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技術前沿

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“清華爐”煤氣化技術

主流煤氣化技術及市場情況系列展示

清華爐煤氣化技術

技術擁有單位:清華大學、北京盈德清大科技有限責任公司





“清華爐煤氣化技術是清華大學研究開發,聯合北京盈德清大科技有限責任公司(接替北京達立科科技有限公司)共同開發的具有自主知識產權的煤氣化工藝,并在山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司實現了工業化。清華爐不僅包括了自主創新的氣化爐,還包括氣化工藝全流程的優化、配套技術的創新,因而改善了氣化爐的煤種適應性,提高了氣化系統的穩定性和可靠性,降低了氣化島的能耗,綜合形成了以清華爐為核心的經濟型氣流床氣化技術體系。清華爐產學研三方合作,順利完成了專利研究、數學模型研究、實驗室冷熱態研究、小試、工藝包開發和工業裝置設計和開車的全過程。

2001年開始,針對大規模氣化技術用于發電和化工等領域,在仔細調研綜合分析的基礎上,從可靠性和運行的經濟性角度出發,基于對氣化反應過程控制因素深入分析及其熱過程深刻理解,清華大學創新性地將燃燒領域的分級送風概念和立式旋風爐的結構引入到煤氣化中,將熱能工程領域的自然循環和膜式水冷壁凝渣保護原理擴展到煤氣化領域,提出了分級供氧水煤漿氣化技術和水煤漿水冷壁清華爐煤氣化技術。與其它氣化技術主要是由化工反應器發展而來的不同,清華大學的研究是從鍋爐燃燒演化而來的。清華爐煤氣化技術的核心思想是來源于煤粉鍋爐當中的空氣分級供給、自然循環原理、膜式水冷壁凝渣保護原理等,結構處理上借鑒了鍋爐的水冷壁及衛燃帶結構和絕熱爐膛結構,因此具有鮮明的動力設備特點。

一、氣化技術特點

(一)分級給氧

氣化爐噴嘴附近溫度是由燃料量和氧氣量及其混合效果決定的。正如煤粉燃燒器一樣,采用分級供氧,可以抑制噴嘴出口火焰溫度。像鍋爐空氣分級一樣,沿燃料流動方向的合適位置上再補充氧氣,提高溫度促進氣化反應,形成熔渣,以此改善噴嘴的壽命。由于氧氣分級供給,氣化爐主噴嘴供氧量與反應需氧化學當量脫離約束,減少了主噴嘴的氧氣負荷,改善了主噴嘴的工作環境,延長了其運行周期。在此過程中,燃料的熱量釋放和氧氣的供給時間相匹配,氣化室沿流動方向的溫度分布更合理,從噴嘴向下形成低低溫度曲線,見圖一,高溫區從噴嘴端部下移,噴嘴處于相對低的溫度區域,并提高了出渣口區域的溫度,同時提高了氣化室內平均溫度,使氣化的效果得到改善。由于氧氣分級供給,比不分級氣化爐軸向溫度均衡,長徑比可加大,突破了國內外關于水煤漿氣化室的截面出力的限制。從圖一還可以看出,在同樣氧煤比的情況下,分級供氧氣化室排渣口的溫度比只有主噴嘴供氧時要高,因而可以放寬對煤種灰熔點的要求,煤種適應性寬,可采用的煤種的灰熔點比傳統工藝約高100K,擴大了氣化爐煤種的適應性。事實上,該技術可以采用水煤漿進料,也可以干煤粉進料。

 


分級給氧氣化爐的流場更為合理。由于二次供氧在氧氣入口處形成反擴散火焰,氧氣進入了氣化室頂部區域。傳統的氣化爐沒有水平方向的供氧,在氣化室頂部形成了缺氧區,該區域氣化反應很弱,分級供氧工藝的二次供氧反擴散火焰的卷吸,使部分煤顆粒和氧進入氣化室頂部區域。這一流場結構,恰到好處又充分地利用了氣化室頂部區域,作為反應空間,而又不過度反應而影響氣化室頂部磚的壽命。由于水平方向只有質量很小的氧氣射流,在向下主氣流作用下,即使水平方向氧氣流速達到160m×s-1也不會射到對面爐壁;水平方向射流中沒有固體煤顆粒射入,只從主氣流中卷吸部分煤顆粒參與燃燒和氣化,不會產生過度高溫威脅氣化室頂部磚。以上兩方面使分級供氧工藝具有固有安全性。這一點也在工業生產中得到驗證:不投入二次供氧時,氣化室頂部磚上附有厚厚的高低不平蜂窩狀渣層,投入二次供氧以后,氣化室頂部磚上附有致密均勻的渣層。

