几种褐煤气化技术.docx

1、几种褐煤气化技术几种褐煤气化技术 周夏 东方希望集团重庆万盛煤化有限公司 摘要:移动床、流化床和气流床等煤气化技术都可应用于褐煤气化,本文主要从煤种特征、不同炉型对 入炉煤的要求等方面,就当前典型的煤气化技术应用于褐煤气化的情况进行了简单述评。对褐煤地下气化 技术也进行了简单介绍。 关键词:褐煤、气化 1 引言 与其它国家相比,我国的烟煤、无烟煤等优质煤炭资源储量比较丰富,但作为不可再生能源,已被充 分利用,走向枯竭是必然趋势。褐煤是一种煤化程度仅高于泥炭的煤炭资源,据不完全统计,中国褐煤储 量达2118亿t,主要集中在内蒙古东部、黑龙江和云贵高原,其中内蒙古褐煤储量近2000亿t,云南昭 通

2、褐煤储量约81.58亿t。对烟煤、无烟煤进行保护性开采利用,发展褐煤气化技术、拓展褐煤开发利用 空间是当前我国节能技术政策优先发展的方向之一。 2 褐煤移动床气化 移动床煤气化技术有UGI、Lurgi和BGL,其中IJGI为常压间歇造气,原料煤要求采用块状无烟煤或 焦炭,产气效率低,已被国家列入淘汰技术,也不适用于褐煤气化。 Lurgi和BGL煤气化技术均为加压连续造气,要求入炉煤粒度为660衄的碎煤/块煤/型煤,都适用 于气化褐煤,其中Lurgi气化炉现已发展到第V代,气化压力23MPa,反应温度900 1100,固态排 灰,对强粘结性、热稳定性差、灰熔点低以及粉状的褐煤气化难度大。BGL是

3、原英国燃气公司在Lurgi炉 基础上改造而成的,主要是由固态排灰改为液态排渣,将Lurgi炉的炉箅改为熔渣槽,槽下加一个激冷室, 气化压力23MPa,反应温度可达1400-1600,低灰熔点的褐煤对BGL气化有好处。 由于以下几个原因,移动床气化褐煤采用型煤是必要的:随着综采、机采技术的普及,采出的原煤粒 度有变细、变碎的趋势,粉煤量已占50%以上:移动床要求入炉煤有较好的热稳定性和较高的抗碎强度, 而褐煤原煤一般水分含量高、机械强度低、热稳定性差,在移动床气化炉内褐煤受热后水分蒸发,易碎裂 成小块或煤粉,增加炉内阻力,降低气化效率,使煤气中未反应煤粉的带出量增多;型煤与原煤块煤相比, 粒度均

4、匀,还可以通过煤种混配、快速加热以及热焖等方式,降低原煤粘结性,调整煤的灰熔点和机械强 度,改善热稳定性等。 褐煤高的挥发分含量对移动床来说,自下而上的高温气流要经过相对低温的干馏段,煤中的挥发分(焦 油、酚、氨、甲烷等)随煤气带出,焦油会堵塞管道和阀门,焦油、酚、氨使煤气的净化处理、污水处理 复杂化。由于挥发分高导致的较多甲烷,其利弊则与煤气用途有关。高灰分的褐煤采用移动床气化时,除 了对气化效率、经济效益有影响外,一般没有其它特别的不利影响。 云南解化集团引进Lurgi炉,以小龙潭褐煤为原料(灰熔点1200),为控制在灰熔点以下操作,需 要大量蒸汽。国电蒙能赤峰煤化工一期工程项目以元宝山褐

5、煤为原料,采用Lurgi气化技术,设计年产 28 论文部分几种褐煤气化技术 30万t合成氨、52万t尿素,该项目正在建设中。 BGL气化炉于2001年开始应用于德国黑水泵厂,设计时没有按只烧褐煤考虑,它在黑水泵厂烧的通 常是“25%褐煤+75%垃圾”。云南解化集团将一台Lurgi炉于2006年7月改造成BGL炉,先后试验2O多次, 主要存在问题是:开车时需要用焦炭,烧嘴部位温度高,把耐火砖烧坏;上面炉灰熔化成渣后,易产 生锥形空洞,渣下不来,现仍在进一步完善中。云天化在呼伦贝尔的项目也采用了B(gL气化技术,拟以褐 煤型煤为原料生产合成氨。 3 褐煤流化床气化 典型的碎煤/粉煤流化床气化技术主

