GSP 气化炉技术工业化应用
GSP粉煤加压气化技术在煤制气装置技改中的应用
GSP粉煤加压气化技术在煤制气装置技改中的应用作者/来源：刘功年（安徽淮化集团有限公司，安徽淮南232038)1 概述我公司拥有新老两套分别以煤、焦炭为原料的合成氨装置。
老装置于1965年建成投产，采用常压固定层，间歇(连续)制气工艺，造气炉为常规UGI炉。
投产时，原料焦炭由化工部统一调配供应。
70年代初，为缓解焦炭供应越来越少的紧迫形势，我公司以淮南洗精煤(气煤)为原料，建成280kt/a捣固式焦炉一座，此后，造气用焦炭由本公司直接供应，生产有了保证。
新装置于2000年10月建成投产，采用美国Texaco公司开发的水煤浆加压气化技术，造气炉为Texaco炉，原料为河南义马煤(灰熔点t3<1350℃)。
新、老两套合成氨装置，在合成气制气部分由于使用原料不同，采用的工艺技术不同，两套装置同时运行时，在环境污染及治理，特别是企业的经济效益上有显著的差距。
现分述如下。
（1）环境污染及治理的对比老合成氨装置造气部分的主要污染源有以下几部分。
①炼焦炉荒煤气放散：4769.5km3／a，其中含有NOx、H2S及苯并芘等有毒有害物质。
②炼焦含尘废气的排放：2080km3／a。
③焦炉加热过程中的加热废气排放32×107m3/a，含有SO2 约④造气过程中吹风气放散：345600km3／a，废气中含有CO 8424t，SO2 34t。
⑤焦化含酚废水：788.5km3／a，含CN-200mg/L，含酚2000mg/L、NH3-N 8000mg/L。
COD 1000~12000mg/L，经生化处理后，基本达标排放，但运转费用较高。
⑥造气含CN-污水(CN－1.78mg/L)排放：4200km3／a。
上述废气、废水的排放，对环境造成了严重的污染。
多年来，公司投入大量资金用于治理，效果不明显，污染仍然较严重。
新装置采用Texaco水煤浆加压气化技术，属洁净煤气化技术，造气部分基本无废气排放(黑水闪蒸气，1200km3／a，经焚烧后放空)，黑水系统闭路循环。
GSP煤气化技术的应用
图 ３ 气 化炉 结构 示 意图
表 ２ 气化 炉 出 口处 典型 气体 组成 ／ （ 基 ，依煤 种 不 同有差 异 ） ％ 千
组 分 数 值
Ｈ ２ ２６ ３ ．
Ｃ Ｏ ６９ ８ ．
Ｃ Ｉ ＮＡ ０ ２ｒ ２ ＋ ３ Ｉ ４ ． ． １ ０
Ｃ ｌ Ｈ ｌ 合 Ｈ 计 ｓ ０１ ｆ ０ ｌ １． ． ． ００ ３ ０
维普资讯
Ａ论文部分
Ｇ Ｐ 煤气化技术的应用 Ｓ
的消耗量，这意味着生产中原料成本得到降低，表 ３给出了 ＧＰ 气化工艺的消耗指标。ＧＰ 气化炉可根 Ｓ Ｓ 据用户的要求加 以设计，表 ４给出了 ＧＰ 气化炉的不 同规模 。 Ｓ
渍
粗 Ｊ ， 态漆 暮气 液
３０ Ｇ Ｐ ． Ｓ 气化 技术 关键设 备 ３ １气 化炉 ．
气化炉包括用耐热低合金钢制成的水冷壁和激冷室。 水冷壁 由多组冷却盘管组成，水冷壁 向火面覆有
碳化 硅保 护层 。 由于 碳化 硅及 后形 成 的固态渣 层保 护 ，水冷 壁 的表面 温度 小 于 ４０（。水冷 壁 仅在 气化 室 ０＂ ２ 的底 部加 以 固定 ，由气化 室顶 部 的导轨 支撑 ，解 决 了水冷 壁 的热胀 问题 。出于安 全考 虑 ，水 冷 壁盘 管 内的
室 压差 加 以调 节 。
ＧＰ 气化炉使用干煤粉进料，产生的粗合成气的有效成分 （ＯＨ） Ｓ Ｃ ＋ 。 可达到 ９ ％ ０ 以上 （ 依煤种及操作条 件的不同有所差异 ） 。表 ２给出了气化炉出口处典型气体组成 。Ｇ Ｐ 气化炉的高效率同时降低 了煤和氧气 Ｓ
－
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２ ０／２ ０ ０ ６０ ／３
击 气化 炉
图 ２ 干煤粉的加压计量输送系统示意图
GSP气化技术运行改造
GSP气化技术运行改造文章主要介绍了GSP气化技术在工业应用中出现的问题，并针对这些制约长周期运行技术的瓶颈，通过优化GSP气化技术，实现气化炉的长周期、满负荷、安全稳定运行。
标签：GSP；气化；停车；优化；研究神华宁夏煤业集团于2005年引进单台日耗煤2000吨单喷嘴干煤粉气化技术（GSP干煤粉气化技术）作为年产50万吨煤基聚丙烯项目的合成气生产技术。
气化炉采用4开1备，单台气化炉粗煤气产量130，000Nm3/hr（CO+H2），煤气总产量52，000Nm3/hr（CO+H2）。
2010年11月04日成功投料试车，针对试车运行暴露的问题进行了大规模的技术改造，优化了技术工艺，解决了制约稳定运行的瓶颈问题，实现世界首套大规模工业示范单喷嘴干煤粉气化装置满负荷稳定运行。
1 气化装置试车情况作为世界首套大规模工业化应用的GSP粉煤气化技术，在试车阶段遇到了一系列问题，由于GSP干粉煤气化没有大规模运行经验可供借鉴，对于遇到的一些问题，经分析研究后，还要靠实践去验证是否正确。
2010年11月4日GSP 干煤粉气化装置投料试车成功，但是仅运行17分钟；之后多次出现煤粉输送不稳定、煤粉锁斗下料不畅、水冷壁挂渣不好等问题，气化炉无法稳定运行。
2 试车过程中出现的主要问题及改造2.1 密相输送系统出现的问题及改造优化原设计煤粉输送完全依靠发料罐和气化炉间的压差实现控制，即开车时通过逐渐提高发料罐和气化炉间的压差来增加煤粉输送量。
但影响此压差改变的因素很多：a、发料罐压力的改变。
发料罐在升压后，其压力由补气和排气系统控制两组共四个阀门进行分程控制，另外四个煤锁斗下料，疏松气体控制阀、流化气体控制阀等控制气路气体的改变也会影响发料罐的压力。
b、气化炉在开车升压过程中，压力是受两个调节阀控制的，在实际生产中，由于阀门的延后性，也很难控制气化炉压力恒定为设定的压力，相反，有时气化炉还会出现大的压力波动。
由上知，影响此压差的因素太多，所涉及阀门就多达十几个，所以很难通过压差的改变实现煤粉稳定输送。
GSP气化炉开车优化浅析
GSP气化炉开车优化浅析摘要：分析GSP气化炉试车期间出现的问题，并提出优化措施。
关键词：烧嘴锁斗德国西门GSP干煤粉加压气化技术在世界上的首次工业化应用。
装置从2010年11月开始开车，首先遇到的问题是进料系统煤粉流量波动大，投煤后短时间内大联锁停车，公司和设计院共同对系统进行了改造和完善，从工艺条件的调整到DCS控制逻辑的优化，在短的时间内完成方案制定、采购、施工、调试，关键控制阀全部国产化，2010年12月31日，单台气化炉运行48小时，产出了合格的甲醇，装置开车问题得以攻克。