(二)水煤漿水冷壁

水煤漿水冷壁氣流床煤氣化技術,成功解決了水煤漿的點火、穩燃和效率問題,充分發揮出了水煤漿耐火磚和干粉水冷壁技術的全部優點,同時還有效避開了它們的不足之處。

1.膜式水冷壁采用熱能工程領域成熟的垂直懸掛膜式壁結構,水冷壁可以自由向下膨脹,避免了高溫下復雜的熱膨脹處理問題;

2.水冷壁管的水循環按照自然循環設計,是本質安全的循環系統,即使在緊急狀態下,也能夠最大限度保證水冷壁的安全運行;

3.將原耐火磚結構氣化的預熱燒嘴和工藝燒嘴組合成為一個帶點火功能的工藝燒嘴,實現了點火、投料程序一體化完成,氣化爐的從冷態到滿負荷的啟動時間從原來的3天縮短到3個小時;

4.工藝燒嘴的水冷卻結構采用整體夾套式,燒嘴冷卻與水冷壁共用一套熱水循環系統,系統簡單;采用熱水循環冷卻,降低了工藝燒嘴的熱應力,燒嘴使用壽命長。

(三)氣化工藝流程

1、制漿工段

從界區外的運輸系統送來的原料煤首先進入煤斗,煤斗中的煤由煤稱重給料機控制以一定的質量流率進入棒式磨煤機。制漿用的水包括磨煤單元的沖洗水、排放、泄露、灰/黑水處理單元的濾液和工廠內其他裝置的難以處理廢水,不足部分可補充新鮮水。為了制得穩定的煤漿并降低煤漿粘度,在磨煤機中還需加入水煤漿添加劑。在添加劑配制池中配制的水煤漿添加劑經過添加劑配制池泵送到添加劑槽,再經過添加劑泵送到磨煤機中。水煤漿的PH值應該控制在7以上,煤、水、各種添加劑在磨煤機中研磨到所需要的粒度分布,制得重量百分比約為60%的水煤漿。從磨煤機初步制得的水煤漿通過磨煤機出口的滾筒篩流出,滾筒篩可以篩除煤漿中的大顆粒。水煤漿在重力的作用下流到磨煤機出料槽。磨煤機出料槽泵將水煤漿從磨煤機出料槽輸送到煤漿槽中。為防止煤漿沉淀,在磨煤機出料槽和煤漿槽中分別設置有磨煤機出料槽攪拌器和煤漿槽攪拌器,在攪拌器的作用下水煤漿保持懸浮狀態。

2、氣化工段

來自煤漿槽的煤漿依靠重力自流到高壓煤漿泵的入口,煤漿由煤漿泵加壓后,經煤漿切斷閥進入工藝燒嘴。煤漿泵所需的入口壓頭由煤漿槽提供。投料前,煤漿經煤漿循環閥等自動閥門循環回煤漿槽。

來自界區外的氧氣由氧氣總管經過流量調節閥和切斷閥進入氣化爐,氧氣的流量測量需要進行溫度和壓力補償。根據安全系統要求,在啟動階段氧氣通過氧氣放空消音器排放到大氣中并建立氧氣流量。工藝燒嘴把水煤漿和氧氣一起送入氣化爐中。

離開氣化爐燃燒室的粗合成氣與灰渣一起向下流過激冷環,經過激冷環時,激冷環內噴出的霧化水將粗合成氣和灰渣激冷至1050℃(煤的變形溫度以下),然后進入氣化爐下部的水浴。下部水浴的灰水來自合成氣洗滌塔,在氣化爐下部,大部分灰渣被分離出來,大塊渣靠重力作用沉入氣化爐底部,懸浮在水中的灰隨氣化爐灰水外排至低壓閃蒸罐。