6、要有Winkler、HTW、灰熔聚和恩德炉等。流化床气化操作温度要 求低于煤的灰熔点,以避免灰分结渣,灰熔点高的褐煤更适合流化床气化,灰熔点较低的褐煤可以通过配 煤(与灰熔点高的无烟煤等煤种混用)来提高灰熔点。流化床气化时床层温度相对较低,褐煤的挥发分含 量、反应活性普遍较高,适合流化床气化。 流化床气化对入炉褐煤的粒度是有要求的,因为大粒度煤难以流化,覆盖在炉箅上,可能引起炉箅处 结渣。如果粒度太小,又易被气流从炉顶带出,气化不彻底。恩德炉、HTW炉等一般要求粒度在O-lOmm, 灰熔聚炉则要求粒度在O6衄。流化床对煤、灰抗粘结性有一定要求,否则影响其流化状态。一般采用 环锤式破碎机、风扇磨

7、煤机将褐煤加工到需要的粒度。 从煤的输送、气化剂消耗和炉内热量平衡上考虑,入炉褐煤中水分一般要求小于8%-12%,褐煤入炉 前需进行干燥处理。褐煤干燥现在一般采用转筒干燥器,干燥介质采用锅炉烟道气、燃料气或弛放气等。 1 转筒式干燥设备所用的热烟气,应控制在合适的温度和含氧量。 25%,但灰分含量高达40%的褐煤也能气化,问题主要在一流化床气化对煤中灰分要求最好小于 于经济 性。褐煤较差的热稳定性,对流化床操作存在一些不利影响,须加强排灰等。 目前,黑化集团、吉林长山化肥厂等均采用恩德炉气化褐煤,呼伦贝尔东能公司的恩德炉气化褐煤制 200kt/a甲醇项目也已于2009年4月下旬开车。 4 褐煤

8、气流床气化 - 褐煤气流床气化技术有湿法、干法之分,GE单喷嘴水煤浆气化、国内四喷嘴水煤浆气化和西北 化工 研究院单喷嘴多元料浆气化为湿法气流床气化,需磨煤制浆后气化。Shell、Prenflo多喷嘴干煤粉气化 和GSP单喷嘴千煤粉气化则为干法气流床气化,需干法磨煤制得干煤粉。 对湿法气化来说,煤中水分尤其是内水含量越高,成浆性能越差,在煤浆浓度相同的条件下,煤浆的 表观粘度较大,以致流动性较差。若使其达到较好的流动性,则煤浆浓度一般就会下降。煤中水分含量越 大,磨煤操作时越易溢浆,添加剂的选择余地越小,添加剂消耗越大。加之褐煤固定碳含量和发热量低, 不仅单位有效气体的煤耗高,同时由于水分蒸发

9、消耗了过多的热量,气化炉内热量也难于达到平衡。如某 褐煤原煤的成浆浓度最高仅为44%,如果不能采取提质改性、合理配煤等有效措施将制浆浓度提高到一定 程度(至少应在55%57%以上,以便维持气化炉内正常的氧化反应、气化反应等的进行,维持热量平衡), 则不宜选用湿法气流床气化。对干煤粉气流床来说,水分高,增加了气化过程的热能消耗,同时不便于干 煤粉的输送,需要将入炉煤预干燥到一定程度。 灰分不直接参加气化反应,却要消耗煤在氧化反应中产生的反应热。褐煤煤种灰分含量高,会相对增 加气化炉的比煤耗、比氧耗。对于湿法气流床气化,灰分形成的灰渣都进入渣水处理系统,灰分中si02、 A1203等硬颗粒会对一些

10、管道、阀门、设备产生过度冲蚀以致泄漏,而灰分中的CaO、Fe 0。等碱性成分和渣 水中细灰又容易在管道、换热器的一些部位产生沉积、垢堵。灰分高,渣水中的固含量增加,渣水处理系 统的负荷增加,难度增大,能耗也随之上升。Shell、Prenflo废锅流程干煤粉气流床气化技术中的陶瓷 过滤器、激冷气压缩机、废锅等因灰而结垢、损毁故障影响着气化装置的正常运行。此外,灰分中Na 0、 论文部分几种褐煤气化技术 l(20含量较多,对陶瓷过滤器、废锅也产生比较严重的不利影响。GSP干煤粉气流床气化技术目前采用了 激冷流程,所有灰分分别通过激冷室、洗涤器进入渣水处理系统,这与GE等湿法气流床气化技术的情况 有

