劣質煤干粉煤氣化成套裝置及灰強聚煤氣化技術
據不完全統計,目前在中國國內市場上煤炭造氣爐或氣化爐有30余種之多。例如比較熟悉的常壓固定床氣化爐,現國家已明令禁止建設新的該種爐型;加壓的固定床氣化爐,如魯奇爐或BGL爐,雖然是已經建成,正在運行或不斷進步之中,但是對煤種的特殊要求以及耗水量大,使得大部分用戶望而生畏。
近幾年,氣流床的煤粉氣化爐發展很快,不管是水煤漿爐還是干煤粉爐,從十多年前的德士古爐、謝爾爐,通過消化吸收改造,已經開發成功的爐型已經有華東理工大學開發的四噴嘴對置的水煤漿氣化爐和干煤粉氣化爐(東方爐),有航天萬源煤化工技術開發公司開發的、將激冷技術與干煤粉進料相結合的航天爐,有盈德清大科技公司開發、將耐火磚改為水冷壁的水煤漿氣化爐(清華爐),還有各種各樣的氣流床或氣流床與其他床相結合的氣化爐。氣流床在技術上相對比較成熟,但還是對煤種要求高,耗電耗水量大,一次性投資高等等原因使得客戶無法接受。
粉煤流化床氣化爐起源于1926年,德國工程師弗雷茲·溫克勒發現了顆粒物料的流態化現象并把它應用于煤和焦炭的氣化,這就是聞名于世的溫克勒氣化爐。如果從1932年第一臺溫克勒氣化爐投產之日算起,粉煤流化床氣化爐已經有了80多年的發展歷史。80多年來,流化床反應器廣泛應用于能源化工領域,有了長足的發展,大家熟知的有循環流化床鍋爐(CFBB,由沸騰床鍋爐發展而來)、石油流化催化裂化反應器(FCC,已經開發出幾十種不同形式的反應器和再生器的組合)。粉煤流化床氣化爐在1970年代,溫克勒氣化爐是一枝獨秀,據統計,全世界大約有70多臺類似的氣化爐分布在德國、印度、土耳其、蘇聯、中國和朝鮮,這些爐子在某些國家一直使用到今天,從未間斷,例如朝鮮。此后因為所謂的“石油危機”引發各國開始研究新一代的氣化爐,其中就有德國的高溫溫克勒氣化爐HTW,美國的灰團聚氣化爐KWR、U-GAS以及中國的灰融聚。
流化床氣化爐主要的優點是煤種適應性廣,爐子結構簡單造價低,產品氣體組成和產量的可調性高。但是不可否認的是,常壓運行的爐子,如恩德爐、科達爐,目前只能做到空氣或富氧氣化,產品煤氣比較適合做合成氨或工業燃氣。關鍵還是碳利用率低,生產環境也不盡人意。對于帶壓操作的爐子,雖然單爐的產氣量較高,但是也存在著碳利用率低,設備損壞率高,運行周期短等等弊端。
正是認識到這些問題的存在,上海卓旋化工科技有限公司幾位從事粉煤流化床氣化技術和旋風分離器技術開發的專家集合在一起,從灰團聚的核心技術著手,對運行多年的晉煤集團天溪煤制油分公司的灰熔聚氣化爐進行整改,采用了新型的旋風分離器和飛灰循環系統,設計了新型的氣化爐氣流分配系統以及全新的底渣排放系統,取名灰強聚氣化爐。顧名思義,經過改造以后的粉煤流化床氣化爐可以做到真正的灰團聚或灰熔聚,操作簡單方便,設備故障減少,關鍵是碳的利用率(工程上稱碳轉化率)大大地提高了,環境整潔,利潤提高。
1)改造前單爐產氣量16000~18000Nm3/h,改造后24000~27000Nm3/h;
3)改造前(CO+H2)含量64%~66%, 改造后含量67%~69%,CO明顯上升;
5)改造前灰渣排放和旋風分離器返料系統故障不斷,改造后幾乎沒有故障。
需要指出的是晉煤集團天溪煤制油分公司完全采用的是“三高一低”的無煙煤或貧瘦煤,如果改用其他反應活性高一點的煤底渣殘碳可以降到2%以下,碳轉化率也可達到98%以上。
多年運行實踐證明:灰強聚煤氣化技術是一種非常適合于劣質煤干粉煤的優秀氣化技術之一。