煤气化技术中shell与GSP气化炉对比

 

壳牌（Shell）干煤粉加压气化技术，属于气流床加压气化技术。可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦及高灰熔点的煤。入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉。干煤粉由气化炉下部进入，属多烧嘴上行制气。目前国外最大的气化炉日处理2000t煤，气化压力为3.0MPa，国外只有一套用于商业化联合循环发电的业绩，尚无更高气化压力的业绩。这种气化炉是采用水冷壁，无耐火砖衬里。采用废热锅炉冷却回收煤气的显热，副产蒸汽，气化温度可以达到1400-1600℃，气化压力可达3.0-4.0MPa，可以气化高灰熔点的煤，但仍需在原料煤中添加石灰石作助熔剂。
      该种炉型原设计是用于联合循环发电的，国内在本世纪初至今已签订技术引进合同的有19台气化炉装置，其最终产品有合成氨、甲醇，气化压力3.0-4.0MPa。其特点是干煤粉进料，用高压氮气气动输送入炉，对输煤粉系统的防爆要求严格；气化炉烧嘴为多喷嘴，有4个对称式布置，调节负荷比较灵活；为了防止高温气体排出时夹带的熔融态和粘结性飞灰在气化炉后的输气导管换热器、废热锅炉管壁粘结，采用将高温除灰后的部分300-350℃气体与部分水洗后的160-165℃气体混合，混合后的气体温度约200℃，用返回气循环压缩机加压送到气化炉顶部，将气化炉排出的合成气激冷至900℃后，再进入废热锅炉热量回收系统。返回气量很大，相当于气化装置产气量的80-85%，对返回气循环压缩机的操作条件十分苛刻，不但投资高，多耗动力，而且出故障的环节也多；出废热锅炉后的合成气，采用高温中压陶瓷过滤器，在高温下除去夹带的飞灰，陶瓷过滤器不但投资高，而且维修工作量大，维修费用高。废热锅炉维修工作量也大，故障也多，维修费用也高。据介绍碳转化率可达98-99%；可气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦；冷煤气效率高达80-83%；合成气有效气（CO+H2）成分高达90%左右，有效气（CO+H2）比煤耗550-600Kg/Km3，比氧耗330-360M3/Km3（用河南新密煤时，比煤耗为709Kg/Km3。比氧耗为367.2Nm3/ Km3。所以在这里要说明一点，无论那一种煤气化技术，资料上介绍的比煤耗和比氧耗都是在特定条件下的数据，确切的数据，应该在煤试烧后方能获得，在做方案比较的时候可以用气化工艺计算的方法求得，要在同一个煤种的数据上作评价的依据。）；比蒸汽耗120-150Kg/Km3；可副产蒸汽880-900Kg/Km3。
      我国采用Shell干煤粉加压气化工艺的装置自2006年开始，陆续投料试生产的，已有好几家，但是至今尚未达到长周期稳定正常生产。主要的原因是系统流程长，设备结构复杂。当采用高灰分、高灰熔点的煤进行气化时。就会出现水冷壁能否均匀挂渣的问题、气化炉顶输气管和废热锅炉积灰问题、高温高压干法飞灰过滤器除尘效率和能力问题、每天产生的大量飞灰出路问题、激冷气压缩机故障多的问题、水洗冷却除尘的黑水系统故障问题。该工艺第一次用于化工（尤其是制合成氨、制甲醇、制氢），其除尘净化、长周期稳定正常生产的要求程度，远高于发电，用于发电尚有燃油（或天然气）发电可作为备用发电，而现在用于化工生产，一个大型企业只设1套设备结构复杂、控制系统要求高的煤气化装置，不设备用炉，生产上是没有保证的。一套新装置投入生产到正常稳定生产，当然需要有一个磨合期，但是不能太长，否则企业很难承受。本人认为可以首先在原料煤上做改进，改进多出故障的源头，采用低灰分、低灰熔点的煤为原料，摸索出长周期稳产高产的经验。第二是增设采用激冷流程的备用气化炉，在现有Shell炉的基础上改激冷流程是很难的，应该采用多喷嘴下行制气的气化炉，比较容易实现。
      GSP干煤粉加压气化技术，属于气流床加压气化技术，入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉，干煤粉由气化炉顶部进入，属单烧嘴下行制气。气化炉内有水冷壁内件，目前国外最大的GSP气化炉每天投煤量720t褐煤，操作压力2.8MPa，操作温度1400-1500℃，为调节炉温需向气化炉内输入过热蒸汽。气化高灰熔点的煤时，可以在原料煤中添加石灰石作助熔剂。因采用水激冷流程，所以投资比Shell炉要省得多，两者投资比是Shell炉比GSP炉=（1.43～1.56）:1，适用于煤化工生产。据介绍，碳转化率可达到98～99%，可气化褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、石油焦及焦油，冷煤气效率高达80-83%，合成气有效气（CO+H2）成分高达90%左右，有效气（CO+H2）比煤耗550-600 Kg/Km3 ，比氧耗330-360M3/Km3，比蒸汽（过热蒸汽）耗120-150 Kg/Km3。正常时要燃烧液化气或其他可燃气体，以便于点火，防止熄火和确保安全生产。有文献记载，如烧液化气，以一套日处理720t褐煤的气化装置为例，每小时要消耗777.7Kg液化气，即每天消耗19t液化气，以每吨液化气按5000元计价，每天要烧掉9.5万元，一年2850万元。如只在开工时用液化气，正常生产时烧自产煤气，按热值折算，每小时要消耗自产煤气约3500Nm3,以煤价450元/t计，自产煤气成本价约0.45-0.5元/Nm3，每天要耗掉3.8-4.2万元，一年就是1140-1260万元，这笔费用很可观。该气化炉水冷壁的盘管内用压力为4.0MPa、温度达250℃的水冷却，在盘管内不产生蒸汽，只在器外冷却水循环系统中副产0.5MPa的低压蒸汽。
      GSP煤气化的技术优点：1、煤种适应性强：可以气化高灰熔点的煤，对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤到石油焦均可气化，也可以用两种煤掺烧；
      2、技术指标优越：温度1350℃—1750℃，碳转化率99%，CH4<0.1%（V），CO+H2>90%,不含重烃,冷煤气效率80%(依煤种有所不同)；
      3、氧耗低，煤耗低；
      4、设备寿命长：水冷壁设计25年，烧嘴主体预计10年；
      5、开、停车操作方便，且时间短：从冷态到满负荷约1小时；
      6、操作弹性大；
      7、自动化水平高：整个系统操作简单，安全可靠；
      8、对环境影响小：无有害气体排放，污水排放量小，炉渣不含有害物质，可做建筑原料；
      9、工艺流程短，设备尺寸小，投资少，建设周期短，运行成本低。
    缺点：气化炉结构复杂，下部带辐射式废锅，投资高。