2010年2月Feb.2010第33卷第1期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.33 No.1Shell粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用綜述李亞?wèn)|(鶴壁煤電股份有限公司氣化廠,河南鶴壁,458000)0摘要簡(jiǎn)要介紹Shell粉煤氣化技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展歷程,對(duì)Shell粉煤氣化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用中所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)說(shuō)明和分析,提出在工業(yè)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題及措施建議。關(guān)鍵詞Shell 粉煤氣化工程技術(shù)1煤氣化技術(shù)概況4.1 MPa條件下進(jìn)行的，煤粉、氧氣及少量蒸汽在煤氣化技術(shù)從煉焦?fàn)t、煤氣發(fā)生爐和水煤氣加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐內(nèi),在極為短暫的時(shí)爐(以塊煤或小粒煤為原料)起步,經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等展,在20世紀(jì)70年代發(fā)展到第II代潔凈煤氣化- 系列物理和化學(xué)過(guò)程。由于氣化爐內(nèi)溫度很技術(shù),煤炭經(jīng)潔凈氣化避免了直接燃燒產(chǎn)生的污高，在有氧存在的條件下,碳、揮發(fā)分及部分反應(yīng)染。潔凈煤氣化技術(shù)主要采用氣流床反應(yīng)器,以產(chǎn)物(H2、CO等)以發(fā)生燃燒反應(yīng)為主;在氧氣消水煤漿或干煤粉為原料,進(jìn)行加壓氣化,并實(shí)現(xiàn)了耗殆盡之后發(fā)生碳的各種轉(zhuǎn)化反應(yīng),即過(guò)程進(jìn)入大型化,具有對(duì)煤種適應(yīng)性廣、氣化壓力高、氣化到氣化反應(yīng)階段,最終形成以CO、H2為主要成分效率高單系列生產(chǎn)能力大、污染少等優(yōu)點(diǎn)。代表的煤氣離開(kāi)氣化爐。典型的SCGP ( Shell Coal性的第II代潔凈煤氣化技術(shù)包括GE水煤漿氣化Gasification Process)煤氣成分見(jiàn)表1。工藝、Shell干煤粉氣化工藝、西門(mén)子GSP干煤粉表1典型的 SCGP煤氣成分氣化工藝、BGL煤氣化工藝(屬固定床工藝,采用組分20 H_ CO2 CH4 N+Ar H2S+COS小粒煤)。體積含量(干基),% 67.1023.84 3.84微量5.22 1700m/m2.1工藝流程2 Shell 粉煤氣化技術(shù)簡(jiǎn)介目前,Shell粉煤氣化裝置從示范裝置到大型.Shell粉煤氣化過(guò)程是在高溫1600%、壓力工業(yè)化裝置均采用廢鍋流程,其工藝流程見(jiàn)圖1。石灰石_循環(huán)氣去激冷 .循環(huán)氣壓縮機(jī)原料煤-一過(guò)熱高壓/ 中壓蒸汽深粉制備化- -中壓燕汽 中一高壓中壓燕汽二氧化碳?xì)鈡煤加壓及輸送化合威氣冷卻器高壓氧氣一因一粗合成氣粗渣晶打步木處理飛灰排污水圖1 Shell 粉煤氣化工藝流程原料煤經(jīng)破碎由運(yùn)輸設(shè)施送至磨煤機(jī),在磨中國(guó)煤化工202020煤機(jī)內(nèi)將原料煤磨成90%粒徑符合5~ 90μm的工程師，河南夏邑人，合格煤粉并干燥,煤粉經(jīng)常壓煤粉倉(cāng)、加壓煤粉倉(cāng)1996:fYHCN M H G化專(zhuān)業(yè),長(zhǎng)期從事殼牌煤氣化技術(shù)、生產(chǎn)管理工作。聯(lián)系電話: 0392-2929122; E mail:及給料倉(cāng),由高壓氮?dú)?二氧化碳?xì)鈱⒚悍鬯椭翚鈒iyadong3555@ 163. com。第1期李亞?wèn)|.Shell粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用綜述47化爐煤燒嘴。來(lái)自空分的高壓氧氣經(jīng)預(yù)熱后與甲烷含量極少,不含重?zé)N,C0+ H2達(dá)到90%。300C中壓過(guò)熱蒸汽混合后導(dǎo)入煤燒嘴。煤粉、氧5)氣化氧耗低。與水煤漿氣化工藝相比,氧氣及蒸汽在氣化爐高溫加壓條件下發(fā)生碳的氧化耗低15%~25%,可降低配套空分裝置投資和運(yùn)及各種轉(zhuǎn)化反應(yīng),氣化爐頂部約16009C 的高溫煤行費(fèi)用。