化示范：产学研结合，600吨/天容量世界首套水煤世界首套水煤浆水冷壁气化工业装置浆水冷壁气化工业装置示范炉11年8月一次启动成功连续运行。12年9月通过科技成果鉴定：具有显著的创新性具有显著的创新性.，拥有自主知识产权.同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，综合性能优异，总体技术处于国际领先水平。国际领先水平。新技术优势及
6、推广：新技术优势及推广：u气化最高灰熔点煤种成功，覆盖褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶u首次点火创开车连续运行140天纪录u本质安全本质安全的水冷壁技术，确保极端情况下设备安全u点火从GE技术的3天减到本技术的3小时，节能节能90%u无损耗膜式壁替代替昂贵短寿命耐火砖，投资和维护成本低u气化炉压力壳运行温度从230度降到110度，低价国产钢材代替昂贵进口钢材u连续签订技术使用合同15个，特别是已签订用本技术改造GE技术协议第2代清华炉：水冷壁3.1.1 本质安全本质安全的水冷壁气化技术的水冷壁气化技术水冷壁按照自然循环设计，强制循环运行。即便特殊故障无法强制供水，水汽系统仍可自然循环，保证气化炉安全停
7、车，不会出现给水泵停运引发的重大安全事故冷却水分布均匀，系统阻力低；不会出现汽水分层现象。DCS记录的全厂断电时水冷壁内的循环水流量膜式水冷壁结构研究膜式水冷壁结构研究n垂直悬挂膜式水冷壁结构n自然循环设计n不产生过热蒸汽n水冷壁、烧嘴冷却水共用一套水循环系统水冷壁水动力研究水冷壁水动力研究水冷壁系统简图水冷壁系统简图水冷壁计算尺寸计算高度mm6974计算长度mm8364受热长度mm7044弯头尺寸角度 弯管半径 mm流动方向1120100向下218053从下到上3135150向上4135150向上5120100向上6150100向上7150100向上管子结构516mmTout=215.28，
8、Pout=4.421MPawcr=0.343m/s，wsafe=0.332m/s水冷壁水动力研究水冷壁水动力研究管子结构386mm流量压降曲线流量压降曲线Tout=218.22，Pout=4.421MPa，wcr=0.359 m/s 3.1.2点火、升温、投煤最安全简捷点火、升温、投煤最安全简捷的气化技术的气化技术只采用一个组合烧嘴，实现气化炉点火、升温、投料全过程，从冷态到满负荷只需要3个小时，解决了耐火砖气化炉热惰性带解决了耐火砖气化炉热惰性带来的启停速度慢的问题来的启停速度慢的问题燃料气自动点火 气化炉加热升温 水煤浆投料着火 燃料气自动切换 升压、正常运行The water flow
9、rate during the period of power loss of the whole plant3.1.3 煤种适应性更宽煤种适应性更宽的水煤浆气化技术的水煤浆气化技术将燃烧领域垂直悬挂自然循环膜式水冷壁及其凝渣保护的概念引进到水煤浆气化中，突破了现有水煤浆水煤浆+耐火砖耐火砖的传统概念。J解决现有耐火砖气化炉的煤种灰熔点限制问题解决现有耐火砖气化炉的煤种灰熔点限制问题；解决了耐火砖气化炉频繁昂贵的高铬砖维护更新问题解决了耐火砖气化炉频繁昂贵的高铬砖维护更新问题运行两年原始SiC涂层没有变化。The water flow rate during the period of pow
10、er loss of the whole plant3.1.4 单炉可用率更高单炉可用率更高的水煤浆气化技术的水煤浆气化技术采用水冷壁结构，从而不必每年停车更换锥底砖（需要15天左右），定期更换全炉向火面砖（需要2个月），单炉年运转可达8000小时以上，为系统不配置备用炉创造了条件新的烧嘴冷却结构和冷却流程，烧嘴的热应力降低烧嘴的热应力降低，使用寿命使用寿命为现有烧嘴的为现有烧嘴的2 2倍以上倍以上气化炉启动快，系统响应快；烧嘴使用寿命长。使用140天后的工艺烧嘴，预计寿命可以达到180天3.1.5 成本大幅度降低成本大幅度降低的水冷壁气化技术的水冷壁气化技术承压钢壳温度比耐火砖炉气化炉降低1
11、00左右，减少散热损失；钢壳材料要求降低，制造成本降低，制造成本降低时外壳温度降低也减少了气化炉的散热量，热效率提高。3.2 改造在用的耐火砖气化炉改造在用的耐火砖气化炉Description of the contents Description of the contentsDescribe a vision of company or strategic contents.Describe a vision of company or strategic contents.更换一次渣口砖、向火面砖及拱顶砖的费用大致在300万元左右，十年时间需要更换6次到7次，折合节约费用1800万元到2
