第13卷第4期寬厚板Vol. 13. No. 424.2007 年8月WIDE AND HEAVY PLATEAugust 200====舞鋼煤氣化工藝選擇張學(xué)嶺朱月禮翁國杰馬龍(舞陽鋼鐵有限責(zé)任公司)摘要本文根據(jù)考察與技術(shù)交流情況,圍繞舞鋼公司氣化工藝進(jìn)行分析選擇,找出適合我們現(xiàn)狀的、經(jīng)濟(jì)的氣化方式，從而改變能源結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞加壓氣化 間歇?dú)饣?富氧連續(xù)氣化 工 藝選擇Selection of Coal Gasification Process at WugangZhang Xueling ,Zhu Yueli , Weng Guojie and Ma Long( Wuyang Iron and Steel Co. Ltd)Abstract Bused on the investigation and techrical exchange result，the paper analyses and select the coal gasi-fication process of Wuyang lron and Stcel Co. Ltd ，s0 as to determine a suitable and economic coal gasification type andimprove the energy source structure.Keywords Pressurized gasification ，Intermittent gasification , Continuous gasification with oxygen cnrichment ,Process selection1前言達(dá)到很高的氣化強(qiáng)度。主要特點(diǎn)是:操作穩(wěn)定,技舞鋼現(xiàn)有的部分加熱爐原設(shè)計(jì)燃料為天然氣術(shù)先進(jìn),冷煤自上而下經(jīng)過床體內(nèi)數(shù)層,穩(wěn)定進(jìn)行和重油,因氣源有限，還有10 000 Nm?/h 天然氣操作,氣化劑自下而上與煤逆流接觸,創(chuàng)造了良好缺口現(xiàn)需要改造為人工煤氣加熱,按照天然氣流熱交接過程和最佳的反應(yīng)條件;生產(chǎn)強(qiáng)度大,煤氣量折算,需要2 400 kcal/Nm'的人工煤氣36 000質(zhì)量好,其生產(chǎn)強(qiáng)度比常壓氣化爐高4 ~6倍,煤Nm'/h,條件允許的情況下用煤氣替代重油和天氣熱值可達(dá)2 200 ~2 500 keal/Nm' ;對原料煤適然氣,本文根據(jù)考察與技術(shù)交流情況,圍繞氣化工應(yīng)很廣，目前加壓氣體爐已能氣化從無煙煤到褐藝進(jìn)行分析,找出適合舞鋼現(xiàn)狀的、經(jīng)濟(jì)的氣化方煤的各種煤種,而且對煤的灰熔點(diǎn)、塊度、熱穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度的要求均低于常壓移動床氣化爐;式,力爭改變能源結(jié)構(gòu)。目前適合生產(chǎn)2400 keal/Nm'煤氣的常用爐煤氣用途廣,通過改變氣化壓力、氣化劑組成條件型有魯奇加樂氣化、間歇式水煤氣和富氧連續(xù)氣和對粗煤凈化加工處理可得到工業(yè)煤氣、城市煤化,下面就這幾種氣化工藝進(jìn)行介紹和分析。氣和化工合成原料氣等。但加壓氣化工藝操作壓力要求高,工藝技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備性能特殊,建設(shè)投2魯奇加壓氣化工藝資非常大。目前我國僅應(yīng)用于大型化工合成工2.1加壓氣化工 藝簡介業(yè),熱、電、氣聯(lián)產(chǎn)的城市基礎(chǔ)設(shè)施。魯奇加壓氣化是以固定床氣化為基礎(chǔ),并配2.2魯奇加壓氣化的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)例置了旋轉(zhuǎn)爐篦,操作壓力為2 ~3 MPa,用水蒸汽、中國煤化工代魯奇爐以來,加壓氧氣作為氣化劑,塊煤為原料,間歇加煤和排清,MHCNMHG化廠e相繼投產(chǎn)。