氣經(jīng)除塵冷卻后的冷煤氣激冷至900C左右進(jìn)人6)熱效率高。煤氣化的冷煤氣熱效率達(dá)到合成氣冷卻器。經(jīng)合成氣冷卻器回收熱量后的煤80% ~ 83% ,其余約15%副產(chǎn)高壓或中壓蒸汽,總氣進(jìn)入干式除塵及濕法洗滌系統(tǒng),處理后的煤氣熱效率高達(dá)98% ,不過(guò)國(guó)內(nèi)有幾家Shell用戶(hù)由于塵含量小于1 mg/m3送后續(xù)工序。合成冷卻器積灰結(jié)垢或控制調(diào)節(jié)等原因，導(dǎo)致蒸濕洗系統(tǒng)排出的廢水大部分經(jīng)冷卻后循環(huán)使汽過(guò)熱器出口溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值。用,小部分廢水經(jīng)閃蒸、沉降及氣提處理后送污水7)運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)。氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu),牢處理裝置進(jìn)一步處理。閃蒸氣及氣提氣可作燃料固可靠,無(wú)耐火磚襯里。正常使用維護(hù)量小，運(yùn)行或送火炬燃燒后放空。周期長(zhǎng),無(wú)需設(shè)置備用爐。煤燒嘴設(shè)計(jì)壽命為在氣化爐內(nèi)氣化產(chǎn)生的高溫熔渣,自流入氣8000h,燒嘴的使用壽命長(zhǎng),也是氣化裝置能長(zhǎng)期化爐下部的渣池進(jìn)行激冷,高溫熔渣經(jīng)激冷后形運(yùn)行的一一個(gè)重要保證。另外配套設(shè)備質(zhì)量及操作成1 mm大小的玻璃體,可作建筑材料或用于路基。水平是決定運(yùn)行周期長(zhǎng)短至關(guān)重要的因素。2.2 Shell 粉煤氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)8)負(fù)荷調(diào)節(jié)方便。每臺(tái)氣化爐設(shè)有4~6個(gè)Shell粉煤氣化工藝于1972年開(kāi)始進(jìn)行基礎(chǔ)燒嘴,不僅有利于粉煤的氣化,同時(shí)對(duì)生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)研究, 1978年投煤量150v/d的中試裝置在德國(guó)漢節(jié)更為靈活,范圍也更寬，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為40%堡建成并投入運(yùn)行, 1987年投煤量250 ~ 400v/d~ 100% ,每分鐘可調(diào)節(jié)5%。的工業(yè)示范裝置在美國(guó)休士頓投產(chǎn)。在取得大量9)環(huán)境效益好。系統(tǒng)排出的爐渣和飛灰含實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,日處理煤量為2000t的單系碳低,可作為水泥添加劑或其他建筑材料,堆放時(shí)列大型煤氣化裝置于1993年在荷蘭Demkolec電也無(wú)污染物滲出。氣化污水量小且不含焦油、酚廠建成,煤氣化裝置所產(chǎn)煤氣用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，等,容易處理,需要時(shí)可實(shí)現(xiàn)零排放。經(jīng)過(guò)3年多示范運(yùn)行于1998年正式交付用戶(hù)使用。生產(chǎn)操作表明煤氣化工藝指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)目3 Shell 粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用的特殊性標(biāo),運(yùn)行穩(wěn)定。Shell粉煤氣化技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的綜合多家已投產(chǎn)裝置的運(yùn)行情況, Shell粉煤煤氣化技術(shù)之一,湖北雙環(huán)科技股份有限公司油氣化工藝體現(xiàn)出如下特點(diǎn):改煤工程是世界上第- -套將Shell 粉煤氣化技術(shù)1)煤種適應(yīng)性廣。對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng),從褐用于生產(chǎn)合成氣,該裝置設(shè)計(jì)能力為滿足年產(chǎn)煤、次煙煤、煙煤到無(wú)煙煤、石油焦均可使用,也可20kt合成氨的原料氣需要,也是Shell 粉煤氣化技將兩種煤摻混運(yùn)行,對(duì)煤的灰熔點(diǎn)、灰分、硫含量術(shù)第一次在中國(guó)使用?？