一、气化炉给煤进料系统改造原GSP气化炉给煤输送原理采用差压输送法，即按照一定的给料器与气化炉之间的差压值（0.2MPa-0.3MPa），从进料容器顶部的三根给煤管输送煤粉到气化炉组合烧嘴。
但在实际运行中，发现该差压值根本无法保持稳定，原因是给料容器压力、气化炉压力、给煤量、给氧量之间有复杂的联系，况且在开车过程中，只有气化在运行，系统容量下，抗压力波动干扰能力差，火炬放空阀小流量下调节不稳定，这些因素之间产生的互相干扰，仅靠仪表控制回路及时克服掉，根本不可能。
煤粉管线吸入口较小，入口处易产生涡流，造成煤粉流量无规则波动，停车频繁。
1.气化炉给煤线上增加煤粉流量控制阀借鉴其它干煤粉气化炉的控制理念，增加了给煤控制阀。
通过给煤阀来控制给煤量。
其优点如下：原始设计煤粉给料器与气化炉之间的压差仅有最大0.3Mpa，在气化炉和给料容器压力波动的时候，频繁触发压差低联锁。
增加了给煤阀后，提高给料器的压力，气化炉与给煤器之间压差提高0.6MPa左右，通过增加的煤粉流量调节阀，对煤量由原来的压差控制改为流量控制，减小压差波动对煤量控制的影响，并对煤粉管线的入口进行了改造，避免了入口处的涡流，保证了三条煤粉管线的流量均衡稳定。
2.增加给煤粉循环线增加了煤粉循环线，投料前对煤粉系统打回流进行循环。
这样可以检查给煤线上设备、仪表的运行状况同时疏松煤粉，及早发现设备隐患。
GSP 气化炉技术工业化应用
四喷嘴 运行值
温度
℃
1400～ 1500
1400～ 1700
1300～ 1400
1200～ 1400
压力 MPa（a） 3.85～3.9 3.5～4.0 ～6.2
GSP 气化炉与 SHELL 气化炉、GE 气化炉、华东 理工大学四喷嘴气化炉运行、经济情况对比，GSP 气 化炉技术具有处理能力大、气化效率和炭转化率高、 反应器热损失低的优点，详见下表：
第5期
臧庆安等：GSP 气化炉技术工业化应用
·73·
技术运行值
SHELL 运行值
德士古 运行值
黑水闪蒸单元和排渣单元的黑水，在沉降槽中 自然沉降后，将沉降槽中固含量较高的泥浆送至真 空过滤机进行过滤处理，澄清液送至循环水罐，经循
环水泵送至气化装置循环使用，部分经废水泵送至 汽提单元。
3 GSP 气化工艺的关键设备结构及反应原 理简介
3.1 气化炉 气化炉作用是提供一定压力的高温空间，以干
煤 粉 为 原 料 ，生 产 粗 合 成 气（CO+H2）。 气 化 炉 由 烧 嘴、气化室、水冷壁和激冷室等部分组成，结构示意 见图 2。
中电投新疆煤制气项目将投资建 8 台 500MWth。 神宁煤业集团煤制油项目将建 24 台 500MWth GSP 气化炉。
2 GSP 气化技术简介
GSP 气化技术是采用干煤粉进料、纯氧气化、液 态排渣、粗合成气激冷工艺流程的气流床气化技术。 工艺流程见图 1，包括备煤、煤粉加压计量输送、气化 与激冷、排渣、气体除尘冷却、黑水处理等工序，流程 简单介绍如下：
2005 年在捷克共和国建成 140MWth 气化装置， 处理煤焦油为 IGCC 的原料气。
1.2 国内商业化应用情况 2010 年 10 月，在神华煤业集团已建成并投用了 5
GSPTM 煤气化技术的应用
GSP TM煤气化技术的应用（北京索斯泰克煤气化技术有限公司）1 GSP TM煤气化技术概况1.1 技术研发GSP TM煤气化技术是由德国西门子集团拥有的，由前民主德国燃料研究所（DBI）于20世纪70年代末开发并投入商业化运行的大型粉煤气化技术。
该研究所创建于1956年，全称为Deutsches Brennstoffinstitut Freiberg，一直致力于煤炭综合利用的开发工作，即使在国际市场石油过剩时，也没有中断过对煤气化技术的开发工作。
针对化工行业，本着降低投资与成本而研发出的GSP TM煤气化技术是世界先进的大型粉煤进料气流床加压技术之一。
分别于1979年和1996年，在西门子的气化研发中心（Freiberg）建立了3 MW和5 MW两套气化中试装置。
这两套装置试验过的煤种来自德国、中国、波兰、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、加拿大、澳大利亚和捷克等国家。
东西德合并后，该技术扩展应用到生物质、城市垃圾、石油焦、含氯废物和其它燃料等气化领域。
1.2 技术应用GSP TM煤气化技术自研发成功以后，其商业化应用扩展就丝毫没有停止过。
1984年在德国黑水泵工厂采用GSP TM气化技术建立了1套200 MW的商业化装置，粉煤处理能力为30 t/h。
该装置在1984至1990年间，成功对普通褐煤及含盐褐煤进行了气化，生产民用煤气。
东西德合并后，德国政府引进天然气取代了城市煤气，且对垃圾处理有补贴政策，故1990年后，该装置分别气化过天然气、焦油、废油、浆料和固态污泥等原料，生产出的合成气用于甲醇生产及联合循环发电（IGCC）。
2001年，巴斯夫（BASF）在英国的塑料厂建成30 MW工业装置，用于气化塑料生产过程中所产生的废料。
2006年，捷克Vresova工厂采用GSP TM气化技术建设的175 MW工业装置开车试运转，其气化原料为煤焦油，用于联合循环发电项目（IGCC）。
具体应用成功范例见表1。
Texaco、GSP两种煤气化工艺在神华宁煤的应用分析
送 出界 区进行处 理 ， 外排量 很少 ， 且 可 以将 难 以处理 的工业废水用 于水煤浆的配制 ， 减轻 了对环境 的污染 。
１ ． ２ ＧＳ Ｐ气 化 工 艺
利用 宁夏地 区的煤 炭资源 ， 宁东能源化工基 地开 发建 设 了多个 大 型煤化 工项 目 ，其 中已建成 投产 的
有 耐火保温材料 可分为热炉壁 和水冷壁 两种 ； 按 进料
丘里洗涤器进入洗涤塔除尘和冷却后 ， 送往变换工序 。 气化 炉 与洗涤 塔排 出的 黑水进 入黑水 闪蒸 系统
进 行处理 ， 处 理后 的灰水 大部分 循环 利用 ， 另 有少量
方式 可分 为一段 和两段两种 乜 ］ 。因此 ， 气 流床气 化技 术形 式和种类很 多 ，有各种不 同的组合 方式和 炉型 ， 其 中 比较典型 的有 Ｔ ｅ ｘ ａ ｃ ｏ 工艺 、四喷嘴工艺 、 Ｇ Ｓ Ｐ工
１ 工 艺 流 程
１ ． １ Ｔｅ ｘ ａ ｃ ｏ气 化 工 艺
冷后落 入底部水浴 中固化 ， 同样经锁渣 罐定期 排人渣
池 。从激 冷室 出来 的粗合 成气 经两 级文丘 里洗 涤除
宁煤 煤化工 甲醇项 目采 用 Ｔ ｅ ｘ ａ ｃ ｏ 水 煤浆气 化工
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ － ０ ９ — ２ ３
２ ５万 ｔ ／ ａ甲醇项 目和 ５ Ｏ 万 ｔ ／ ａ 烯烃项 目气化装 置分