連續(xù)氣化反應(yīng)制氣。該工藝由德國魯奇公司開河南煤氣集團(tuán)義與氣化)是我國魯奇爐氣化工藝發(fā),從1936年建立第..個加壓氣化裝置以來,其具有代表性的生產(chǎn)廠之一。義馬煤氣化項(xiàng)目是我爐型已經(jīng)歷四代改進(jìn),能適應(yīng)范圍很廣的煤種并國自1982年以來唯一列入國家重點(diǎn)建設(shè)工程的第4期張學(xué)嶺等:舞鋼煤氣化工藝選擇25 ●城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目,主要工藝參數(shù):蒸汽:1.03 kg/ Nm';設(shè)計(jì)粗煤氣產(chǎn)量77 023 Nm'/h;實(shí)際粗煤氣空氣:1.75 m3/ Nm' ;產(chǎn)量92 427 Nm'/h;氣化效率:60% ,熱效率:53%。粗煤氣成分:C0 25% ;CH, 16% ;H2 50% ;粗.間歇水煤氣工藝在我國已有近一個世紀(jì)的應(yīng)煤氣熱值:2 500 ~2800 kcal/Nm' 。用歷史。由于其工藝成熟,設(shè)備簡單,投資少,煤主要消耗:原料煤57955 kg/h,1.32 Nm'煤氣熱值高的優(yōu)點(diǎn),目前全國各行業(yè)共有4 000多氣/kg煤,原料煤為長焰煤揮發(fā)分為26.4%、固臺不同規(guī)格的水煤氣發(fā)生爐在運(yùn)行,所生產(chǎn)的煤定炭為37.98%、粒度5~50 mm,氧氣1.2萬氣被用作化工合 成原料氣、工業(yè)用燃料氣及民用Nm'/h。煤氣等。然而,按照潔凈煤技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和要求來義氣化廠- 2001年投產(chǎn),由于投產(chǎn)初期煤氣衡量,水煤氣發(fā)生爐煤氣化工出作為一種傳統(tǒng)的用戶少,設(shè)備不能連續(xù)生產(chǎn)，虧損嚴(yán)重。2002 年煤氣化技術(shù),存在著煤質(zhì)要求高、效率低、吹風(fēng)氣實(shí)現(xiàn)- -臺氣化爐正常生產(chǎn)，2003 年全部達(dá)產(chǎn)超負(fù)同收困難等問題。 該工藝還對原料煤的灰分揮.荷運(yùn)行,120萬Nm2/d凈煤氣仍不能滿足需求。發(fā)份粒度、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度都有嚴(yán)格的要求;2005年1-10月份氣化廠生產(chǎn)城市煤氣23237煤氣生產(chǎn)間歇操作,且吹風(fēng)氣放空,造成明顯的能萬m',甲醇90437 t,發(fā)電量14 767萬kWh,各項(xiàng)量損失,灰渣中含碳高,蒸汽分解率低,氣化效率副產(chǎn)品28357 t,累計(jì)完成產(chǎn)值3.81億元，利稅和熱效率都很低。2 800萬元。煤氣成本0.84元Nm3 ,門站價格3.2間歇水煤氣 工藝的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)例0.85元/ Nm' ,生產(chǎn)系統(tǒng)保持高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。通過對平頂山化肥廠、 晉煤集團(tuán)機(jī)電)、上海隨著城市煤氣的迅速發(fā)展,義馬氣化廠的生吳涇化工廠、山西高平中石化化工廠、開封化肥產(chǎn)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足煤氣發(fā)展需要,現(xiàn)已投建廠安陽化肥廠等造氣車間進(jìn)行實(shí)地了解,并與技煤氣化二期工程。主要項(xiàng)目包括:兩臺魯奇爐、兩術(shù)人員進(jìn)行交流,基本都認(rèn)為水煤氣工藝簡單,生臺130Vh鍋爐、. -裝置、一套低溫甲醇洗、煤氣產(chǎn)穩(wěn)定,能夠達(dá)到設(shè)計(jì)工藝技 術(shù)指標(biāo)。.