两种煤气化方式的运行比较_樊少波.pdf

小氮肥 第38卷 第1期 2010年1月 两种煤气化方式的运行比较 樊少波 山西阳煤丰喜肥业〈 集团 〉 股份有限公司临猗分公司 044100 山西阳煤丰喜肥业集团股份有限公司临 猗分公司的主导产品为尿素和甲醇,生产尿素的 煤气化方式为固定层气化,生产甲醇的煤气化方 式为气流床水煤浆气化,这两种煤气化方式的 运行都比较稳定。现就这两种煤气化方式的实际 运行情况进行比较。 1 工艺流程 1. 1 固定层气化 固定层气化方式的流程比较简单,即原料煤 从造气炉上部由手动吊煤葫芦或全自动加焦机加 入炉内;空气由造气鼓风机加压到25～27 kPa送 入空气总管,在吹风阶段经吹风阀后在炉内氧和 碳发生反应,产生大量的热量集聚在气化层中,造 气炉产生的吹风气送入吹风气回收系统进行回收 副产蒸汽;从管网来的蒸汽经过减压后进入联合 过热器过热,过热后的蒸汽送到造气炉缓冲罐内, 各炉夹套副产蒸汽也经过联合过热器过热后进入 缓冲罐;煤气分上、 下行煤气,造气炉产生的上行 煤气进入除尘器除尘,再经过上行煤气阀后进入 煤气总管水封,下行煤气直接经下行煤气阀后进 入煤气总管水封,出煤气总阀的煤气先经过联合 过热器和入炉蒸汽换热,换热后进入洗涤塔洗涤, 洗涤后的气体进入气柜储存。 1. 2 水煤浆气化 1. 2. 1 水煤浆制备系统 原料煤经煤处理工段加工成碎煤,碎煤加入 料斗中,料斗中的碎煤经过煤称重给料机送人磨 煤机。作为助熔剂的CaCO3干粉从石灰石料斗 中通过石灰石给料输送机也送入磨煤机中,同时 添加剂从添加剂槽中通过添加剂泵送入磨煤机 中。在磨煤机中煤与水磨制成含煤质量分数 60～65的水煤浆,通过磨煤机出口滚筒筛,滤 去较大颗粒后,进入磨煤机出口槽,由低压煤浆泵 送进高位煤浆槽中。 1. 2. 2 水煤浆气化系统 高位煤浆槽中的水煤浆经过高压煤浆给料泵 加压之后流量为30 m 3 /h,温度为50℃,表压为 5. 9 MPa ,送入气化炉顶部工艺烧嘴的内环隙, 从空分工段送来的氧气其流量为14 000 m 3 /h, 温度为37℃,表压为5. 0 MPa进入工艺烧嘴的 中心管及外环隙,两者混合后在气化炉内发生部 分氧化反应,生成以CO, H2和CO2为主的工艺 气。工艺气经过文丘里洗涤器及碳洗塔洗涤后作 为气化产品气量为11 000 m 3 /h,温度为206℃, 表压为3. 8 MPa。 1. 2. 3 灰水处理系统 碳洗塔下部的灰水由激冷水泵送入激冷环, 碳洗塔底部排出的黑水和气化炉激冷室的黑水一 起送往闪蒸系统,进行热量回收和细渣处理。水 煤浆气化系统来的黑水在灰水处理系统减温、 减 压,经二级闪蒸及沉淀,灰浆浓缩到含碳质量分数 10～20之后送往真空带式过滤机进行过滤, 含水质量分数40～60的滤饼送出界区。 烧高硫煤年可节支1 600万元。 2项目投运后,每年多回收硫磺1 000 t,吨 硫磺盈利约800元,年增效80万元。 3二次脱硫塔如不更新,烧高硫煤时,干法 脱硫系统每5个月就必须更换活性炭。脱硫塔更 新后,活性炭可用2年以上。本公司干法脱硫时 装填50 m 3 活性炭,活性炭价格4 000元/m 3 左 右,如果5个月更换1次, 2年需96万元,如2年 更换1次活性炭需20万元,则年节支38万元。 以上3项合计年节支1 718万元。该项目总 投资为1 788万元, 13个月可收回全部投资。 收稿日期 20092082 15 02 小氮肥 第38卷 第1期 2010年1月 2 煤种要求和煤质要求 2. 