宁煤 煤化 工烯 烃项 目气 化装 置采 用 Ｇ Ｓ Ｐ气 化工
艺 。在 煤粉制备工段 ， 原煤经磨煤机磨 碎至合 适的粒 度（ ８ ０ ％ 以上 的煤 粉粒 度 ＜０ ． ２ ｍ ｍ ） ， 同时 采用 加 热 的
浅析现代煤化工项目GSP气化炉煤气化技术运用
浅析现代煤化工项目GSP气化炉煤气化技术运用摘要：随着我国经济的快速发展，各行各业对于能源的需求也是与日俱增，目前用于生产的能源大部分还是依赖于煤炭等资源的燃烧，为了在抓经济的同时能够做到节能低碳，就必须大幅提高对于煤炭资源的利用率。
目前我国常用的提高煤炭利用率的方式是煤气化技术，随着煤气化技术的日渐成熟，这项技术也成为了一种效率较高的煤炭资源加工技术。
本文从国内的煤气化技术进行深入的研究探讨，以煤气化技术中的GSP气化炉加压气化技术进行阐述，然后对我国煤气化技术的现状进行分析，并对其未来进行一定的展望，以供参考。
关键词：现代煤化工；煤气化技术； GSP气化炉加压气化；发展引言：能源紧缺已经成为一个世界性的难题，我国的煤化工行业会为我国的能源可持续发展提供巨大的支持，会大幅降低煤炭燃烧对环境造成的破坏，也会有效地降低我国目前对于进口石油的依赖程度。
所以，煤化工行业在我国拥有着良好的发展环境，市场对其需求也非常大，因此要着重去提高煤化工行业生产的效率和产品的质量，这样能够对提高煤化工行业的竞争力有着非常重要的作用。
一、煤气化技术概述1、煤气化技术的原理。
煤气化的本质是利用煤炭作为原材料制作生产用于工业生产所需的燃气、生活所需的煤气以及化工气体，通过煤气化能够较为高效的利用好煤炭本身所存储的能量，也能够降低直接燃烧煤炭带来的污染。
煤气化技术的基本原理是在特定的环境中将煤炭转化为可以燃烧的气体、焦油以及其他固体颗粒，所谓的煤气化总体而言是一个化学反应，在气化的过程中煤炭要经历一系列的物理反应和化学反应，煤气化的过程是一个吸收热量的过程，因此适当合理的增加压力能够提高煤气化的转化速度，提高利用煤气化技术生产燃气的工作效率。
2、煤气化技术的类别。
煤气化技术有很多的类别，按照将煤炭进行气化的场所的不同可以分为固定气化、流化气化以及气流气化三种类别，第一，固定气化技术是最原始的煤气化技术，成块的煤炭从气化炉的上方进入，并且经过高温会形成一层固定层，空气会从底部穿过这一固定层，成块的煤炭会保持固定的形态开始逐渐燃烧，燃烧之后的渣土会从气化炉的底部排出；流化气化技术会先将煤炭压碎，利用氮气将碎煤吹至气化炉，氧气会从气化炉的底部快速进入，这样会让碎煤在气化炉内以一种流化的形状高速运用，然后会有剧烈的反应，这时炉内的温度可以超过一千摄氏度，同样渣土会通过气化炉底部排出；气流气化技术是要将煤炭打碎至粉状，将煤炭粉末与空气一起喷入气化炉当中，会在气化炉内发生剧烈反应，炉内温度能够达到两千摄氏度，燃烧后渣土从底部排出。
GSP气化技术
西门子GSP气化技术在神华宁煤煤制烯烃项目的应用北京杰斯菲克气化技术有限公司 2012年11月29日 • 银川1神华宁煤烯烃项目项目概况2神 神华宁煤烯烃（NCPP）项目概况 烯 况商业合同：签订于: 16-04-2007动力站 空分装置工程设计范围: PDP / BEDP设备供应: 5 x 气化炉 (2000吨级) 10 x 组合烧嘴 5 x 给料容器 内件, SIS 控制逻辑, …甲醇制丙烯单元技术服务:气化炉单元 现场技术服务 (开车阶段) 专利许可:黑水处理单元项目概念 煤基化工产品 5 x SFG500 MWÎ 基于当地的煤制取聚丙烯 Î 采用了5台标准的西门子 500MW（2000吨级）气化炉 Î 下游采用了一氧化碳变化工艺, 脱硫脱碳工艺; 以及丙烯聚合工艺 Î 3 台气化炉产生的合成气满足下游最小的生产负荷3神华宁煤烯烃项目全景西门子GSP气化技术及在SNG方面的应用北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有4神华宁煤烯烃项目进展时间表: • 2007年5月合同生效 • 2007年10月完成PDP设计 • 2008年5月完成BEDP设计 年 月完成 设计2008年10月，第一 批两台气化炉运达施 工现场 年 月后 台气 2009年1月后三台气 化炉到达现场西门子GSP气化技术及其应用业绩 北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有5神华宁煤烯烃项目PDP最终审查会2007.10. 德国神华宁煤集团煤制烯烃项目PDP最终审查会西门子GSP气化技术及其应用业绩北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有6神华宁煤烯烃项目进展2008年5月，第一批两台气化炉发运出厂仪式，德国西门子GSP气化技术及其应用业绩北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有7神华宁煤烯烃项目进展2008年5月，第一批两台气化炉发运出厂仪式，德国西门子GSP气化技术及其应用业绩北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有8神华宁煤烯烃项目进展2008年10月，第一批两台气化炉运抵现场，《中国化工报》西门子GSP气化技术及其应用业绩北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有9神华宁煤烯烃项目进展2009年1月，第一批两台气化炉吊装西门子GSP气化技术及其应用业绩北京杰斯菲克气化技术有限公司版权所有10神华宁煤烯烃项目进展2009年8月，气化炉厂房钢结构施工神华宁煤烯烃项目进展2009年12月，气化炉主厂房结构封顶，主要工艺设备吊装就位神华宁煤烯烃项目进展2010年5月，气化炉主厂房工艺管道安装神华宁煤烯烃项目气化岛全景神华宁煤烯烃项目气化岛面神华宁煤烯烃项目气化岛正面神华宁煤烯烃项目气化岛侧面神华宁煤烯烃项目气化岛夜景在弗莱贝格的开车培训进行模拟仿真系统培训煤粉管线密度计标定在弗莱贝格的开车培训仿真系统及测试装置为商业项目的安全可靠性运行提供保障认真学习、用心指导参加培训人员合影领导关怀领导关怀21领导关怀他在论坛做报告时特别提到8月22 日在考察了NCPP现场并听取了现 场人员的介绍，他认为神华宁煤 为宁东的煤化工建设做出了很大 的、非常实在的贡献，技术选择 非常先进，目前开车也非常稳定， 他特别指出气化使用的西门子干 粉气化技术，运行情况看，是目 前三个主要煤制烯烃项目中开车 比较好的，希望可以在产品的多 样性上在做些深入的研究 时任国家发改委副主任、国家能源局局长张 时任国家发改委副主任 国家能源局局长张 国宝非常关心宁东煤化工基地的建设、多次 考察NCPP项目。