水分離裝置、水處理裝置及電力設(shè)施等。平頂山化肥廠現(xiàn)有4臺爐子以無煙煤、焦炭為原料,由于原料品種經(jīng)常變化，爐子操作的適應(yīng)3常壓固定床間歇?dú)饣簹夤に囆暂^困難。4臺爐子采用型煤棒為原料，型煤棒水煤氣發(fā)生爐屬于常壓固定床煤氣化工出,采用地方無煙煤粉和晉城煤的篩下煤與褐煤經(jīng)破以焦炭或尤煙塊煤為氣化原料,以空氣和水蒸氣碎、混合、發(fā)酵、通過擠壓成型。由于型煤含炭量為氣化劑,其主要成分為C0和H,與混合發(fā)生較低,產(chǎn)氣量為晉城無煙煤的90%,但其生產(chǎn)運(yùn)爐煤氣相比較,因其不含N2,發(fā)熱值高。間歇?dú)庑斜容^平穩(wěn)。水煤氣成本: 0. 34元/ Nm'。化法是目前應(yīng)用最廣泛的水煤氣生產(chǎn)工藝。3.3 72 000 Nm2'/h間歇水煤氣工藝方案生產(chǎn)過程中,向爐內(nèi)送人空氣，氧和碳燃燒放3.3.1工藝說明出熱量,達(dá)到- -定溫度后停送空氣,向爐內(nèi)送人水選用粒度為25 ~75 mm晉城無煙煤為原料,蒸汽,蒸汽與熾熱的碳發(fā)生還原反應(yīng)生成水煤氣，選用10臺郵600 mm煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)水煤氣，待溫度降低后,停送燕汽,再送空氣,如此循環(huán)間八臺生產(chǎn),兩臺備用,熱值約2 400 keal/Nm' ,主歇生產(chǎn)。水煤氣爐經(jīng)過不斷發(fā)展直徑已達(dá)到3.6要工藝為固定床常壓氣化,生產(chǎn)水煤氣,按吹風(fēng)、m,具有操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)作-次上吹、下吹、二次上吹、空氣吹凈來進(jìn)行造氣業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)。為了實(shí)現(xiàn)造氣蒸汽自給,加上一套吹風(fēng)回3.1主要技術(shù)參數(shù):收裝置。原料煤:無煙煤,粒度50 ~ 80 mm;3.3.中國煤化工煤氣產(chǎn)量:6 000~8 000 Nm2/h.臺;空氣鼓風(fēng)機(jī)、旋煤氣成分:CO 31 ~36%，H2 42% ~50% ;風(fēng)除THCNMH S先氣塔、氣柜(已煤氣熱值:2 300 -2 500 keal/ Nm* ;有)、電除塵器、煤氣鼓風(fēng)機(jī)、燃燒爐、余熱鍋爐、主要消耗:煤0.6kg/ Nm3;軟水加熱器、空氣預(yù)熱器、造氣循環(huán)水系統(tǒng)。，26.寬厚板第13卷3.3.3原材料及 動力消耗充分的生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)。日前平頂山化肥廠擴(kuò)建8原料煤:22.5 Vh,粒度為25 ~75 mm;臺已準(zhǔn)備采用此工藝,其準(zhǔn)備采用的主要原材料循環(huán)補(bǔ)充水: 30Vh、32 C、0. 35 MPa;及動力消耗如下:軟水: 80 Vh;人爐煤塊約28 /h;循環(huán)水約1 500 Vh;軟化蒸汽:吹風(fēng)氣回收時可以自給,不回收時需補(bǔ)水約44 Vh;蒸汽約17 Vh(自給有余);O2 >99.5充1.3 MPa 310 C的過熱蒸汽17 Vh;的純氧,約16 000 Nm'/h;電3 000 kWh。電:10kV.3 200 kWh,380 V.1 700 kWh (不4.3主要設(shè)備含吹風(fēng)回收裝置)、1 900 kWh (有吹風(fēng)氣回收裝主要設(shè)備包括:8臺中3.6 m造氣爐、F =480置)。m2的廢熱鍋爐、旋風(fēng)分離器、廢鍋汽包、蒸汽過4富氧連續(xù)氣化水煤氣法熱器、洗氣箱、洗滌塔、空氣鼓風(fēng)機(jī)、富氧混合器、氧汽混合罐、放散煙囪等。該種工藝不含制氧投4.1富氧連續(xù)氣化水煤氣法簡 介為了克服間歇水煤氣法的氧化、還原分開進(jìn)資合計(jì)約3 100萬元。