1 固定层气化 用无黏结性的白煤、 经脱气脱油的半焦、 焦炭 筛分出25～75 mm的块煤、 用白煤粉焦粉做成的 型煤。公司用的原料煤有阳泉块煤、 阳泉粒煤 13 ～25 mm、 晋城块煤煤质分析见表 1 。公 司共有固定层造气炉25台运行23台 , 全年共 消耗原料煤511 170 t见表 2 。 表1 白煤的煤质分析质量分数 项目 矸石/ 煤末/ 挥发分/ 灰分/ 硫分/ 热值/ MJ kg- 1 阳泉块煤3. 6016. 606. 296. 131. 2830. 27 阳泉粒煤3. 7018. 807. 1810. 311. 2330. 69 晋城块煤3. 5014. 507. 258. 580. 6429. 58 表2 23台固定层造气炉全年消耗煤量 t 项目阳泉块煤 阳泉粒煤 晋城块煤年合计日平均 消耗223 770179 780107 620511 1701 549 2. 2 水煤浆气化 所用煤热值 ≥23～27 MJ /kg的煤破碎或粒 径0. 1 mm的粉煤。原料主要为华亭煤。华亭 煤的煤质工业分析见表3,元素分析见表4。 表3 华亭煤煤质工业分析 质量分数 挥发分固定碳灰分内水外水 31～3550～55≤11≤10≤14 表4 华亭煤元素分析 质量分数 CHSON 55～703. 0～5. 00. 2～1. 213～200. 6～0. 7 原煤粒度设计要求见表5。化学药品消耗见 表6。 表5 原煤粒度设计要求 粒度/μm5 05030155 通过量/100804524 表6 吨煤化学药品消耗 添加剂助熔剂分散剂絮凝剂 ≤3. 60 kg≤15. 00 kg≤148 g≤5. 30 g 3 产量消耗及有效气体成分 3. 1 产量及消耗统计 1固定层造气炉共23台,合成氨的产量为 1 255 t/d,消耗白煤1 549 t/d,吨氨单煤耗平均为 1 234 kg,有效气体CO H2 1 000 m 3 标态单 煤耗为0. 495 t,吨煤产有效气体CO H2量为 2 020 m 3 标态 , 单台 Ф2 650 mm固定层造气炉 氨产量为54. 6 t/d。 2水煤浆气化炉共2台,甲醇产量741 t/d 粗醇 , 全天消耗原料煤为1 056 t,吨醇耗原料 煤1 425 kg,有效气体CO H2 1 000 m 3 标态 单煤耗为0. 427 t,吨煤产有效气体CO H2量 为2 340 m 3 标态 , 单台 Ф2 756 mm水煤浆气化 炉的甲醇产量为370 t/d。 两种气化方式的气体成分分析见表7。 表7 气体成分分析 体积分数 项目 CO2O2 CO H2N2CH4CO H2 固定层6. 80. 532. 842. 817. 1-75. 6 水煤浆19. 844. 234. 9 1 406 10 - 6 79. 1 4 三废排放及治理 4. 1 固定层气化 1废水。废水排放的设备主要有洗涤塔、 炉底水封、 气柜排水、 各炉卸灰的水、 各炉汽包排 污水等。另外造气用水及排放污水主要是系统内 部的循环水,控制住循环水的排放,也就控制住了 污水的排放。由于洗涤塔洗气要损耗水,炉底加 水在炉内蒸发也要损耗水,所以造气工段已经实 现污水零排放,根据实际情况还需给系统内补水。 为了能让系统的循环返水中悬浮物达到系统运行 指标,造气循环水采用平流沉淀池进行处理。 2废气。废气的排放主要是烟囱排放。采 用吹风气回收装置对烟囱排放气热量进行回收,并 产生蒸汽用于造气炉生产,而且还可以外供蒸汽。 3废渣。对造气工段产生的废渣采用人工 分选的方式进行处理。