山梃b的經(jīng)驗(yàn)少,具有非等煤種適應(yīng)范圍比其他氣化工藝相對(duì)寬,但是如常的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。果使用煤偏離設(shè)計(jì)煤種較大,裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性湖北雙環(huán)油改煤工程煤氣化裝置技術(shù)引進(jìn)合就會(huì)降低,操作難度也會(huì)相應(yīng)提高。同于2001年6月生效,與2003年3月正式動(dòng)工建2)單系列生產(chǎn)能力大。目前已投人生產(chǎn)運(yùn)設(shè),2005年12月完成機(jī)械竣工,2006年5月17日行的煤氣化裝置單臺(tái)氣化爐投煤量達(dá)2000t/d以煤氣化裝置- -次投料開(kāi)車(chē)成功。上，單臺(tái)氣化爐投煤量達(dá)2800t/d的煤氣化裝置3.1 流程復(fù)雜也正在建設(shè)中。綜合比較來(lái)看,投煤量達(dá)1000t/d煤氣化裝置流程復(fù)雜，包括磨煤及干燥、煤的爐型操作彈性更大,運(yùn)行率比2000v/d 的爐型粉加壓及進(jìn)料、煤氣化、除渣、除灰、濕洗、初步水更高。處理中國(guó)煤化工義表流程圖(PID)3)碳轉(zhuǎn)化率高。氣化溫度高,一般在1400~就有CNMHG1600C，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上。3.2控制 系統(tǒng)復(fù)樂(lè)4)產(chǎn)品氣體質(zhì)量好。產(chǎn)品氣體潔凈,煤氣中煤氣化裝置的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜, I/0點(diǎn)多482010年第 33卷達(dá)3000多個(gè),采用串級(jí)、前饋、分程、比值調(diào)節(jié)及塞,撈渣機(jī)斷鏈,飛灰過(guò)濾器內(nèi)件損壞,氣化爐激順序控制(15個(gè))和邏輯控制(50多個(gè)),通過(guò)分散冷區(qū)損壞,氣化爐水冷壁進(jìn)水噴嘴被異物堵塞,磨型控制系統(tǒng)(DCS)、緊急停車(chē)系統(tǒng)(ESD)、可編程煤系統(tǒng)的氣密性不好,部分蒸汽伴管/電伴熱設(shè)備邏輯控制(PLC)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的集中監(jiān)控和管和管道保溫效果不佳,柴油系統(tǒng)不潔凈、油系統(tǒng)理,其規(guī)模和復(fù)雜程度在國(guó)內(nèi)化工行業(yè)單套裝置壓力不夠和不穩(wěn)定，煤粉循環(huán)管線上的減壓管后中少見(jiàn)。異徑管易磨穿。3.3設(shè) 備結(jié)構(gòu)復(fù)雜4.2應(yīng)注意的問(wèn)題及措施建議氣化爐輸氣管、合成氣冷卻器在煤氣化框架根據(jù)對(duì)Shell 粉煤氣化技術(shù)的了解及對(duì)已投中呈“門(mén)字形”連成一體,3臺(tái)設(shè)備共有200多個(gè)人運(yùn)行的氣化裝 置產(chǎn)生問(wèn)題的原因分析,對(duì)目前管口,設(shè)備結(jié)構(gòu)和受力情況復(fù)雜,對(duì)材料要求高,已投產(chǎn)Shell粉煤氣化項(xiàng)目的運(yùn)行以及后續(xù)項(xiàng)目?jī)?nèi)件組裝對(duì)外殼接管標(biāo)高及方位要求極為嚴(yán)格，的建設(shè)、應(yīng)注意解決好以下問(wèn)題。設(shè)計(jì)、制造、組裝、運(yùn)輸和吊裝難度大。1)保持煤粉有良好的流動(dòng)性和輸送的穩(wěn)定3.4疲勞設(shè)備多性,否則會(huì)導(dǎo)致搭橋和充氣錐堵塞,還會(huì)造成進(jìn)氣煤氣化裝置共有13臺(tái)疲勞設(shè)備,要采用有化爐0/C難以控制,繼而造成- .系列后果。應(yīng)注限元應(yīng)力分析法進(jìn)行疲勞計(jì)算與設(shè)計(jì),對(duì)設(shè)備制意:①控制干煤粉水份在1% ~ 2%;②保證煤粉造也提出了更高的要求。