行、間斷氣化、產(chǎn)量低能耗高的不足,采用純氧或53 種工藝的比較富氧代替空氣,氧氣和水蒸汽同時通過氧化區(qū),水5.1加壓氣化是最先進(jìn)和效率最高的氣化方法，蒸汽在氧化區(qū)不分解而起抑制溫度的作用,在還它的原料范圍廣、煤氣產(chǎn)量高、煤氣質(zhì)量好、環(huán)境原區(qū)進(jìn)行CO2還原和水蒸汽分解。由于氣化劑污染小,最符合將煤轉(zhuǎn)化為清潔燃料的潔凈煤技中不含N2或少含N2, 所以煤氣中含N2量很低，術(shù)發(fā)展方向。但工藝設(shè)備復(fù)雜,建設(shè)投資較大。煤氣熱值接近水煤氣熱值,只是還原層上部溫度5.2富氧連續(xù)水煤氣工藝,與水煤氣相比能連續(xù)偏低,CO2含量高。利用純氧生產(chǎn)煤氣熱值為氣化,工藝設(shè)備簡單,熱效率高,操作維護(hù)方便,故2 200 ~2 300 keal/Nm3 ,內(nèi)徑3 600 mm單臺爐子障率低。富氧濃度為60%時,操作穩(wěn)定,但煤氣的產(chǎn)氣量達(dá)9 000~12 000 Nm'/h。由于實(shí)現(xiàn)連熱值僅為2 000 kcal/Nm3 ,要生產(chǎn)熱值為2300續(xù)制氣,所以和水煤氣相比:生產(chǎn)能力高、煤質(zhì)要kcal/Nm'的煤氣富氧濃度必須達(dá)到80%以上。求相對降低、能利用粒度較小(8 ~25 mm)的燃且該工藝消耗大量氧氣,目前我公司的制氧能力料;氣化效率高,從60 %提高到80 % ,煤耗量低;不能滿足要求。操作和管理比較簡單,熱效率高;可以取消間歇制5.3 間歇水煤氣工藝,作為歷史悠久的氣化工氣化復(fù)雜的液壓控制及燃燒室等設(shè)備,減少維修藝,工藝設(shè)備簡單,投資少建設(shè)周期短,盡管熱效量。但是這種方法需要有制氧設(shè)備，,消耗較多電率低,吹風(fēng)氣回收困難,但作為過渡性氣源,完全能,是該工藝沒有得到推廣的原因。可以解決舞鋼新線10 000 Nm'/h天然氣缺口,并該種工藝若采用3臺43.3 m水煤氣爐,以能達(dá)到項(xiàng)目投資少、建設(shè)周期短、滿足生產(chǎn)需要的無煙煤為原料,粒度為8 -25 mm,以60%的富氧目的。和蒸汽為汽化劑生產(chǎn)半水煤氣,則富氧連續(xù)水煤6工藝選擇氣爐操作簡單,不分吹風(fēng)、制氣階段,與混合發(fā)生爐煤氣相似。但目前投入生產(chǎn)的氣化爐富氧濃度6.1 工藝技術(shù)方案--般不高于60%,由于氣化劑中含有部分空氣,通過對上述3種工藝的生產(chǎn)運(yùn)行情況、工藝煤氣可燃成分降低,熱值偏低。若提高富氧濃度,特點(diǎn)等分析,煤氣擴(kuò)建建議采用以下工藝技術(shù)方如果出現(xiàn)原料、操作等問題，爐況惡化迅速，操作案:上很難控制,必須作熄爐處理。1)工藝說明:選用常壓固定床間歇?dú)饣?.2富氧連續(xù)水煤氣工藝實(shí)際生產(chǎn)情況氣工藝,采用03.6 m水煤氣發(fā)生爐,按吹風(fēng)、制富氧連續(xù)水煤氣工藝,氣化劑為純氧或富氧、氣的中國煤化工氣經(jīng)旋風(fēng)除塵、廢水蒸汽。由于目前國內(nèi)采用此種爐型的并不多，熱鑄HCNMHG柜、加壓送至加熱在如何控制氣化劑比例,如何控制爐溫和水蒸汽爐。的分解窄,能否達(dá)到設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面,缺乏2)主要設(shè)備:其中新建設(shè)備包括:10臺3.6第4期張學(xué)嶺等:舞鋼煤氣化工藝選擇●27●m水煤氣發(fā)生爐及其相對應(yīng)的10臺旋風(fēng)除塵器、費(fèi)用近億元。但擴(kuò)建后煤氣生產(chǎn)能力與設(shè)計(jì)消耗廢熱鍋爐、洗氣塔,液壓系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、4臺量相比仍有很大缺口?？諝夤娘L(fēng)機(jī),兩臺靜電除塵器。改造可利用現(xiàn)有替代重油需水煤氣69 912 Nm'/h,相當(dāng)于95萬m3氣柜。