GSP气化技术工业化应用及发展方向
‘洁净煤技术“2013年第19卷第1期GSP 气化技术工业化应用及发展方向杨 英,魏 璐,罗春桃(神华宁夏煤业集团有限责任公司煤炭化学工业分公司,宁夏银川 750411)摘要:简要介绍了GSP 气流床气化工艺流程和技术特点,针对GSP 气化技术在工业应用中出现的粉煤输送不稳定㊁点火烧嘴脱火烧穿㊁特殊件磨损㊁水冷壁烧损等问题进行系统分析研究并提出改进措施㊂针对目前气化技术研究现状指出了GSP 气化技术的研究思路及方向㊂关键词:GSP 气化技术;煤气化;工业应用中图分类号:TQ546;TD849 文献标识码:A文章编号:1006-6772(2013)01-0072-03Industrial application and development direction of GSP gasification technologyYANG Ying,WEI Lu,LUO Chun⁃tao(Branch of Coal Chemical Industry ,Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.,Ltd.,Yinchuan 750411,China )Abstract :Introduce the technological process and characteristics of GSP gasification technology.There are a series of problems in its industrial application,such as unstable pulverized coal transportation,easy burn⁃through nozzle and water wall,special parts abrasion and the like.Analyse these problems and provide solutions.Based on the research status of GSP gasification technology,forecast its development direction.Key words :GSP gasification technology;coal gasification;industrial application 收稿日期:2012-07-27 责任编辑:宫在芹 基金项目:宁夏回族自治区科技攻关项目 作者简介:杨 英(1983 ),女,河北邯郸人,研发员,2010年于中国石油大学(北京)研究生毕业,主要从事煤气化方面工作㊂ 引用格式:杨 英,魏 璐,罗春桃.GSP 气化技术工业化应用及发展方向[J].洁净煤技术,2013,19(1):72-74,77. 中国的资源现状决定了煤化工具有非常重要的发展前景,其中煤气化技术是发展煤化工的龙头技术[1]㊂CO 和H 2是煤气化的合成气,是基本化工原料,可用于生产甲醇㊁二甲醚㊁丙烯㊁醋酸及煤制油等㊂GSP 气流床气化法是现代煤气化技术中最有前景的技术[2]㊂神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司52万t /a 烯烃项目合成气工程采用了GSP 气流床气化技术,引进了日投煤量2000t 的GSP 气流床气化炉(4开1备)的规模㊂由于本技术在世界上首次大规模工业化应用,所以在工业应用中出现了加料系统不稳定㊁烧嘴不易点火㊁特殊件磨损㊁水冷壁超温等问题,本文着重对GSP 气化炉的工业应用中出现的问题进行分析并提出解决措施㊂1 GSP 气化工艺技术1.1 GSP 工艺简介GSP 气化工艺流程主要由煤粉输送系统㊁气化系统㊁粗合成气处理系统㊁排渣系统和黑水处理系统等组成[3-4],图1为GSP 气化工艺流程㊂GSP 气化工艺用高压N 2或CO 2作为载气,将来自磨煤单元制备的煤粉,靠给料容器与气化炉之间的压差定量输送至气化炉,煤粉在气化炉内发生部分氧化反应,反应生成的工艺气(CO+H 2),经过激冷和洗涤满足除尘㊁降温㊁增湿后送入变换系统;同时,将气化系统中产生的黑水送入黑水处理系统,通过闪蒸㊁沉降㊁过滤单元,回收热量及循环使用灰水,反应生成的液态渣,经过激冷冷却㊁固化后通过渣锁斗27杨 英等:GSP气化技术工业化应用及发展方向图1 GSP 气化技术工艺流程系统排送至渣池,经过渣水分离后将渣送出界外㊂1.2 GSP 工艺特点GSP 气流床气化技术工艺流程简单㊁设备使用可靠周期长[5]㊂采用了简单特殊的水冷壁和激冷㊁洗涤除尘流程,使工艺流程简单化㊂GSP 气化炉寿命约为20a,喷嘴本体寿命约为10a,气化炉的水冷壁寿命达10a 以上,预期可达20a㊂原料适应性广[6]㊂GSP 气化原料煤对原料灰分㊁灰熔点的限制比较宽松,包括了从褐煤到无烟煤的基本煤种,灰分大于1%的焦油㊁石油焦等也可以作为原料㊂水冷壁可以根据灰熔点的变化自动调整挂渣膜壁的厚度,即使灰熔点较高的煤种,水冷壁也能适应,但这也增加了消耗,影响了经济效益㊂技术指标先进㊂碳转化率高达99%,其中煤气中有效气成分(CO+H 2)含量为92%~94%,气化反应温度1450~1650℃,反应压力4.10MPa [7-10](这依据炉渣熔化温度的特性和原料中有效成分和灰分来确定)㊂O 2消耗较低,相应降低了配套空分系统的投资和运行费用㊂开车和停车操作方便灵活且省时,从冷态达到满负荷约1~2h㊂操作弹性大,负荷调节范围为70%~110%㊂2 工业应用中存在的问题神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司的首套大规模工业化应用的GSP 干煤粉气化示范装置于2010年11月正式投料试车㊂该气化技术在工业应用中体现了技术的先进性,但也存在诸多问题㊂主要表现为加料技术煤粉输送不稳定㊁烧嘴点火点不着和烧穿㊁特殊件磨损㊁水冷壁超温等,对其原因进行分析,采取相应的优化措施㊂2.1 加料技术SFGT 的理念为以煤定氧,用压差控制煤粉输送量㊂在3条煤粉管线全部投运后,压差控制流量的方式在稳定煤粉流量方面效果不理想,主氧跟着波动,导致主烧嘴跳车;由于煤粉流量不稳定,导致气化炉不能提高负荷,气化炉挂渣效果差,难以实现以渣抗渣,水冷壁局部烧穿㊂这主要是因为采用的宁东煤粉水分含量高,细小颗粒所占比例较大,在输送中易结块,造成堵塞,使给料器与气化炉压差不易控制,煤粉流量波动较大㊂采取的措施是通过严格控制备煤工段煤粉粒度分布及水分含量来实现煤粉系统输送的稳定性㊂2.2 