科林粉煤氣化技術(shù)(CCG)簡(jiǎn)介.doc

科林粉煤氣化技術(shù)(CCG)簡(jiǎn)介德國(guó)科林工業(yè)集團(tuán)二零一零年七月1. 公司簡(jiǎn)介 德國(guó)科林工業(yè)集團(tuán)是全球著名的煤氣化、煤干燥和生物質(zhì)氣化技術(shù)提供商。該集團(tuán)是前東德燃料研究所 (DBI)和黑水泵工業(yè)聯(lián)合體（Gaskombinat Schwarze Pumpe， 簡(jiǎn)稱(chēng)GSP）氣化廠最大的后裔公司?？屏郑–HOREN）名稱(chēng)的由來(lái)是：“C-Carbon-碳 H-Hydrogen-氫 O-Oxygen-氧 REN-RENewable-可再生”。 科林集團(tuán)總部位于德國(guó)弗萊貝格市，原東德燃料研究所舊址，著名的黑水泵氣化廠就在附近。戴姆勒奔馳汽車(chē)公司、德國(guó)大眾汽車(chē)公司為科林的戰(zhàn)略投資者。 目前集團(tuán)擁有近300名研發(fā)及工程技術(shù)人員，其中主要技術(shù)骨干為前徳燃所和黑水泵廠的員工?？屏止镜陌l(fā)起人Wolf博士即為前東徳燃料研究所研發(fā)部部長(zhǎng)，煤氣化運(yùn)行總監(jiān)貢瓦先生是前黑水泵氣化廠廠運(yùn)行主任。 科林集團(tuán)擁有40多年氣流床氣化技術(shù)研發(fā)、設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、建設(shè)以及運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，可以為客戶(hù)提供粉煤氣化技術(shù)（CCG）和生物質(zhì)氣化技術(shù)（Carbo-V）從工藝包設(shè)計(jì)到關(guān)鍵設(shè)備制造和開(kāi)車(chē)運(yùn)行等一系列綜合性服務(wù)。 此外，科林集團(tuán)也是蒸汽流化床煤干燥技術(shù)的創(chuàng)始人和專(zhuān)利持有人，在全世界煤干燥領(lǐng)域，特別是褐煤干燥領(lǐng)域具有多年成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)?？屏帜芑夹g(shù)（北京）有限公司是科林集團(tuán)的全資子公司，負(fù)責(zé)集團(tuán)在亞太地區(qū)的業(yè)務(wù)。2. 技術(shù)來(lái)源及技術(shù)開(kāi)發(fā)背景科林高壓干粉煤氣化爐簡(jiǎn)稱(chēng)為CCG爐(Choren Coal Gasifier),該技術(shù)起源于前東德黑水泵工業(yè)聯(lián)合體（Gaskombinat Schwarze Pumpe， 簡(jiǎn)稱(chēng)GSP）下屬的燃料研究所，于上世紀(jì)70年代石油危機(jī)時(shí)期開(kāi)始開(kāi)發(fā)，目的是利用當(dāng)?shù)睾置禾峁┏鞘腥細(xì)狻?979年在弗萊貝格市建立了一套3MW中試裝置，完成了一系列的基礎(chǔ)研究和工藝驗(yàn)證工作。試驗(yàn)煤種來(lái)至于德國(guó)、中國(guó)、前蘇聯(lián)、南非、西班牙、保加利亞、澳大利亞、捷克等國(guó)家。1984年在黑水泵市（SCHWARZ PUMPE）建立了一套130MW（日投煤量為720噸）的水冷壁煤氣化爐工業(yè)化裝置， 氣化當(dāng)?shù)睾置河米鞒鞘腥細(xì)猓羞\(yùn)行8年的工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。之后改用工業(yè)廢液廢油作為進(jìn)料，繼續(xù)運(yùn)行至今。 