12、100万元。渣口砖的更换费用为30万元左右，十年时间需要更换20次左右，折合节约费用600万元。综合考虑十年时间公司耐火砖气化炉仅更换耐火砖就需要支付将近2400万元到2700万元。主要效益主要效益节约原料煤成本节约原料煤成本：每年处理煤量按每年处理煤量按22.5万万吨，每吨煤成本节约吨，每吨煤成本节约100元计算，每年仅元计算，每年仅煤成本一项就可节约成本煤成本一项就可节约成本2250万元。万元。3.3 水煤浆水冷壁气化炉应用水煤浆水冷壁气化炉应用u水煤浆水冷壁清华炉2011年8月22一次投料成功，首次投料即连续运行140天，创造了煤气化技术开车的新水平和新纪录。u本质安全的水冷壁水循环系统
13、u采用组合烧嘴，系统启动快，从耐火砖气化炉的3天缩短到3小时u煤种适应性好，可以采用灰熔点达到1500的煤种3.3 水煤浆水冷壁气化炉应用及特点水煤浆水冷壁气化炉应用及特点该技术同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点气化炉的优点，综合性能优异，是具有国际领国际领先水平先水平的自主知识产权新型煤气化技术3.4 清华水冷壁气化炉业绩清华水冷壁气化炉业绩 Description of the contentsDescribe a vision of company or strategic contents.Describe a vision of company
14、or strategic contents.1 山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司气化炉 直径：2800mm，压力：4.0MPa 已投产运行（1）合成氨2 克拉玛依盈德气体有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：4.0MPa 正在建设（2+1）炼油供氢（中石油克拉玛依）3 石家庄盈鼎气体有限公司气化炉 直径：3200mm，压力：6.5MPa 正在建设（2+1）炼油供氢（中石化石炼化）4潍坊盈德气体有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：4.0MPa正在建设（2台）丁辛醇5江苏华昌化工股份有限公司气化炉 直径：3200mm，压力：6.5MPa正在建设（2+1）合成氨丁辛醇6华电新疆昌吉能源化工有
15、限公司气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在建设（2）合成氨7山东金诚化工科技有限公司气化炉 直径：2600mm，压力：6.5MPa 正在建设（1+1）炼油供氢8中盐德邦（江苏）化工股份有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在建设（1+1）合成氨3.4 清华水冷壁气化炉业绩清华水冷壁气化炉业绩 Description of the contentsDescribe a vision of company or strategic contents.Describe a vision of company or strategic contents.9中海石油天
16、野化工股份有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在设计（2）合成氨10河北阳煤正元化工集团有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：3.5MPa 正在设计（2）合成氨、尿素11 山西阳煤集团煤化工产业局（平定项目）气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在设计（2）40万吨/年乙二醇）12新疆天业集团天辰化工有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在设计（2）乙二醇、1,4丁二醇，甲醇13兴安盟乌兰泰安能源化工有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在设计（2）合成氨、尿素14新疆国泰新华矿业股份有限公司气化炉 直径：2800m
17、m，压力：6.5MPa 正在设计（2）15荆门石化炼油扩能改造工程煤制氢配套项目气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 正在设计（3）氢气1 黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司气化炉 直径：2800mm，压力：4.0MPa 已签署改造协议，正在进行合成氨、尿素2 贵州鑫晟煤化工有限公司气化炉 直径：2800mm，压力：6.5MPa 完成技术方案,合同谈判。甲醇4.煤气化技术选择煤气化技术选择水煤浆水冷壁气化炉只是将气化炉的衬里进行了改变，仍属于水煤浆气化炉。水煤浆中的水要被加热到气化反应温度，额外要把热量传到水冷壁产蒸汽，还要再消耗煤和氧气。以此实现烧灰熔点高的煤，是以多消耗