烧 嘴GSP 烧嘴是点火烧嘴和工艺烧嘴为一体设计的组合式烧嘴㊂在工业生产应用中,点火烧嘴出现了不易点着和烧嘴烧穿现象㊂主要是因为在组合烧嘴运行过程中水蒸气和煤灰极易进入点火枪内部,使绝缘性降低且点火烧嘴出口处火焰的 黑区”较小,致使头部温度过高,造成烧穿㊂优化措施是回装点火枪时,要严格控制气化炉的负压,防止空气进入气化炉系统;提高烧嘴中心37‘洁净煤技术“2013年第19卷第1期管中的N 2流量,增加烧嘴出口处 黑区”㊂点火烧嘴已基本实现正常点火,点火烧嘴仍发生烧穿㊂建议从三方面考虑进一步调整,分别是O 2旋流角度㊁冷却水流速和絮流程度及烧嘴出口火焰 黑区”的范围㊂2.3 特殊件GSP 气化技术煤粉输送系统采用了大量的西门子提供的特殊件,有锁斗增压气疏松件㊁给料器流化板㊁激冷水D 喷头等㊂但这些特殊件均是从实验装置直接投入到工业化应用,从而出现了直接扩大应用后容易损坏㊁磨损的现象㊂如锁斗增压气特殊件和给料器流化板容易损坏㊁激冷水D 喷头易磨损等问题㊂优化措施是通过对锁斗疏松件㊁给料器流化板㊁给料器疏松件精细操作,稳定煤粉输送系统的工艺生产操作工况,以免大幅度波动㊂对煤粉管线上的特殊件加强监控,以防破裂后煤粉返窜至N 2管线㊂调整激冷水D 喷头水量㊂2.4 水冷壁GSP 水冷壁是采用以渣抗渣的原理㊂在实际生产过程中,水冷壁出现了烧损,导致挂渣效果不理想㊂主要原因是气化炉的耐火衬里(碳化硅)强度不够,且烧嘴结构不合理,致使煤粉同O 2混合反应不均形成偏喷,造成气化炉内局部过热冲刷,另外O 2旋风罩角度过大造成火焰长度不足,易对水冷壁上部造成冲刷㊂优化措施是将气化炉的耐火衬里替换为强度更高的耐火材料;调整烧嘴O 2旋流角度;同时提高水冷壁循环水量㊂调整之后水冷壁不再发生烧漏现象,但O 2的旋流角度需进一步调整,使气化炉内的反应更优化,使有效气组分更高㊂2.5 其 他粗合成气洗涤系统中固含量高,水质差,存在结垢㊁磨损机械密封等问题㊂对系统的磨蚀非常严重,系统无法安全稳定运行㊂主要原因是气化反应不良,大量的煤粉未充分燃烧,致使粗合成气洗涤系统中含灰量增大;烧嘴结构需要改进,致使煤粉同O 2混合反应不均,同时在气化炉内的停留时间不足,影响气化效率㊂优化措施是控制好气化炉内的反应,这对减少粗合成气中的尘含量起着至关重要的作用;调整烧嘴O 2旋流角度,同时渣和滤饼的含碳量明显降低㊂优化之后,粗合成气中粉尘含量有了一定的降低,但效果仍不理想㊂建议从两方面入手优化:一是对现有粗合成气洗涤流程和分离设备的效果和效率进行考察,不断改进与优化;二是适当更改洗涤流程的设置,增加除尘设备等㊂3 GSP 气化技术研究展望目前,有关GSP 气化技术的研究,无论是实验研究还是数值模拟研究都有许多成果,但仍存在诸多不足,如原料煤的结构组成与表达㊁烧嘴特性与气化炉的匹配㊁挂渣数学模型的有效性等问题㊂3.1 研究现状气化炉的研究主要有两方面:实验研究和数值模拟㊂实验研究有冷态研究和热态研究,体现在煤粉输送㊁熔渣流动特性㊁气化炉特性和烧嘴特性等方面㊂数值模拟有数模研究和建模研究;主要有烧嘴受热㊁气化炉流场㊁气化炉内的气化反应过程和水冷壁挂渣等方面的研究㊂3.2 研究思路1)煤的结构表征与表达问题:研究不同煤种的物理特性,如密度㊁导热系数㊁比热容㊁分子式㊁生成焓㊁灰熔点等,并确定有关的数学表达式或计算方法㊂2)煤粉密相输送问题:研究不同煤种(粒径㊁水分㊁灰分)㊁气固比㊁煤粉给料罐与气化炉的压差㊁干粉输送采用的气体压力等对煤粉密相输送的影响㊂3)气化炉挂渣㊁堵渣问题:研究不同煤种(主要是灰熔融温度等)㊁冷却水流量㊁氧碳比㊁负荷变化㊁炉内温度与分布㊁炉内压力㊁进料速率㊁气煤质量比㊁下渣口结构等影响;烧嘴各通道中冷却水㊁O 2㊁煤粉颗粒在不同旋流条件下,以及氧碳比㊁气煤比㊁负荷变化对气化炉内的温度场和流场㊁碳转化率㊁合成气组成的影响㊂4)黑水和合成气的除尘问题:研究不同除尘设备的结构对水固㊁气固分离效果的影响,对整个黑水处理工艺与合成气洗涤工艺的分析㊁模拟与优化㊂3.3 研究方向1)数学计算:气化炉模型㊁煤的数学表达式㊁渣生成模型㊂2)数值模拟:烧嘴受热分析㊁煤粉密相输送㊁气化炉内流场与温度场㊁气化过程㊂(下转第77页)47马晓程等:谢一矿深部煤配煤炼焦实验方案设计4 结 论1)谢一矿煤灰分均偏低,挥发分均较高,硫分低,其中深部的肥煤与焦煤具有良好的炼焦特性㊂2)焦煤对抗碎强度㊁耐磨强度的影响都是主要因素,焦煤配入量在40%左右时,得到的焦炭强度最高㊂3)气煤的配入对焦炭质量影响较大,气煤配入量在10%左右时,焦炭强度不佳,配入量在20%左右时,焦炭的反应性变差,故气煤配入量应严格控制在15%左右㊂4)1/3焦煤的作用与焦煤类似,为了充分利用浅部1/3焦煤资源以及节约深部焦煤资源,建议配比为35%㊂5)肥煤对焦炭质量影响最不显著,属于次要因素㊂6)以焦炭强度为主要因素,综合灰分㊁硫分及煤种价格等因素,确定最佳方案为6号,即质量比为气煤∶1/3焦煤∶肥煤∶焦煤为15∶35∶10∶40㊂参考文献:[1]申新明.中国炼焦煤的资源与利用[M].北京:化学工业出版社,2007.[2]黄文辉,杨起,唐修义,等.中国炼焦煤资源分布特点与深部资源潜力分析[J].中国煤炭地质,2010,22(5):1-5.[3]虎维岳,何满潮.深部煤炭资源及开发地质条件-研究现状与发展趋势[M].北京:煤炭工业出版社,2008.[4]GB 5751 2009,中国煤炭分类[S].[5]GB /T 15224.1 2004,煤炭质量分级第1部分:灰分[S].[6]GB /T 15224.2 2004,煤炭质量分级第2部分:硫分[S].[7]GB /T 15224.3 2004,煤炭质量分级第3部分:发热量[S].[8]安徽省煤田地质局第二勘探队.淮南矿业集团望峰岗煤矿地质补充勘探报告[R].2007.[9]李云燕,胡传荣.实验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2008.[10]孙西巍.少肥煤配比的配煤炼焦实验室研究与优化[D].上海:华东理工大学,2011.[11]GB /T 212 2008,煤的工业分析方法[S].[12]GB /T 214 2007,煤中全硫的测定方法[S].[13]GB /T 5447 1997,烟煤黏结指数测定方法[S].[14]GB /T 479 2000,烟煤胶质层指数测定[S].[15]GB /T 4000 1996,焦炭反应性及反应后强度试验方法[S].