先将炉渣中的大块炭拣出 来,用于回炉再燃烧;对于剩余炉渣中的细小炭 粒,采用破碎机进行破碎,当作锅炉燃料的一部分 进行充分利用;而锅炉产生的炉渣含碳量已经很 低,送到附近的炉渣砖厂或水泥厂作为生产炉渣 砖或水泥的原料,实现废物再利用。 4. 2 水煤浆气化 1废水。废水排放的设备主要有沉淀池。 12 小氮肥 第38卷 第1期 2010年1月 由于系统内部的水在系统内部循环,产生的工艺 气中要带走大量的水,闪蒸系统也要闪蒸出部分 水蒸汽 , 因此系统内部要不停地补水,外排几 乎为零。只有排放渣时系统要带出去一部分水, 这部分水自流进入排污沟流到污水处理场,进行 处理后排放。 2废气。废气的排放主要是开停车时排放 的粗煤气,正常生产过程中无任何废气排放。 3废渣。气化工段产生的废渣直接用机动 车送到附近的炉渣砖厂或水泥厂作为生产炉渣砖 或水泥的原料,实现废物再利用。 5 成本分析 这两种气化工艺产生的煤气参数不同,固定 层气化炉产生的煤气为4. 1 kPa, 45℃ 的半水煤 气,而水煤浆气化炉产生的煤气为3. 5 MPa, 217℃ 的工艺气。 两种煤气化方式成本进行对比见表8。 表8 两种煤气化方式成本对比 项目 小时单耗单价小时费用/元 固定层水煤浆固定层水煤浆固定层水煤浆 原料煤65 t44 t880元/t445元/t57 20019 580 添加剂150 kg3. 69元/kg554 絮凝剂0. 8 kg50元/kg40 分散剂37. 5 kg10. 68元/kg400 电耗2 440 kWh915 kWh0. 4元/ kW h 0. 4元/ kW h 976366 氧耗26 000 m30. 378元/m39 828 一次水6. 3 t40 t1. 2元/t1. 2元/t848 循环水3 000 t1 500 t0. 055元/t0. 055元/t16583 软水90 t30 t3. 5元/t3. 5元/t315105 维修及大修费183618 人工费37075 折旧费2461 028 利息3571 495 合计59 82034 220 注固定层气化有效气体CO H2产量为130 370 m3/h,有效气体CO H2成本为0. 46元/m3;水煤浆气化有效气体CO H2产量为 102 960 m3/h,有效气体CO H2成本为0. 33元/m3。 由表8可知水煤浆气化运行费用较低,但水 煤浆气化投资较大, 100 kt/a甲醇的1台水煤浆 气化炉 Ф2 756 mm及配套设施不包括备炉共 需0. 7亿元,加上空分装置费用 0. 8 亿元共需 1. 5亿元。而固定层气化炉带吹风气回收装置 投资为400万元/台,单台炉所产气量为7 000～ 8 000 m 3 /h。如果这两种气化方式产生的煤气全 部折成标态气量,则5台 Ф2 650 mm固定层气化 炉的产气量相当于1台 Ф2 756 mm水煤浆气化 炉的产气量,所以在相同产气量的情况下水煤浆 气化炉的投资比固定层气化炉的投资要大得多。 6 结语 固定层气化技术由于主气化层建立在灰熔融 的高温区附近,煤在炉内停留的时间较长,气化剂 在炉内的气流速度较小,吹风阶段循环蓄热,加上 采用上、 下吹轮番制气,使得炉内热利用率高、 蒸 汽分解率高,煤气初净化容易,排灰和排气温度都 低,炉内热损失少,故具有省氧、 省蒸汽、 省投资且 气化效率高的优势。 气流床水煤浆技术由于煤种适应性强,炉子 操作温度高、 热效率高,合成气有效组分高,原煤 耗和氧耗相对较低,且具有运行可靠性高、 自动化 程度高、 环保性能优良等优势,是当今煤气化行中 先进的煤气化工艺。 两种煤气化方式各有优缺点,企业可根据实 际情况加以选择。 收稿日期 20092092 19 22