在充氮的容器中貯存時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)(應(yīng)小于3.5 需引進(jìn)的設(shè)備和儀表較多10d) ;③干煤粉系統(tǒng)進(jìn)行良好的保溫，保證煤粉溫煤氣化關(guān)鍵設(shè)備為氣化爐、輸氣管、合成氣冷度大于80C ;④控制磨后煤粉粒度,保證粒度小卻器的內(nèi)件，:飛灰過(guò)濾器的內(nèi)件,以及點(diǎn)火燒嘴、于5μm煤粉量所占比例小于10%;⑤增加纖維開(kāi)工燒嘴、煤燒嘴、煤流量控制閥、煤三通閥、煤粉篩,防止煤粉中有雜物進(jìn)人(還可防止煤粉控制閥流量測(cè)量?jī)x表、煤粉閥、煤灰渣閥、硬密封儀表球堵塞);⑥控制均衡加壓,防止煤粉鎖斗煤粉壓實(shí)閥、鍋爐給水循環(huán)泵、恒力吊、激冷氣壓縮機(jī)等設(shè)而排料不暢;⑦控制對(duì)煤粉給料倉(cāng)緩慢加壓,保證備需要進(jìn)口,但目前正在建設(shè)的項(xiàng)目部分設(shè)備已煤粉給料倉(cāng)充氣錐的充氣量，防止煤粉給料倉(cāng)煤經(jīng)國(guó)產(chǎn)化。粉壓實(shí);⑧注意煤粉質(zhì)量流量計(jì)的安裝和初始校3.6布置結(jié)構(gòu)復(fù) 雜驗(yàn)。煤氣化框架高90余米,為鋼筋混凝土和鋼結(jié)2)防止充氣設(shè)備損壞?？刂棋F部壓差,防止構(gòu)混合結(jié)構(gòu),其中安裝設(shè)備數(shù)量多，重量大,與框壓差過(guò)高;對(duì)煤粉鎖斗,控制進(jìn)人充氣錐的氣量,架的連接形式復(fù)雜,需采用有限元模型從結(jié)構(gòu)的或改變其結(jié)構(gòu),用多孔板結(jié)構(gòu)取代燒結(jié)金屬結(jié)構(gòu)。動(dòng)力特性、變形、強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)與氣化爐及地震3)點(diǎn)火燒嘴.開(kāi)車(chē)燒嘴。①注意點(diǎn)火燒嘴和對(duì)其影響等進(jìn)行模擬分析。結(jié)構(gòu)施工和安裝工作開(kāi)工燒嘴的安裝,防止燒嘴的機(jī)械性損傷或使氣量較大?；癄t水冷壁損壞;②保持點(diǎn)火燒嘴和開(kāi)工燒嘴通3.7 項(xiàng)目建設(shè)周期和投資道的清潔,防止燒嘴頭損壞或通道堵塞;③氧氣總相對(duì)來(lái)講,Shell粉煤氣化項(xiàng)目的建設(shè)周期較管應(yīng)設(shè)置氣體緩沖罐,避免當(dāng)?shù)谝粋€(gè)煤燒嘴投運(yùn)其他煤氣化工藝長(zhǎng),投資也較高。后開(kāi)工燒嘴跳車(chē);④注意檢查廠商的控制系統(tǒng)與裝置控制系統(tǒng)的一-致性。4 Shell 粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用中需注意的問(wèn)題4)煤粉循環(huán)管線上的減壓管后異徑管易磨4.1在運(yùn)行過(guò)程中 出現(xiàn)的問(wèn)題穿,改為特殊結(jié)構(gòu)異徑管。中國(guó)第一批Shell粉煤氣化裝置已先后投產(chǎn),5)鍋爐給水及循環(huán)系統(tǒng)。①對(duì)鍋爐給水循各套裝置在試車(chē)和運(yùn)行過(guò)程中都或多或少出現(xiàn)了環(huán)泵人口過(guò)濾 器，要保證有效過(guò)濾面積、濾網(wǎng)孔一些問(wèn)題，主要有:充氣錐堵塞和破裂,點(diǎn)火燒嘴徑和中國(guó)煤化工;②保證鍋爐給頭損壞，煤燒嘴罩損壞,激冷氣壓縮機(jī)故障,鍋爐水的水飛管損壞和鍋爐給水循環(huán)泵人口過(guò)濾器變型和破損,煤粉中雜質(zhì)給水循MYHCNMHG不循環(huán)泵供電的等因素引起煤粉流量波動(dòng),渣水系統(tǒng)設(shè)備、管道堵可靠性,避免突然停電易造成氣化爐底部水冷壁第1期李亞?wèn)|. Shell粉煤氣化技術(shù)應(yīng)用綜述19熱量無(wú)法及時(shí)移出而使水冷壁管燒壞;④在該系10)防渣及渣水系統(tǒng)堵塞。①為防止大渣的統(tǒng)的設(shè)備制造、管道安裝、單體試車(chē)期間注意保持生成,避免除渣系統(tǒng)堵塞,在更換煤種時(shí)應(yīng)測(cè)量灰系統(tǒng)的潔凈性,以防止LAMONT孔板嘴堵塞,繼的組成,通過(guò)黏度-溫度試驗(yàn)確定需加人的石灰而使水冷壁管損壞。石量;②注意除渣系統(tǒng)渣池水的黏度和密度變化，6)煤燒嘴。為防止煤燒嘴冷卻套和膨脹節(jié)適當(dāng)加大循環(huán)水排放量,防止渣漿濃度高而使管損壞,在裝配時(shí)應(yīng)保證在燒嘴單上雙面焊,用耐火道堵塞。材料填充膨脹節(jié)。煤燒嘴冷卻水人口和出口增加11)設(shè)備和管道伴熱。注意煤粉系統(tǒng)激冷溫度測(cè)量，便于對(duì)煤燒嘴的實(shí)時(shí)監(jiān)控。氣壓縮系統(tǒng)、飛灰系統(tǒng)設(shè)備和管道的良好伴熱。7)防止煤燒嘴罩損壞。注意煤燒嘴伸人氣12)飛灰過(guò)濾器陶瓷管。