燃料研究所和黑水泵工廠的技術(shù)骨干后來(lái)發(fā)起成立了科林的前身公司，繼續(xù)致力于煤氣化技術(shù)的研發(fā),并把運(yùn)行中出的問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)計(jì)更改和完善，推出了一套完整優(yōu)化的新氣化技術(shù) - CCG。3. CCG技術(shù)介紹（A） 氣化工藝CCG氣化工藝過(guò)程主要是由給料、氣化與激冷系統(tǒng)組成。原料煤被碾磨為100%200，90%65的粒度后, 經(jīng)過(guò)干燥, 通過(guò)濃相氣流輸入系統(tǒng)送至燒嘴，在反應(yīng)室內(nèi)與工業(yè)氧氣（年老煤種還需添加少量水蒸氣）在高溫高壓的條件下反應(yīng)，產(chǎn)生以一氧化碳和氫氣為主的合成氣。根據(jù)灰組份和灰熔融特性，氣化溫度操作控制在1400-1700之間 （高于灰熔點(diǎn)200度左右）。反應(yīng)溫度可通過(guò)氧氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)（控制爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)劇烈程度）。反應(yīng)室內(nèi)壁為水冷壁，由于形成了固態(tài)渣層保護(hù)，所以反應(yīng)產(chǎn)生的液態(tài)灰渣不會(huì)直接接觸水冷壁。生成的合成氣及液態(tài)灰渣離開(kāi)燃燒室向下流動(dòng)，在激冷室中直接被水冷卻，液態(tài)灰渣被水浴固化成顆粒狀，冷卻后的灰渣經(jīng)過(guò)鎖斗排出系統(tǒng)，從排放的水中分離并通過(guò)撈渣機(jī)運(yùn)出。合成氣被蒸汽飽和，以大約 210 溫度離開(kāi)氣化爐。氣化爐外殼由水夾套保護(hù)，表面溫度小于100。原料氣化和達(dá)到氣體平衡所需的熱量由原料碳氧化成CO2和CO所釋放。氣化溫度的選擇主要由煤的灰熔點(diǎn)確定, 氣化壓力的確定主要取決于產(chǎn)品煤氣的利用工藝，通常為4.0MPa。（B）CCG氣化爐結(jié)構(gòu)氣化爐由燒嘴、燃燒室、激冷室、水冷壁、外殼等部分組成。日投煤量為1500噸的氣化爐的尺寸大約是16米高，直徑3.2米，重量約200噸。右圖是氣化爐的示意圖。i 燒嘴CCG氣化爐為多噴嘴頂置的形式，分為引燃燒嘴和煤粉燒嘴。在開(kāi)車(chē)和停車(chē)時(shí)候，利用液化氣混合氮?dú)庾鳛橐紵斓娜細(xì)狻Ｔ跉饣癄t運(yùn)行過(guò)程中，出于安全的考慮，引燃燒嘴在較小的功率下運(yùn)行（長(zhǎng)明燈）。可以利用循環(huán)回送的合成氣作為引燃燒嘴的燃料。由于長(zhǎng)明燈反應(yīng)放熱也是氣化反應(yīng)所需要的，所以并不會(huì)造成額外的能量損耗。由于燒嘴是一個(gè)承載高溫的部件，故每個(gè)燒嘴自身都有冷卻循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)由泵、泵接收器和熱交換器組成一個(gè)循環(huán)，形成強(qiáng)制冷卻，使熱量間接傳導(dǎo)到冷卻水系統(tǒng)。燒嘴頂部壽命一般為4年，每年半年檢修一次燒嘴的頂部。如有損壞僅需更換燒嘴頂部。下圖為400MW（日投煤量1500噸）燒嘴分布圖、引燃燒嘴示意圖和粉煤燒嘴示意圖。ii 氣化室水冷壁結(jié)構(gòu)煤粉、氧氣和水蒸氣通過(guò)燒嘴進(jìn)入燃燒室，發(fā)生部分氧化反應(yīng)。燃燒室是由齒形蛇管卷水冷壁圍成的圓柱形空間, 上部為燒嘴, 下部為排渣口, 原料與氧氣、水蒸氣的氣化反應(yīng)就在此空腔內(nèi)進(jìn)行。第一次開(kāi)車(chē)后水冷壁被掛上一層渣， 在后續(xù)運(yùn)行中利用以渣抗渣的原理保護(hù)水冷壁。 