進入氣化爐下部水浴的灰渣在循環水流的作用下經鎖斗安全閥、鎖斗進口閥進入鎖斗。為防止系統堵塞,在氣化爐和鎖斗安全閥之間裝有破渣機,大塊的渣由破渣機破碎。循環水流由鎖斗循環泵建立。鎖斗循環水是從鎖斗頂部溢流的含固量相對較少的灰水,循環水流回到氣化爐激冷室底部,并攜帶粗渣進入鎖斗。大部分從氣化爐來的固體都在鎖斗的底部沉積。

氣化爐的粗渣和渣水排至渣池的前倉,開始隔離兩倉的溢流閥保持關閉,約5分鐘后,溢流閥打開,較澄清的上部黑水送入渣池后倉,用渣池泵送至真空閃蒸罐。固體灰渣在淋干水分后外運。

3、合成氣洗滌

從氣化爐激冷室出來的粗合成氣通過文丘里洗滌器進入合成氣洗滌塔,合成氣首先進入洗滌塔底部的水中洗掉其中的細渣。基本上不含固體顆粒的合成氣沿洗滌塔向上流動,與從塔中部進入的循環灰水和塔上部加入的來自界區外的冷凝液逆流直接接觸,洗滌剩余的固體顆粒,離開洗滌塔的合成氣中含塵量小于1mg/Nm3。在洗滌塔頂部安裝有旋流板除沫器,合成氣在離開洗滌塔時除去其中夾帶的水霧,干凈的合成氣出洗滌塔后經過可從控制室調節的閥門送出界區。在合成氣洗滌塔的出口安裝有在線氣體分析儀,對一氧化碳、氫氣、二氧化碳及甲烷進行檢測。

在合成氣洗滌塔底部的水分成兩部分排出。一部分是底部上層固體含量較少的灰水,灰水經過激冷水泵加壓后,經過激冷水過濾器進入氣化爐激冷環和文丘里洗滌器。從洗滌塔底部出來的另外一部分含固量較多的黑水通過流量控制進入黑水閃蒸系統進行黑水處理以除去其中的固體顆粒,再生后的灰水經過沉淀和加熱等處理后送回合成氣洗滌塔。

4、灰水處理系統

從氣化爐激冷室和合成氣洗滌塔底部來的黑水進入低壓閃蒸罐。在低壓閃蒸罐中,一部分的水經減壓閃蒸變成蒸汽,蒸汽送到灰水除氧器作為加熱蒸汽。從低壓閃蒸罐底部排出的水含有較多的固體顆粒,這部分黑水通過液位控制送到真空閃蒸罐進行閃蒸,來自渣池的黑水也送到真空閃蒸罐。經過真空閃蒸罐的閃蒸,黑水中大量溶解的氣體釋放出來。從真空閃蒸罐出來的蒸汽首先進入真空閃蒸冷凝器由循環水冷卻,冷卻后的氣體進入真空閃蒸分離器。閃蒸真空泵將真空閃蒸分離器出來的氣體抽引出后直接排大氣,液體去灰水槽。真空閃蒸罐不控制液位,其下液直接插入沉降槽中心筒,利用沉降槽的液位作為液封,以保證其真空度。真空閃蒸分離器也不控制液位,真空閃蒸分離器下液直接插入灰水槽中,利用灰水槽的液位作為液封,以保證其真空度。

從真空閃蒸罐來的含固量較高的黑水進入沉降槽中,進入沉降槽的黑水經過絮凝沉淀后,沉降槽上部的澄清水溢流,依靠重力作用進入灰水槽。灰水槽中儲存的灰水經過低壓灰水泵加壓后分成兩部分,一部分去灰水除氧器,另外一部分去鎖斗沖洗水罐。

沉降槽的作用是使黑水中的固體顆粒在重力作用下沉降分離。為了加快固體在沉降槽中的沉降分離速度,需要向沉降槽中加入絮凝劑。在沉降槽中安裝了一個緩慢移動的沉降槽耙灰器,用來把沉降下來的固體送到沉降槽底部的出口。