為防止飛灰過(guò)濾器化爐內(nèi)的長(zhǎng)度;適當(dāng)加大燒嘴單冷卻水流量;保持陶瓷管損壞,應(yīng)加固文丘里和管板之間的聯(lián)接,并煤粉輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定;保持煤的品質(zhì)穩(wěn)定,若換煤在文丘里和反吹管口間安裝聯(lián)接件。種,必須及時(shí)調(diào)整各相關(guān)工藝控制參數(shù);關(guān)注氣化13) CO2加壓和輸送。對(duì)于生產(chǎn)甲醇的氣化調(diào)溫蒸汽的加入;適當(dāng)降低氧煤比;通過(guò)助熔劑用項(xiàng)目,由于用CO2取代N2作為煤粉加壓和輸送的量對(duì)渣的黏度進(jìn)行修正。介質(zhì),可借鑒的經(jīng)驗(yàn)很少,應(yīng)關(guān)注由此可能引起的8)氣化爐溫度控制。氣化爐溫度控制應(yīng)基一系列問(wèn)題。于氣化爐所產(chǎn)生的蒸汽量(響應(yīng)時(shí)間只幾秒鐘)，而出口CO2含量只作為備用控制(響應(yīng)時(shí)間需55結(jié)語(yǔ)~ 10min) ,注意保證氣化爐所產(chǎn)生的蒸汽流量測(cè)Shell 粉煤氣化技術(shù)具有原料利用率高、消耗量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,應(yīng)采取相關(guān)措施。低、節(jié)約資源、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn),目前國(guó)內(nèi)在9)防氣化爐激冷區(qū)損壞。當(dāng)激冷氣壓縮機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、試車(chē)、生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中積累跳車(chē)或激冷氣量不足時(shí),要保證有充足的超高壓了--定的經(jīng)驗(yàn),但是,要?jiǎng)?chuàng)造良好的效益,使裝置氮?dú)獯祾邭饣癄t激冷區(qū)(聯(lián)鎖控制),防止激冷區(qū)安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行,需要相關(guān)各方不斷努力探燒壞。索優(yōu)化。APPLICATION OVERVIEW OF SHELL TECHNOLOGY OFPULVERIZED COAL GASIFICATIONLi Yadong( Gasification Plant, Hebi Coal and Electricity Co. Ltd., Hebi ,458000)Abstract A brief introduction to the features and development history of Shell technology ofpulverized coal gasification was given, a systematie description and analysis of problems occurred inthe engineering application of the technology also made and the issues to be noted in the engineeringapplication put forward and the measures to be taken for resolutions suggested.Key words: Shell, pulverized coal gasification, engineering, technology全球肥料需求2010年有望復(fù)蘇國(guó)際肥料工業(yè)協(xié)會(huì)(IFA)秘書(shū)長(zhǎng)LucMaene于209年12月中旬,在印度海得拉巴舉行的印度肥料協(xié)會(huì)(FAI)年度大會(huì)上表示,受主要農(nóng)作物產(chǎn)品價(jià)格上揚(yáng)的刺激，全球肥料需求有望在2010年開(kāi)始復(fù)蘇，Maene稱(chēng),2010- -2011 年全球肥料的需求量將增長(zhǎng)4.9% ,所有地中國(guó)煤化工:第四季度的大部分時(shí)間里,全球農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格開(kāi)始出現(xiàn)恢復(fù)性上漲,這是預(yù)期全球肥料需HCN M H G而,IFA的預(yù)測(cè)有著高度的不確定性,全球肥料需求變化還取決于經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇程度和農(nóng)作物價(jià)格未來(lái)走勢(shì)。上海擎督金秋能源石化工作室錢(qián)伯章