(上接第74页)3)小试试验:气煤粉密相(加压/高压)气流输送㊁烧嘴特性㊁气固及液固分离设备㊂4)中试试验:依托工业装置㊁新设备装置㊁新工艺技术㊂4 结 语GSP 气化技术在首次大规模应用过程中出现诸多问题,通过对操作工艺优化及大量技术改造,在一定程度上实现了GSP 气化技术的稳定运行㊂但有关煤质与气化炉匹配性研究,气化炉与合成气洗涤系统优化等问题仍需不断探索和完善,使其真正达到 长㊁满㊁优”稳定运行,同时也为后续项目采用GSP 气化技术提供一定的技术支撑㊂参考文献:[1]张大晶.气流床煤气化工艺技术的分析评价[J].云南化工,2008,35(3):21-25.[2]徐振刚,宫月华,蒋晓林.GSP 加压气流床气化技术及其在中国的应用前景[J].洁净煤技术,1998,3(3):15-18.[3]北京索斯泰克煤气化技术有限公司.GSP TM 煤气化技术的应用[J].应用化工,2006,35(8):66-83.[4]崔意华,袁善录.GSP 加压气流床气化技术工艺分析[J].煤炭转化,2008,31(1):93-96.[5]李大尚.GSP 技术是煤制合成气(或H 2)工艺的最佳选择[J].煤化工,2005(6):1-6.[6]唐宏青.GSP 工艺技术[J].中氮肥,2005(3):13-18.[7]王德山.GSP 煤气化技术设备概况[J].煤化工,2007(3):38-40.[8]赵瑞同,李磊,张峰,等.未来能源公司的GSP 气化技术[J].煤化工,2005(6):19-22.[9]朱玉芹,耿胜楚,李彦,等.气流床煤气化工艺技术分析[J].化工技术与开发,2011,40(10):79-82.[10]章荣林.基于煤气化工艺技术的选择与述评[J].化肥设计,2008,46(2):3-8.77。
任务3.3：分析GSP煤气化技术
粉煤 冷却水
冷却水
Cooling water
Cooling water
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项目三
进料气体和原料物料共分内中外三层： 烧嘴外层是主燃料(3个进口) , 外层 煤粉; 中层是氧气和高压蒸汽；内层进 料为燃料气, 作为持续点火用。 该烧嘴还配有闭路循环水冷却系统, 为安全起见, 该冷却系统的循环水压高 于气化炉的操作压力。 冷却水也有三层： 分别在物料的内中之间、中外层之 间和外层之外, 这种冷却方式传热比较 均匀, 可以使烧嘴的温度保持在较低的 水平, 特别是烧嘴头部的温度不至于太 高, 以免将烧嘴的头部烧坏。 烧嘴头部的材料较好, 其使用寿命 预计可以在10 a 以上, 但是, 烧嘴头部 金属材料的要求比较高, 且每年都要维 修。
⑺、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 。
12
项目三
二、 GSP气化技术关键设备
燃料
Fuel Burner
燃气去点火烧咀
Gas to pilot burner Oxygen
烧嘴
氧气
Pressur. water outlet
带压水出口
思考：据你所知，描绘一 下GSP气化炉的结构特点？
33
项目三
在A段以前气体与气体及洗涤液以同等的速度流动，进入收缩管A后流速增大，粗合成气产生较大 的加速度，由于洗涤水质量较重，产生的加速度较小。此时洗涤水与气体即产生相对运动，因而两 者就有了碰撞、接触的机会，同时洗涤水被雾化。
在喉管B，气体流速达到最大值，由于管道截面较小，气体及洗涤液均被压缩，运动速度达到 50～100m/s，此时B段成为高密度的混合区，从喷嘴喷射出来的水滴，在高速气流冲击下进一步雾 化成更细小的液沫（雾滴），气体湿度达到饱和，同时尘粒表面附着的气膜被冲破，使尘粒被水湿 润。压力降低，尘粒与水滴，或尘粒与尘粒之间发生激烈的碰撞、凝聚。 通过B段以后，气体与洗涤水的混合体，以高密度、高速度的形态进入扩散管C，由于截面增大， 所以气流速度减小，压力回升，在气、液、固三相之间由于惯性力的不同，产生了相对运动，于是 固体颗粒大小颗粒间、液体和固体间、以及液体不同直径水滴间发生了相互碰撞，凝并。即洗涤液 对气体又进行了一次捕集。气流速度的减小和压力的回升使凝聚作用发生得更快。有利于颗粒的有 效尺寸增大。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后，在重力、离心力等作用下，尘粒与水分离，达到 除尘的目的。
气化炉在工业上的运用
气化炉在工业上的运用
气化炉是一种将固体燃料转化为可燃气体的设备，其在工业上的运用非常广泛。
气化炉可以将各种固体燃料如煤、木材、废弃物等转化为可燃气体，这种气体可以用于发电、加热、热处理等工业过程中。
气化炉的工作原理是将固体燃料加热至高温，使其发生热解反应，产生可燃气体。
这种可燃气体主要由一氧化碳、氢气、甲烷等组成，可以作为燃料供给工业过程中的各种设备使用。
气化炉在工业上的运用非常广泛，主要有以下几个方面：
1. 发电：气化炉可以将煤等固体燃料转化为可燃气体，这种气体可以用于发电。
与传统的燃煤发电相比，气化炉发电具有环保、高效、灵活等优点。
2. 加热：气化炉可以将固体燃料转化为可燃气体，这种气体可以用于加热工业过程中的各种设备。
与传统的燃油加热相比，气化炉加热具有成本低、环保等优点。
3. 热处理：气化炉可以将固体燃料转化为可燃气体，这种气体可以用于热处理工业过程中的各种材料。
与传统的电炉热处理相比，气化炉
热处理具有成本低、效率高等优点。
4. 化学工业：气化炉可以将废弃物等固体燃料转化为可燃气体，这种气体可以用于化学工业中的各种反应。
与传统的化学反应燃料相比，气化炉燃料具有成本低、环保等优点。
总之，气化炉在工业上的运用非常广泛，可以将各种固体燃料转化为可燃气体，这种气体可以用于发电、加热、热处理等工业过程中。
与传统的燃料相比，气化炉具有成本低、环保、高效、灵活等优点，是未来工业发展的重要方向之一。
气化炉在工业上的运用
气化炉在工业上的运用引言气化炉是一种应用于工业领域的设备，利用高温反应将固体或液体物质转化成可燃性气体。
气化炉广泛应用于能源生产、化工、冶金、环境治理以及农业等领域。
本文将从气化炉的原理、分类、工业运用等方面进行详细介绍。
气化炉的原理气化炉利用高温和控制氧气供应的条件下，将固体或液体物质通过热解、氧化或还原反应转化成可燃性气体的过程。
气化的原理主要包括以下几个方面：热解反应热解反应是指在高温下，固体或液体物质通过热裂解产生气体。
在气化炉中，固体或液体物质通过加热进一步分解，产生可燃性气体，如一氧化碳、氢气以及甲烷等。
根据物质的特点和反应条件的不同，热解反应的产物可以有所差异。
氧化反应氧化反应是指将固体或液体物质与氧气发生反应，在高温下产生气体。