正常運(yùn)行時(shí)爐體內(nèi)溫度為1 400-1700 , 經(jīng)過(guò)渣層以后, 溫度降低到500左右, 再經(jīng)過(guò)16.5 mm 厚的屏壁和SiC填充物, 溫度降低到270 左右, 水冷壁內(nèi)的加壓冷卻水的溫度為250 左右。水冷壁氣化爐體的優(yōu)點(diǎn)是爐體實(shí)際承受的溫度較低， 水冷壁承溫 500 ，外層殼體內(nèi)壁的溫度 250 , 氣化爐外殼的表面溫度小于100C，不容易損壞，故可以氣化灰熔點(diǎn)較高的煤種。 該水冷壁在黑水泵廠使用8年后, 沒(méi)有破壞性的損壞?？屏諧CG爐還對(duì)原有水冷壁結(jié)構(gòu)做了改善，分別設(shè)立了4處吹掃口，使?fàn)t壁間的吹掃更充分，大大延長(zhǎng)了水冷壁的壽命。iii 激冷室激冷室是一個(gè)上部為圓形筒體的空腔。高溫粗煤氣和熔渣、從氣化室下部一個(gè)喇叭形的排渣口進(jìn)入激冷室, 高溫合成氣和熔渣在激冷室內(nèi)用水進(jìn)行冷卻，冷卻后的合成氣進(jìn)入洗滌系統(tǒng)進(jìn)行洗滌，冷卻后的灰渣經(jīng)過(guò)鎖斗排出系統(tǒng)。（C） 氣化爐規(guī)格目前, CCG工藝的氣化爐規(guī)格有3 種。規(guī)格分別為200MW,400MW,600MW。規(guī)格為200MW、日投煤量720 噸的小型氣化爐已經(jīng)在黑水泵氣化廠工業(yè)化。另一種氣化爐規(guī)格為400MW、日投煤量約為1500噸，每小時(shí)有效合成氣產(chǎn)氣量約為100000標(biāo)準(zhǔn)立方?？屏止具€可以提供600MW， 日投煤量為2250噸的氣化爐。 2007年簽約的兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)化工50萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目采用了兩臺(tái)400MW、日投煤量為1500噸CCG氣化爐，總產(chǎn)氣量為每小時(shí)20萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方， 下游工序需求是每小時(shí)14萬(wàn)立方有效合成氣。 正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)爐均以70%的負(fù)荷運(yùn)行， 如果一臺(tái)爐停車(chē)， 則另一臺(tái)爐可以滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行以保證下游連續(xù)生產(chǎn)所需的最低氣量。 （D）CCG氣化技術(shù)的優(yōu)勢(shì) CCG氣化技術(shù)的主要特點(diǎn)是干粉進(jìn)料， 以水冷壁保護(hù)氣化爐，采用水激冷流程以冷卻合成氣、燒嘴頂置下噴。i 干粉進(jìn)料（與水煤漿進(jìn)料比較）有如下優(yōu)勢(shì)1）. 克服了部分煤種難以制漿的問(wèn)題， 與水煤漿技術(shù)相比，煤種適應(yīng)性有所增強(qiáng)。2）. 避免將大量的水帶入氣化爐。與水煤漿技術(shù)相比，氧耗降低約15-20%。 粗合成氣中有效氣（COH2）濃度可高達(dá)90 - 93，冷煤氣效率可達(dá)80-83% ，碳轉(zhuǎn)化率99。這些效率指標(biāo)均大大高于水煤漿技術(shù)。3）. 煤粉在干粉煤燒嘴內(nèi)移動(dòng)的速度僅約5米每秒， 主要是靠高速的氧氣帶動(dòng)煤粉形成旋流參加反應(yīng)， 無(wú)嚴(yán)重磨蝕，燒嘴頭部壽命可達(dá)4年以上，僅需每半年檢修頭部向火面。而水煤漿燒嘴內(nèi)煤漿以固液混合物形式存在，流速高，磨蝕嚴(yán)重，1-3個(gè)月就需更換，以保證霧化效率和碳率。 