在沉降槽底部的固體和水通過沉降槽底泵送到過濾機。黑水中的固體留在過濾機上部形成細渣濾餅,然后用卡車或者皮帶送出界區,濾液進入濾液槽。濾液經濾液泵加壓后送往沉降槽,也可直接送往研磨水槽作為制漿用水。

(四)技術優勢

1.穩定性好。水煤漿氣化工藝成熟,水冷壁掛渣穩定。用水煤漿進料穩定可靠,避免了粉煤進料不穩定、易燃、易爆、易磨損、泄漏等難題。

2.煤種適應性強。水煤漿水冷壁清華爐的氣化溫度不受耐火材料限制,可達1600℃或更高,氣化反應速度快,碳轉化率高,煤種適應性好,能夠消化高灰分、高灰熔點、高硫煤。

3.系統運轉率高。裝置運行連續穩定,特殊設計的工藝燒嘴冷卻系統有效延長了燒嘴的使用壽命,一次連續運行周期可以保證120天以上,每年不再因為換磚而停爐檢修,單爐年運行時間可達到8000小時。

4.安全性強。水冷壁采用熱能工程領域成熟的懸掛垂直管結構,既保證了水循環的安全性又避免了復雜的熱膨脹處理問題。水循環按照自然循環設計,強制循環運行,緊急狀態下能實現自然循環,最大限度保證水冷壁的安全運行。

5.啟動快。組合式點火升溫過程簡化,點火、投料程序一體化完成。水煤漿投料點火采用特殊設計的點火技術,氣化爐從冷態到滿負荷僅需3小時。

6.技術細節處理好。清華爐氣化技術在工業化過程,在細節的設計上有很多創新,如碳洗塔底部的氣體分布器,使灰水和煤氣的充分混合,保證了煤氣的洗滌效果;閃蒸罐中的環槽分布器設計,使閃蒸系統的檢修更方便;真空閃蒸的液封設計,使閃蒸罐不再堵塞等。細節上的改進使氣化系統能夠實現長周期運行。

此外,清華爐還具有較高的投資性價比,為用戶提供了更好的選擇。由于核心技術的突破,流程的優化,科學的設備國產化選擇,使得清華爐與國內外同類裝置相比,同樣規模可節約投資20%以上。

 

二 技術特點參數表

項目

具體參數

氣化技術類型

氣流床氣化

氣化技術名稱

清華爐煤氣化技術

氣化爐組合方式

根據化工生產的連續性考慮,建議設置備用爐;由于水煤漿水冷壁連續運行時間長,檢修時間短,啟動快,對于較大規模項目可以考慮不設置備用爐。當一臺氣化爐檢修時,其它氣化爐提負荷,保證下游化工裝置負荷不減少

進料方式

水煤漿和氧氣通過組合燒嘴一起進入氣化爐,側壁可以設置二次氧氣

進料位置

水煤漿和氧氣從氣化爐頂部下噴,有二次氧氣時,二次氧氣從氣化爐燃燒室側壁橫向射流進入氣化爐

噴嘴類型和特點

帶點火功能的組合式燒嘴

氣化爐燃燒室流場結構

受限空間內的射流流動,有二次氧氣時,二次氧氣射流反擴散火焰的卷吸,使部分煤顆粒和氧進入氣化室頂部區域;該流場結構恰到好處地充分利用了氣化室頂部區域,作為反應空間;同時二次氧氣射流區域可以強化氣化室內的物料混合

耐火襯里

耐火磚和水冷壁兩種方式

合成氣洗滌方式

高溫合成氣冷卻采用水激冷方式,下降管上有激冷水噴頭,實現對高溫合成氣的初級降溫,減少激冷水液位波動和合成氣帶水;洗滌塔內設置氣體分布器,合成氣與洗滌水充分接觸,洗滌效果好

氣化介質

氧氣

技術運行的階段

大規模工業應用

運行周期

最長連續A級運行140天,噴嘴使用壽命>120

煤的粒度范圍

粉煤氣化,對原料煤粒度沒有要求

煤質分析及要求

無特別要求,從經濟性考慮,建議灰分<25%,成漿性≥50%

操作條件

操作壓力:常壓~8.7MPaG

操作溫度:高于原料煤灰熔點約50℃運行,水冷壁氣化爐的操作溫度可達1600℃或者更高

粗煤氣的組成(干基)