氧化反应通常用于将碳含量较低的物质气化，如煤炭。
在气化炉中，氧化反应产生的气体主要包括二氧化碳和水蒸气。
还原反应还原反应是指将固体或液体物质与还原剂发生反应，在高温下产生气体。
还原反应通常用于将金属氧化物、矿石等物质还原成金属。
在气化炉中，还原反应产生的气体主要是二氧化碳和一氧化碳。
气化炉的分类气化炉根据气化介质的不同可以分为多种类型，下面介绍几种常见的气化炉：固体气化炉固体气化炉主要用于将固体物质气化，如煤炭、木材等。
固体气化炉通常采用直接气化或间接气化方式进行操作。
直接气化是指将固体物质直接与氧气反应产生气体，适用于高碳含量的物质。
间接气化是指通过在固体物质中注入气化剂，使其与物质反应产生气体，适用于低碳含量的物质。
液体气化炉液体气化炉将液体物质通过加热分解产生气体，主要用于石油液化气化、生物质液化气化等。
液体气化炉通常采用热裂解或蒸汽重整方式进行操作。
气体气化炉气体气化炉主要用于将气体物质进一步转化成可燃性气体。
气体气化炉通常采用催化裂解或蒸气重整方式进行操作。
气化炉在能源生产中的应用气化炉在能源生产中起到至关重要的作用，下面介绍几个典型应用场景：煤气化煤气化是一种高效利用煤炭资源的技术，通过煤气化过程将煤炭转化成煤气。
西门子(GSP)气化技术
西门子(GSP)气化技术北京杰斯菲克气化技术有限公司公司背景简介西门子公司是世界上最大的电气工程和电子公司之一，作为基础设施建设和工业解决方案供应商，其核心业务主要集中在三大领域：能源、工业及医疗。
迄今为止，西门子业务遍及全球190多个国家，在全世界拥有大约600家工厂、研发中心和销售办事处，在中国已经建立了90多家运营企业，在60个城市建立了地区办事处，拥有40多万员工，在中国有50,000多名员工，是在华拥有员工数最多的外商投资企业之一。
2006年5月，西门子公司通过收购索斯泰克集团的技术及工程设计业务，继续扩展其电站业务，为煤—电转换提供产品和解决方案。
此次收购包括了德国未来能源公司以及该公司100％的股权与神华宁夏煤业集团的中国合资企业(北京杰斯菲克气化技术有限公司)中50%的股份。
通过收购，西门子拥有完整的GSP技术知识产权、气化技术研发团队和中试基地，借助强有力的技术、工程与设备制造支持，将为全球用户带来更全面、可靠的服务。
北京杰斯菲克气化技术有限公司是中国境内唯一推广与销售西门子(GSP)气化技术许可商。
图 1 北京杰斯菲克气化技术有限公司股东结构。
图 1 北京杰斯菲克气化技术有限公司股东结构西门子(GSP)气化技术介绍西门子(GSP)气化技术是采用干粉进料、纯氧气化、液态排渣、粗合成气激冷工艺流程的气流床气化技术。
该流程包括干粉煤的加压计量输送系统(即输煤系统)、气化与激冷、气体除尘冷却(即气体净化系统)、黑水处理等单元。
图 2 西门子(GSP)气化工艺流程。
通过此工艺，可以把价格低廉、直接燃烧污染较大的煤、石油焦、垃圾等原料转化为清洁的、高附加值的合成气，即一氧化碳与氢气，这是生产化工产品基本原料，可以用于生产化工产品如甲醇、合成氨，合成油，还可以用于发电或直接用于城市煤气，合成天然气使用。
表 1 西门子(GSP)气化燃料分析表，表 2 西门子(GSP)气化合成气组成(干基)。
GSP气化技术的发展与优化ok
GSP 气化技术的发展与优化范为鹏（神华宁煤集团煤制油项目建设指挥部，宁夏银川750000）摘要：GSP 气化技术是一种先进粉煤加压气化技术，其500MW 气化炉已经在国内得到工业化应用。
文章主要介绍其技术的起源、国内外的应用发展情况、技术优势，并探讨分析500MW 工业装置试车及试生产过程中暴露的重大问题及技改优化措施。
对GSP 气化工艺技术的进一步完善和发展有一定的借鉴意义。
关键词：GSP ；气化技术；烯烃；优化中图分类号：F426.72文献标识码：A文章编号：1673-5285（2012）07-0077-04*收稿日期：2012－03-16作者简介：范为鹏，男（1984-），2006年毕业于西安科技大学化学工程与工艺专业，助理工程师，目前工作于神华宁煤集团煤制油项目建设指挥部，主要从事煤气化生产及管理工作。
1GSP 气化技术在国外工业应用（1）GSP 气化技术是20世纪70年代末，由前民主德国的德意志燃料研究所（DBI）开发并投入商业化运行的大型粉煤气化技术。
1984年，在德国黑水泵建成了200MW 气化装置（投褐煤量720～750t/d ，产气量为50000m 3/h ）。
该装置在1984年至1990年间，成功对普通褐煤及含盐褐煤进行了气化，生产民用煤气。
东西德合并后，德国政府引进天然气取代了城市煤气，且对垃圾处理有补贴政策，所以1990年后，该装置分别气化过天然气、焦油、废油、浆料和固体污泥等原料，生产出的合成气用于甲醇生产及联合循环发电（IGCC ）。
（2）2001年，巴斯夫（BASF ）在英国的塑料厂建成30MW 工业装置，用于气化塑料生产过程中所产生的废料，产品为燃料气。
（3）2003年捷克Vresove 工厂采用GSP 气化技术建设的140MW 工业装置开车运转，其气化原料为煤焦油，用于联合循环发电项目（IGCC ），2010年对此工厂考察时，气化装置运行平稳。
2GSP 气化技术在国内的发展应用2.1神华宁煤50万t/a 煤制烯烃项目该项目是世界上规模最大的煤基烯烃项目，每年可生产50万吨聚丙烯。
GSP与两段炉煤气化技术比较
GSP煤气化技术与两段式煤气化技术比较一 . 气化技术概况1. 技术研发★ GSP煤气化技术是由德国西门子集团拥有的，由前民主德国燃料研究所（DBI）于20世纪70年代末开发并投入商业化运行的大型粉煤气化技术，是世界先进的大型粉煤进料气流床加压技术之一。
★两段式干煤粉加压气化技术是西安热工研究院有限公司历经10余年的研究，并与2004年，建成了日处理煤量36～40t/d（10MWth）的干煤粉加压气化中试装置；2006年，开发成功1000～2000t/d级的干煤粉加压气化工业装置的大型粉煤气化技术。
2.技术应用〈中国〉★ 07年1月17日北京索斯泰克煤气化技术有限公司与中国神华宁夏煤业集团有限责任公司签订了83万吨/年二甲醚一期工程GSP气化技术专有设备采购合同以及52万吨煤基烯烃项目GSP技术合作谅解备忘录。
★具有自主知识产权的两段式干煤粉加压气化技术，其干煤粉加压气化的核心技术和整体工艺获得国家发明专利，所制造的水冷壁式干煤粉加压气化装置属于我国第一套，填补了国内空白。
07年1月13～14日，由中国华能集团公司西安热工院主持完成的国家“十五”863计划项目“两段式干煤粉加压气化技术中试研究”分别通过了由科技部委托中国电机工程学会组织进行的项目验收和成果鉴定，这标志着“两段式干煤粉加压气化技术”的发展全面进入工业化阶段。