ii 水冷壁結(jié)構(gòu)（與耐火材料熱壁爐比較）有如下優(yōu)勢(shì) 1）. 壽命長(zhǎng)，檢修少，在線(xiàn)率高。水冷壁的壽命可達(dá)25年， 每半年檢修一次。如果是采用耐火磚結(jié)構(gòu)則需每年更換， 拱頂磚的壽命更短2）. 采用水冷壁結(jié)構(gòu)，在開(kāi)停車(chē)時(shí)不存在熱壁爐的烘爐問(wèn)題，從冷態(tài)開(kāi)車(chē)到滿(mǎn)負(fù)荷僅需要一個(gè)小時(shí)，可以快速響應(yīng)下游對(duì)合成氣需求3）. 采用水冷壁進(jìn)行以渣抗渣，氣化反應(yīng)的溫度可以較高，不會(huì)對(duì)爐體有所損害，而對(duì)于熱壁爐則需要考慮氣化溫度對(duì)耐火材料的影響。故水冷壁氣化爐可以氣化灰熔點(diǎn)較高的煤種，進(jìn)一步提高了煤種的適應(yīng)性。而且氣化爐操作溫度高于灰熔點(diǎn)200攝氏度，完全可以應(yīng)付煤質(zhì)一定范圍內(nèi)的變化。CCG 氣化工藝可以氣化高達(dá)35% 灰分的煤種4）. 因?yàn)闅饣磻?yīng)溫度高，基本不會(huì)形成任何碳?xì)浠衔铮ㄈ缂淄榈龋?，因而?jiǎn)化了對(duì)氣體凈化的要求5）. 水冷壁采用間接副產(chǎn)低壓蒸汽，通過(guò)監(jiān)控水冷壁的進(jìn)出水溫差，判斷爐壁的掛渣狀況，有利用于氣化爐穩(wěn)定操作及設(shè)備的壽命延長(zhǎng)。iii 激冷流程 （與廢鍋流程比較）1）. 采用激冷工藝流程，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，裝置投資少。投煤量相同的氣化爐，激冷流程氣化框架只有廢鍋流程氣化框架的約一半高度，重量只有其20%左右。氣化島投資只有其50-60%。2）. 由于采用全激冷方式，整個(gè)化工流程較廢鍋流程大大縮短（沒(méi)有廢熱鍋爐，陶瓷過(guò)濾器，循環(huán)氣壓縮機(jī)等），故整個(gè)裝置的可靠率增加。 而且由于裝置投資成本較低，能夠負(fù)擔(dān)雙爐運(yùn)行，大大提供了氣化島在線(xiàn)率。3）. 經(jīng)過(guò)激冷和水洗，粗合成氣含塵量低1mg/Nm3，粗合成氣夾帶的水蒸汽可以滿(mǎn)足變換工藝所需90-100%的蒸汽。而廢鍋流程雖然以高投資產(chǎn)生高品位蒸汽，但如用于化工用途則其下游變換工藝還需要同樣加入蒸汽，在經(jīng)濟(jì)上并不合算。iv 多燒嘴同向頂置下噴1）. 燒嘴頂置下噴在德國(guó)黑水泵廠的氣化爐有過(guò)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)。2）. 將引燃燒嘴和煤粉燒嘴分開(kāi)使得燒嘴結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，降低故障率。3）. 燒嘴頂置下噴的方案可以使高溫粗氣及灰渣方向流向相同以確保燃燒室排渣順暢， 可以克服氣渣上下分流工藝的固有排渣困難。4）. 燒嘴同向布置可以克服對(duì)置燒嘴間相互磨蝕的問(wèn)題，5）. 多噴嘴布置保證了粉煤在反應(yīng)空間分布均勻，流場(chǎng)形成比單噴嘴方案要好。6）. 多噴嘴方案可在開(kāi)車(chē)過(guò)程實(shí)現(xiàn)各個(gè)燒嘴先后點(diǎn)火，開(kāi)車(chē)過(guò)程中就能夠完全配合后續(xù)設(shè)備合成氣需求逐步升量的方案。7）. 多噴嘴方案的負(fù)荷調(diào)節(jié)余地比單噴嘴方案要大。而且放大更為容易。2000噸以上投煤量的氣化爐基本上很難使用用單噴嘴方案。8）. 如某一燒嘴故障，系統(tǒng)還可短時(shí)間繼續(xù)運(yùn)行，以排除故障帶壓連投。