CO:~45%H2:~35%CO2:~19%CH4:~0.1%

工藝指標

氧耗

360Nm3O2/1000Nm3(CO+H2),與煤質的成漿性、灰熔點、灰分含量有很大關系

蒸汽消耗

煤氣產量

570kg(干煤)/1000Nm3(CO+H2),與煤質的成漿性、灰熔點、灰分含量有很大關系

碳轉化率

≥98%

適合工業領域

制備化工生產用合成氣、IGCC發電燃料氣、陶瓷工業燃料氣、鋼鐵廠還原氣等

 

三 市場應用情況

“清華爐煤氣化技術不僅具有自主知識產權的核心專利,而且在工程建設和開車中提出了很多創新性的改進,形成了數十項外圍專利。

水煤漿水冷壁清華爐第一套工業裝置于2011822日在山西陽煤豐喜投入運行,第一年投運即實現了年運轉率達到94%、年負荷率達到120%的好成績,全面實現了研發和設計意圖,主要技術指標優于設計值,達到了國際領先水平。至201219日計劃檢修,創造了首次投料并安全、穩定、連續運行140天的煤化工行業氣化技術開車的新記錄。

2012年81日~4日,中國石油和化學工業聯合會組織現場考核專家組對清華爐裝置進行了現場考核。考核期間,裝置連續穩定運行72小時,平均負荷率為103.1%,考核數據達到了指標要求;氣化用煤的灰熔點可以達到1500℃以上,煤種適應性顯著增強;同等直徑的水冷壁氣化爐與原耐火磚結構的氣化爐相比,燃燒室容積增大1.6倍。

根據現場考核結果,專家組確認,該裝置為世界首套水煤漿水冷壁氣化工業裝置,綜合性能優異,是具有國際領先水平的擁有自主知識產權的新型煤氣化技術。

2012年93日,該技術成果通過了以中國工程院副院長謝克昌院士為鑒定委員會主任的科技成果鑒定。鑒定委員會認為:該氣化爐技術具有顯著的創新性,擁有自主知識產權,同時具有水煤漿耐火磚和干粉水冷壁氣化爐的優點,綜合性能優異,具有明顯的經濟效益和社會效益,總體技術處于國際領先水平。

主要運行數據表

項目

單位

運行結果

日投煤量(干煤)

t/d

581

有效氣(CO+H2)產量

Nm3/h

40002

有效氣(CO+H2)成分

%

78.46

水冷壁副產蒸汽量

t/h

0.96

比氧耗

Nm3/1000Nm3(CO+H2)

404.3

比煤耗

kg/1000Nm3(CO+H2)

605.0

粗渣含碳量

%

2.48

產氣率

Nm3干氣/kg

2.11

冷煤氣效率

%

73.2

熱效率

%

96.6

 

截至目前,“清華爐”進入市場還不到一年的時間,但由于其優異的性能,已經簽訂了多套技術轉讓合同。如下表所示。

 

編號

用戶名稱

氣化爐參數

[單爐(CO+H2)產量,壓力]

最終產品

1

山西陽煤豐喜肥業集團臨猗分公司

35000Nm3/h4.0MPa

合成氨

2

克拉瑪依盈德氣體有限公司

35000Nm3/h4.0MPa

煉油供氫(中石油)

3

石家莊盈鼎氣體有限公司

90000Nm3/h6.5MPa

煉油供氫(中石化)

4

昌邑盈德氣體有限公司

55000Nm3/h4.0MPa

丁辛醇

5

江蘇華昌化工股份有限公司

110000Nm3/h6.5MPa

合成氨、丁辛醇

6

山東金誠化工科技有限公司

60000Nm3/h6.5MPa

煉油供氫

7

江蘇德邦化工科技有限公司

110000Nm3/h6.5MPa

合成氨、聯堿、尿素

 