11、些类似。 褐煤机械强度低、热稳定性差,对于气流床气化没有不利影响,而机械强度低导致的好可磨性, 对气 流床气化炉入炉煤粉的加工则是有利因素。 4.1褐煤制浆 褐煤内孔表面积大,吸水能力强,成浆性差,一般不易制得高浓度的煤浆。褐煤制水煤浆,应主要从 如何改善其成浆性能上考虑,成浆性能则主要指水煤浆的浓度、流变特性和稳定性。 褐煤制煤浆可以采用的改进措施主要有合理配煤、磨煤与级配技术、添加剂配方及生产技术、对褐煤 提质改性等。经采用配煤、改善级配、选择合适的添加剂等方法进行制浆性能试验,云南褐煤与新庄煤 (0.65:0.35)两种高低阶煤配合制浆浓度最高达53%。原先成浆浓度只能做到4496的内蒙

12、古白彦花煤矿 褐煤,经北京某公司采用其褐煤改性提质技术,将褐煤先制成半焦,然后用半焦做水煤浆,其浓度达到了 60%左右。呼伦贝尔东能公司也在做褐煤提质成半焦然后制水煤浆的试验工作。褐煤提质改性后再制成煤 浆,然后采用湿法气流床气化,技术上应该没有问题,但还需要从经济性上进行比较。 据了解,大唐呼伦贝尔化肥公司年产18万t合成氨、30万t尿素项目采用褐煤水煤浆加压气化,气化压力4MPa,项目正在进行中。 4。2褐煤制干煤粉气化 在大唐国际锡林郭勒盟煤化工项目中,采用Shel l干煤粉气流床气化褐煤技术生产甲醇,在褐煤入炉 前的预干燥技术是:将破碎到一定粒度的褐煤给料至管式干燥机的干燥管内,同时向

13、干燥管外通入作为干 燥介质的热源,使干燥管内的煤与干燥管外的热源进行间接热交换,干燥后的褐煤通过输送机送出。煤中 的水分随干燥机的废气通过排风机抽至袋式收尘器,分离出的煤粉和干燥后合格的碎煤一起送至磨前碎煤 仓。 制干煤粉用设备目前主要在中速磨煤机和风扇磨煤机这两种类型的磨煤机上进行选择。中速磨煤机即 辊盘式磨煤机,工作转速在50300r/min,要求原煤水分不能过高,制粉和干燥同时完成,干燥后煤粉 细度能达到干煤粉气化要求。风扇磨煤机是目前电站采用较多的一种高速磨煤机,工作转速750 1500r/min,集干燥、破碎、输送三种功能于一身,适用于高水分、低灰分、磨损性不强的褐煤。在保证 碳转化

14、率的前提下,对挥发分含量高、反应活性好的褐煤,可适当放宽煤粉粒度,故可采用风扇磨煤机。 5 褐煤地下气化 褐煤资源因质地不稳定且易挥发,极不利于传统井工下采。煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有 控制地燃烧,通过对煤的热解、化学作用产生粗煤气,是集井、采煤、转化工艺为一体的多学科开发清洁 能源与化工原料的新技术,其实质是将物理采煤转变为化学采煤,提取煤中有用组分,将灰渣、 矸石、放 射物等有害物留在地下。 在内蒙古乌兰察布市,新奥气化采煤集团与中国矿业大学合作研究地下气化采煤技术,从2007年4 10月,建成了一体化气化采煤试验项目中试基地,并于10月22日一次点火成功,获得了地下气化煤气。 该技术不用打井,地下无人,插进几个管道,地下形成的“气化炉”是动态的,沿着煤在地下的自然走向 形成,使煤燃烧,产生足够的天然气、一氧化碳和氢气。该项目目前日产合成气已达到15万m。,煤炭资 源利用率超过75%以上,攻克了褐煤难以开采的瓶颈。