（E） CCG技術(shù)與其他技術(shù)的比較以下是某化工設(shè)計(jì)院所做的水煤漿氣化技術(shù)、干粉煤廢鍋氣化技術(shù)及科林CCG氣化工藝比較：序號(hào)項(xiàng) 目干粉煤廢鍋氣化水煤漿加壓氣化科林CCG技術(shù)1原料的適應(yīng)性適應(yīng)各種煤適應(yīng)成漿性好，灰熔點(diǎn)低的各種煤適應(yīng)各種煤、油、氣2每1000 Nm3有效氣耗煤0.69 t0.72t0.69 t3每1000 Nm3有效氣耗氧330 Nm3389 Nm3330 Nm34氣化溫度140017001300 1500140017005氣化壓力4.0 MPa8.54 MPa4.0 MPa6氣化爐配置單爐需有備用爐單爐或多爐7單爐燒嘴配置多組對(duì)置單個(gè)頂置或多個(gè)對(duì)置頂置8氣化爐結(jié)構(gòu)水冷壁耐火襯里水冷壁9熱回收廢鍋、水冷壁廢鍋或激冷激冷10煤氣除塵冷煤氣激冷，過(guò)濾，洗滌洗滌洗滌11主要易損件高溫過(guò)濾器，燒嘴耐火襯里，燒嘴燒嘴12輸煤方式氣體壓送水煤漿泵送氣體壓送13單爐連續(xù)運(yùn)行周期1年34個(gè)月1年14磨煤方法干磨同時(shí)干燥濕磨干磨同時(shí)干燥15氣體與爐渣流向逆流順流順流16國(guó)產(chǎn)化水平關(guān)鍵設(shè)備引進(jìn)國(guó)產(chǎn)化率高國(guó)產(chǎn)化率高17工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)國(guó)外已成功用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，國(guó)內(nèi)已用于合成氨和甲醇生產(chǎn)國(guó)內(nèi)外已成功用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、合成氨和甲醇等國(guó)外已成功用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和甲醇等18投資比較150-170%90%-110%100%水煤漿氣化工藝、干粉煤廢鍋氣化工藝與科林CCG氣化工藝氣化室出口處的典型氣體成份如下：序號(hào)組成（V%）水煤漿干粉煤廢鍋氣化CCG1H230.326.723.762CO39.763.370.073CO210.81.54.034CH40.10.00.005H2S1.01.316N20.74.11.147Ar0.91.1-8H2O16.52.0- 綜合以上分析，這三種氣流床氣化工藝都是很好的煤氣化技術(shù)。但干粉煤廢鍋氣化氣化效率較高，煤種適應(yīng)性強(qiáng)。 但其工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國(guó)產(chǎn)化率低，設(shè)備運(yùn)輸和安裝難度大，建設(shè)周期長(zhǎng)；一次投資大；干法過(guò)濾器的使用壽命短。進(jìn)入中國(guó)時(shí)間較短，在國(guó)內(nèi)開(kāi)車(chē)還不太順利。 水煤漿氣化工藝開(kāi)發(fā)和進(jìn)入中國(guó)的時(shí)間較早，在國(guó)內(nèi)外的合成氣生產(chǎn)中得到了更加廣泛的應(yīng)用，可靠性更高，在技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程建設(shè)、生產(chǎn)管理和運(yùn)行操作等方面，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備的國(guó)產(chǎn)率高，國(guó)內(nèi)的技術(shù)支持性更好，裝置的建設(shè)投資較低；但存在耐火磚和燒嘴連續(xù)使用壽命短，氣化爐難以長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行，煤種的適應(yīng)性相對(duì)較差。 