四 最佳運行案例

2009年81日,日處理煤量600噸,運行壓力4.0MPa的全球第一臺水煤漿水冷壁氣化爐在山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司破土動工,建設工期23個月,項目總投資9000余萬元。

時間點

項目進度

200811

開始籌劃此項目

20091

開始進行項目設計

20093

開始進行設備招標訂貨

20098

土建開始施工

20103

土建框架施工完華

20109

氣化爐與水冷壁到廠并開始安裝

20113

安裝完華,進行單體試車

201147

系統試車、調試

2011822

一次投料成功

 

“清華爐氣化技術在該運行方案中表現出以下幾個特點:

1、安全性好

耐火磚氣化爐在開車和運行過程中,爐殼溫度在200℃以上,如果筑爐有問題或爐磚竄氣,有時會發生爐壁超溫的現象,嚴重時造成氣化爐爐殼鼓包、爆 zha。而水冷壁氣化爐采用全密封垂直管結構,水冷壁和氣化爐殼體之間充保護氣,并且高溫氣與氣化爐承壓鋼殼之間還有激冷水隔離保護,因此不存在爐壁超溫的問題。目前運行過程中水冷壁水煤漿氣化爐的外殼溫度運行溫度最高點僅110℃左右,比耐火磚氣化爐溫度低120℃左右。

2、穩定性好

耐火磚氣化爐正常運行時,主要依靠看渣口壓差、洗滌塔出口氣體成分來判斷氣化爐的爐溫,來調整氧煤比,但往往反應比較滯后,如煤漿泵打量不好時不易發現,等發現后再處理時,經常造成事故擴大,難以處理。而水冷壁氣化爐正常運行時,除了看渣口壓差、洗滌塔出口氣體成分外,水冷壁的蒸汽產量更能直接反應氣化爐的爐溫,如煤漿泵打量不好,蒸汽產量會瞬間增大,操作工可以及時處理,避免事故擴大。

3、開停迅速

由于水冷壁保護涂層對升溫速率的要求遠遠低于耐火磚氣化爐內耐火磚對升溫速率的要求,因此水冷壁氣化爐開車速度快,從升溫到投煤漿一般只需要1小時就可以完成,而耐火磚一般需要72小時的升溫時間。而且水冷壁氣化爐由于蓄熱很少,一般停爐后很快就可以具備開車條件,不需要備爐。

4、負荷率高

與本裝置相同直徑的耐火磚氣化爐燃燒室容積約為12.5m3,水冷壁氣化爐燃燒室的容積增加到20m3左右,燃燒室容積增加后,為系統的擴產創造了條件。在相同煤種相同負荷下,由于氣化爐燃燒室的容積增加,水煤漿在爐內的停留時間比目前的耐火磚爐子長,有效氣的含量相對于目前也有所提高,煤的碳轉化率也得到了提高。

5、工藝燒嘴運行時間長

耐火磚氣化爐燒嘴冷卻采用盤管,壓力也比氣化爐壓力低,水冷盤管極易損壞,水冷盤管損壞后,高溫、高壓煤氣將會直接進入燒嘴冷卻水系統,必須立即停車。燒嘴冷卻水采用40℃左右的低溫水,燒嘴內外溫差大,承受的熱應力也大;同時低溫冷卻水會產生露點腐蝕、硫腐蝕等。而水冷壁氣化爐燒嘴冷卻采用夾套結構,燒嘴冷卻水采用汽包的鍋爐水,溫度250℃以上,燒嘴運行的工藝條件得到優化,耐火磚氣化爐燒嘴存在的露點腐蝕、硫腐蝕和應力腐蝕等難題都得到解決。燒嘴冷卻采用夾套結構,沒有突出部件,不易損壞,燒嘴冷卻水壓力比氣化爐高,即使燒嘴冷卻水泄漏,也不必立即停車。水冷壁氣化爐的燒嘴運行時間比耐火磚氣化爐燒嘴的連續運行時間長。

6、開工費用低

單臺耐火磚氣化爐每次烘爐大致需要消耗熱值為2300大卡的燃料氣36000Nm3左右,而水冷壁爐子每次烘爐僅需要消耗同等熱值燃料氣約4000Nm3。水冷壁氣化爐每次烘爐比耐火磚爐節約32000Nm3燃料氣。