臺爐子;3)工藝參數(shù):煤氣產(chǎn)量:723 000 MJ/h(72替代發(fā)生爐煤氣需水煤氣36 489 Nm2/h, 相000 Nm'/h) ;煤氣成分:C0≈35% ,H2≈50% ;煤.當(dāng)于5臺爐子;氣熱值: 10.234 MJ/Nm3 (2 400 keal/Nm' );冷卻新線煉鋼系統(tǒng)需水煤氣6814 Nm'/h,相當(dāng)于溫度: <450 C ;出站壓力:9 kPa(根據(jù)加熱爐要1臺爐子;求可調(diào)整)。共需水煤氣量:113 215 Nm'/h,相當(dāng)于15臺4)輔助設(shè)施:循環(huán)水系統(tǒng):根據(jù)水量和管道爐子。布置情況待確定新建或改造。6.3現(xiàn)有煤氣發(fā)生爐的改造的初步意 見給排水:沒有大量用水設(shè)備,水量水質(zhì)沒有特由于現(xiàn)有發(fā)生爐廠房結(jié)構(gòu)布局與水煤氣差殊要求,給排水可利用原管網(wǎng)。別不大,需要進(jìn)-步設(shè)計(jì)論證。 可將現(xiàn)有10臺混供電設(shè)施:10kV供電可由現(xiàn)煤氣變電所改合煤氣發(fā)生爐，改造為10臺中2.6 m水煤氣發(fā)生造解決,低壓用電設(shè)備為3000 kWh左右,新建低爐,生產(chǎn)能力為5 000 Nm'/h,山東齊魯石化化肥壓配電室。廠使用的02.6m錐型爐，煤氣產(chǎn)量最高可以達(dá)蒸汽軟水:蒸汽自給考慮并網(wǎng),軟水新增用量到8 000 Nm'/h,這樣可以將部分重油加熱爐、發(fā)80t/h左右,管線在3#路改造時--并解決。生爐煤氣爐窯全部改造為以水煤氣為燃料。新、供煤設(shè)施:增加一臺5 t門型吊、一臺鏈斗卸老線燃?xì)饨y(tǒng)-管網(wǎng)，便于平穩(wěn)調(diào)度,有利于煤氣均煤機(jī)等煤場設(shè)備,若采用粒度不同的原料煤,需改衡穩(wěn)定生產(chǎn)。造破碎篩分和皮帶裝置。6.4為避免發(fā)生爐改造影響老線生產(chǎn)、重復(fù)敷設(shè)總圖布置:由于煤氣站預(yù)留地面積非常有限，煤氣管線,消除生產(chǎn)與施工交叉進(jìn)行的不安全隱總圖布置是最困難的環(huán)節(jié),有兩種可供選擇的方患。擴(kuò)建部分必須盡快建成投產(chǎn),然后分組進(jìn)行案:一是將發(fā)生爐主廠房向西延長60 m至5萬改造。m'柜圍墻,但其間的4-7#公路、S5、S1、X7、X57結(jié)語管線,電纜和煤氣管道等需要改線;二是在5萬通過以上3種煤氣化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)分析,結(jié)m'煤氣柜西至新線指揮部,原氣柜預(yù)留地(面積合舞鋼現(xiàn)狀和生產(chǎn)廠家的實(shí)際使用效果,最終選約為100x90 m2),可以新建10臺爐子,需要延擇新建常壓固定床間歇式氣化水煤氣發(fā)生爐15長供煤輸送帶,但避免了對現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施及管線臺,利用其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、工藝成熟作為舞鋼能源結(jié)構(gòu)復(fù)雜的改造,節(jié)約投資,縮短工期,有利于現(xiàn)有生調(diào)整的落腳點(diǎn),也為下一步降本增效打下了基礎(chǔ)。產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。6.2 煤氣擴(kuò)建方案僅以最基本的要求滿足新線加熱爐需求(按張學(xué)嶺,男,1997年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)煤化工專業(yè),工天然氣10 000 Nm2/h折算,煤氣熱值為2400程師。keal/Nm'、流量為36 000 Nm'/h) 外,還有3 600收稿日期:2007-06 -20Nm'/h節(jié)余量可以替代部分重油,根據(jù)公司要求，老線改造同樣非常迫切,水煤氣替代重油年節(jié)約中國煤化工MYHCNMHG