CCG粉煤氣化工藝與干粉煤廢鍋氣化粉煤氣化工藝相比，兩者采用的都是水冷壁，干粉煤進(jìn)料，有效氣含量相當(dāng)；煤種適應(yīng)性、氧氣消耗、碳轉(zhuǎn)化率、熱效率等方面，基本一致，能耗相近；建設(shè)投資較?。唤ㄔO(shè)周期稍短。與水煤漿相比，氣化后工藝流程相似（激冷流程），更適合生產(chǎn)氨和醇需要的合成氣；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；煤種的適應(yīng)性更寬；煤、水、電耗量少；連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)；總的來(lái)說(shuō) CCG煤氣化技術(shù)效率和消耗基本與干煤粉廢鍋技術(shù)相同，優(yōu)于水煤漿技術(shù)，但其投資卻接近水煤漿技術(shù)，大大低于干煤粉廢鍋技術(shù)?？梢哉f(shuō)CCG兼有其他兩種氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。（F） CCG氣化爐的應(yīng)用業(yè)績(jī)i 黑水泵廠粉煤氣流床氣化爐日投煤量720噸，煤種為褐煤。 用作城市燃?xì)?。?984年運(yùn)行到1990年。1990年?yáng)|西德合并，東德城市燃?xì)飧臑樘烊粴?，故原黑水泵廠改造成為綜合物料處理中心， 其粉煤氣化裝置改為漿體進(jìn)料，用于處理液態(tài)有機(jī)廢料，產(chǎn)生的合成氣用于75MWIGCC發(fā)電并聯(lián)產(chǎn)12萬(wàn)噸甲醇。ii 兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)項(xiàng)目于2007年8月底科林與兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)化工公司的年產(chǎn)50萬(wàn)噸的合成氨項(xiàng)目簽訂技術(shù)轉(zhuǎn)讓、工藝包設(shè)計(jì)和燒嘴供應(yīng)合同。 該項(xiàng)目位于貴州開(kāi)陽(yáng)縣境內(nèi)，采用兩臺(tái)日投煤量為1500噸的CCG氣化爐。氣化爐由業(yè)主自行招標(biāo)委托大連金州重型機(jī)械廠制造，將于2010年三季度完工。該項(xiàng)目將于2011年6月試車(chē)。該項(xiàng)目氣化島（含磨煤干燥，氣化激冷，灰水處理和氣體洗滌）總投資不超過(guò)5億人民幣。 4. 科林工業(yè)集團(tuán)在煤氣化業(yè)務(wù)方面的優(yōu)勢(shì)（A） 人力資源科林是前東德燃料研究所和黑水泵廠最大的后裔單位?？屏止景l(fā)起人、科林主要的技術(shù)團(tuán)隊(duì)、研發(fā)團(tuán)隊(duì)大部分來(lái)源于黑水泵氣化廠和前德國(guó)燃料研究所。2008年，黑水泵廠清算解散，科林由于自身在建設(shè)生物質(zhì)氣化示范裝置，所以又接收了大量的工廠操作人員。也就是說(shuō)，科林擁有氣化技術(shù)方面的大批擁有Know-How（專(zhuān)有技術(shù)）的人員。他們具有40余年研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)轉(zhuǎn)方面的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。他們是科林公司最寶貴的財(cái)富。（B） 設(shè)備制造能力科林全資擁有的科林設(shè)備制造公司（CHOREN Components Gmb