7、運行維護費用低

水冷壁氣化爐與耐火磚氣化爐相比,在相同煤質相同負荷條件下,由于氣化爐燃燒室容積增大,有效氣含量有所提高,而且每小時可副產8001500kg的蒸汽,每年可生產高壓飽和蒸汽640012000噸蒸汽,可以產生經濟效益76144萬元(噸蒸汽按照120元計)。耐火磚氣化爐一般運行40005000小時需要更換一次渣口磚;800012000小時需要更換一次向火面磚。水冷壁氣化爐徹底擺脫了耐火磚氣化爐磚磨損的更換問題,每年可以減少耐火磚維護費用300萬元。

8、煤種適用性廣

水冷壁氣化爐燃燒室的運行溫度不受耐火磚的限制,可以使用高灰熔點煤,實現原料煤本地化,降低原料成本。采用水煤漿水冷壁氣化爐后,可使用高灰熔點煤。單爐日投煤量以600噸計,如果高灰熔點煤比現有原料煤價格低150/噸,則每臺爐每年減少原料煤成本可達2700萬元。

9、環境友好

耐火磚氣化爐爐磚采用高鉻磚,在運行過程中,耐火磚會被爐渣侵蝕、剝落,含鉻爐渣會對環境造成影響;在氣化爐換磚過程中,拆下來的含鉻的爐磚也不易處理;耐火磚氣化爐的烘爐過程很長,原始烘爐需20天左右,正常烘爐需3天以上,排放的廢氣量多。而水冷壁氣化爐內部僅有30mm厚的SiC涂層,在運行時也不需再進行更換,在運行時不會脫落,對環境無害;水冷壁氣化爐的耐火材料烘爐時間很短,一般一個小時即可直接投料,放空的廢氣量少。

水煤漿制備可以采用有機廢水,在實際運行中制漿系統采用本廠環己酮裝置的含苯廢水、甲醇精餾殘液等,大大減少污水處理成本。

 

五 有關該技術的最新動態

2011年4月,清華爐研究團隊與國內最大的獨立工業氣體供應商盈德氣體集團合作,將清華爐煤氣化工藝整體轉讓給盈德氣體集團,盈德氣體集團和清華大學共同擁有該專利技術,并由盈德氣體集團出資成立了北京盈德清大科技有限責任公司,獨家經營清華爐煤氣化技術。同時盈德氣體集團出資在清華大學成立了清華大學-盈德氣體煤氣化聯合研究中心,為該技術的完善和新技術的研發搭建了更加廣闊的平臺。

2012年7月,北京盈德清大科技公司、東華工程科技股份公司、貴州鑫晟煤化工公司等簽署合作意向書。根據合作計劃,最終將把貴州鑫晟煤化工公司的水煤漿耐火磚氣化爐改造為水煤漿水冷壁清華爐,完成全球新型煤氣化爐的首例改造。

貴州鑫晟煤化工公司的煤氣化工程原采用的氣化爐為耐火磚結構,年生產甲醇30萬噸,201012月投產。由于耐火磚氣化爐的煤種適應性問題,該工程原料煤一直使用云南產的煤炭,成本很高,造成企業虧損。鑫晟公司了解到水煤漿水冷壁氣化爐試燒的煤種灰熔點可達1500℃以上,能夠使用當地煤實現高溫連續生產,確定耐火磚氣化爐改造為水煤漿水冷壁清華爐是可行的。

2012年3月,北京盈德清大公司還與黑龍江北大荒股份公司浩良河化肥分公司簽署了《氣化爐改造技術協議》。浩良河化肥分公司現使用氣化爐為德士古水煤漿耐火磚爐,自20047月運行至今。為改變耐火磚爐維修、運行費用較高,氣化裝置年運作周期受限等不利狀況,浩良河化肥分公司經過大量細致的技術調研和論證,委托盈德清大公司對其在用氣化爐進行改造。

目前,清華爐研究團隊著手研發包括高壓濃相粉煤輸送技術、干法氣化工藝、劣質煤氣化工藝、加氫氣化工藝在內的煤氣化相關新技術。

 


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