18、煤和氧气为代价，以拼成本为代价的。气化炉水冷壁结构设计科学合理，炉内壁挂渣状况良好，副产蒸汽不到2吨/小时，水冷壁吸热量只占入炉煤热量的千分之几。气化炉外壁温度100 左右。利用原来耐火砖炉外壁散热转化为蒸汽，提高了气化炉的热效率。由于副产蒸汽吸热量只占入炉煤热量的千分之几，在使用同样煤种情况下，水冷壁气化炉的氧耗、煤耗、合成气组成和耐火砖气化炉几乎完全一样。4.1 水煤浆不能与水冷壁结合？水煤浆不能与水冷壁结合？水冷壁结构及水循环的设计是关键！水冷壁结构及水循环的设计是关键！突破水冷壁大量吸热的传统认识，设计开突破水冷壁大量吸热的传统认识，设计开发了能稳定形成高热阻熔渣层保护的水冷发了能稳定
19、形成高热阻熔渣层保护的水冷壁浇注料结构，降低了气化炉热损失壁浇注料结构，降低了气化炉热损失4.煤气化技术选择煤气化技术选择4.1 干粉进料干粉进料 Or 水煤浆进料？水煤浆进料？单元单元水煤浆进料水煤浆进料干粉进料干粉进料原料制备和输送无需烘干，消耗电力、添加剂;可以利用工厂难处理废水；输送稳定，流量测量准确；安全可靠性高；单位煤电力消耗高，干燥还需消耗燃料气，有废气排放；煤粉管线需要蒸汽伴热；氧气需要蒸汽预热；有自燃、爆炸倾向；输送不稳定，流量测量难，有辐射气化炉需要将约40%的水加热到气化炉温度，氧耗、煤耗高需要加热的水少，氧耗、煤耗低灰黑水处理灰渣比2:8，灰黑水系统运行负荷小，细灰碳损
20、失少灰渣比5:5，灰黑水运行负荷大，磨损大，细灰碳损失高变换无需加水蒸气，副产蒸汽多合成气中CO含量高，需要加脱盐水或蒸汽，副产蒸汽少压缩气化炉有条件高压运行，压缩工段功率小，合成气压缩机投资少气化炉最高4.0MPa，合成压缩机功率大、投资高。石油和化工行业重点耗能产品能效领跑石油和化工行业重点耗能产品能效领跑者标杆企业名单和指标者标杆企业名单和指标以烟煤（包括褐煤）为原料的合成氨生产企业以烟煤（包括褐煤）为原料的合成氨生产企业名次名次企业名称企业名称吨氨综合能耗吨氨综合能耗（千克标准煤）（千克标准煤）吨氨电耗吨氨电耗（千瓦时）（千瓦时）1山东华鲁恒升化工股份有限公司14065772江苏灵谷化
21、工有限公司14843193安徽淮化集团有限公司1604196名次名次企业名称企业名称吨氨综合能耗吨氨综合能耗（千克标准煤）（千克标准煤）吨氨电耗吨氨电耗（千瓦时）（千瓦时）1江苏灵谷化工有限公司15543712安徽淮化集团有限公司16392043山西天脊煤化工集团有限公司17287752012年度年度2011年度年度4.煤气化技术选择煤气化技术选择4.2 水冷壁水冷壁 Or 耐火砖？耐火砖？（以（以CO+H2产量产量110000Nm3/h 为例）为例）项目项目耐火砖耐火砖水冷壁水冷壁燃烧室燃烧室2134/3200mm(内径/内径)，容积 25m32400/2800mm(内径/外壳内径)，容积
22、30m3气化炉外壳材质气化炉外壳材质SA387（炉壳设计温度425）采用14Cr1MoR（炉壳设计温度300）气化炉气化炉进口钢材，周期长，需要昂贵的耐火砖采用国产钢材，周期短，不需耐火砖。单炉运行时间单炉运行时间最长6500小时保证8000小时气化炉效率气化炉效率水冷壁蒸汽产量3t/h，氧耗、煤耗基本相同。外壁温比耐火砖气化炉低110左右，水冷壁将原耐火砖炉子的散热变成了蒸汽，效率较高维修费用维修费用气化炉40005000小时更换一次锥底砖，10000小时左右更换一次向火面砖气化炉水冷壁寿命约10年，每年平均可节约费用500万元左右。气化炉启动时间气化炉启动时间从冷态启动至满负荷需80小时从
23、冷态启动至满负荷35小时气化炉烧嘴气化炉烧嘴预热和工艺烧嘴；烧嘴冷却水系统复杂；烧嘴冷却水出口温度43左右，存在露点腐蚀、硫腐蚀和应力腐蚀；使用寿命短组合烧嘴；与气化炉水冷壁共用一套锅炉水系统，系统简化；烧嘴冷却结构改进、烧嘴冷却水温度240以上，不存在露点腐蚀、硫腐蚀，热应力小；使用寿命长煤种适应性煤种适应性灰熔点1350成功试烧1520，煤种适应性强，降低原料煤采购成本4.4 煤气化技术选择煤气化技术选择煤气化气化炉技术的选择必须考虑：煤气化气化炉技术的选择必须考虑：投资投资 可靠性可靠性 可用率可用率 运行成本运行成本 环保环保 全流程能耗全流程能耗陕西省化工学会陕西省化工学会 名誉理事长：贺永德名誉理事长：贺永德选择经过实际生产检验，有较好的工业选择经过实际生产检验，有较好的工业化业绩和运行经验，能达到长周期稳定化业绩和运行经验，能达到长周期稳定运行成熟可靠的煤气化技术，在此前提运行成熟可靠的煤气化技术，在此前提下再考虑先进性。如果不能长周期稳定下再考虑先进性。如果不能长周期稳定运行，就失去先进性的意义，经济性也运行，就失去先进性的意义，经济性也无从谈起无从谈起谢谢各位领导和专家！谢谢各位领导和专家！