2000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉（废锅流程）将应用于华能集团“绿色煤电”项目；1000吨/天级两段式干煤粉加压气化炉（激冷流程）将应用于内蒙古世林化工有限公司年产30万吨甲醇项目。
二 . 煤气化工艺〈激冷流程〉1.相同1.1 两种煤气化技术均采用干粉进料、纯氧气流床气化、液态排渣。
1.2 煤种适应性强：两种煤气化技术均采用干煤粉作气化原料，不受成浆性的影响；由于气化温度高，可以气化高灰熔点的煤，故对煤种的适应性更为广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤均可使用。
1.3 工艺技术条件优越两种煤气化炉气化温度均可达到1400℃以上，气化反应压力可达到4.0 MPa，碳转化率达99%以上，有效气体成份（CO+H2）达90%以上。
GSP加压气流床气化技术及其在中国的应用前景
G SP加压气流床气化技术及其在中国的应用前景徐振刚 宫月华(煤炭科学研究总院)蒋 晓 林(德国诺尔-克尔茨能源环保技术有限公司北京代办处) 摘要 GSP加压气流床气化技术是近年来投入商业化运行的新一代大型先进气化技术之一,由前东德的德意志燃料研究所开发。
该气化技术采用气化炉顶干粉加料、氧气气化、炉底液态排渣。
本文在介绍了该气化技术的开发历程、气化炉结构、工艺流程及技术特点的基础上,分析了该气化技术在中国的应用前景。
关键词 气化 气流床 煤化工 煤气化联合循环发电(IGCC) GSP加压气流床气化技术是近年来开发并投入商业化运行的新一代大型先进气化技术之一。
与其它同类气化技术相比,该气化技术因采用气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构,因而在气化炉结构以及工艺流程上有其独到之处。
煤炭气化技术作为煤炭深度加工、转化的先导技术,是中国洁净煤技术的优先发展领域之一。
目前,中国在加速发展大型煤化工和煤气化联合循环发电(IGCC)的过程中,需要配套使用大型先进煤气化技术。
因此,GSP加压气流床气化技术在中国应该具有十分广阔的应用前景。
1 技术开发历程GSP加压气流床气化技术是由前东德的德意志燃料研究所(G erman Fuel Institute)开发,始于本世纪70年代末。
最初的目的是用高灰分褐煤生产民用煤气,并在弗来堡(Freiburg)建立了一套3MW中试装置,完成了一系列基础研究和工艺验证工作。
1982年,又在黑水泵市(Schwarze Pumpe)的劳柏格(Laubag)电厂建立了一套130MW商业化装置,原料处理能力为30t/h,该装置运行了5年而未需更换气化炉的喷嘴和水冷壁。
从1989年起,技术开发的重点转向了以工业废物和生物质等为气化原料,并先后气化过约60种物料,包括各种变质程度和灰分含量的煤、城市污泥、工业废渣、石油焦以及一些固体废物的干馏产物等。
表1给出了几种典型气化原料的特性及气化所产煤气的组成。
GSP气化炉工艺介绍
Process Engineering 工艺工程组
Construction 建设单位
Pilot Plant 试验工厂
GSP Gasification Test Facilities of FUTURE ENERGY GmbH in Freiberg 弗赖伯格市未来能源股份有限公司气化试验工厂
5 MW 装置 3 MW 装置
Gas Transport and Storage 煤气输送和储存部
Gas Utilization 煤气开发部 Nuclear Technology 核技术部 • In 1991 the Gas Generation Division of DBI was taken over by Noell GmbH 1991年DBI煤气制造部被NOELL股份有限公司收购
烧嘴
Pressur. water outlet
氧气
带压水出口 水冷格栅 带压水进口
Pressur. water inlet Quench water Cooling screen
激冷水
冷却夹套
Cooling jacket
公司背景 1.3 Category of technical activities 科技活动动态 1.4 Development strategy in future 未来发展战略
Introduction to FUTURE ENERGY GmbH and GSP Gasification Technology 未来能源股份有限公司和GSP 气化技术的介绍
September, 2005 2005年10月
燃料
Fuel Burner
燃气去点火烧咀
Gas to pilot burner Oxygen
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水冷壁内通入较高流量的低压冷却水，外侧有 SiC 及挂渣的耐火隔热保护，使得水冷壁金属表面温度保持 在较低的水平，因此水冷壁管材为低温合金钢。
在水冷壁与承压壳体环隙间，通入冷却了的合 成气，承压壳体外有水夹套冷却，该结构有效降低了 承压壳体的温度。
下部为激冷室，内有激冷喷头和内衬筒。内衬筒 与承压外壳环隙间激冷水自下而上经环隙顶端溢 出，在衬筒内壁形成水膜，有效降低承压壳体金属温 度，且保证承压壳体不会局部过热。
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反应室和激冷室通过气化器的特殊的排出口连 接：激冷水在排出口处供给，合成气在激冷室的下部 引出。在激冷室的下部为锥型集渣室，激冷水从渣室 上部溢流出气化炉。
粉煤气化炉的燃烧室温度一般为 1400℃～1500℃， 采用部分氧化的方式释放出能量，维持反应在大于灰 熔融性温度时进行，保证煤中的无机物灰分组分形成 熔融状态的渣。反应非常迅速，随压力的不同而不同， 一般在 4～20s 之内完成反应，基本反应式为：
GSP 气化炉与 SHELL 气化炉、GE 气化炉、华东 理工大学四喷嘴气化炉运行、经济情况对比，GSP 气 化炉技术具有处理能力大、气化效率和炭转化率高、 反应器热损失低的优点，详见下表：
第5期
臧庆安等：GSP 气化炉技术工业化应用
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技术指标对比表
项目
ห้องสมุดไป่ตู้单位
GSP 运行值
SHELL 运行值
德士古 运行值
1984 年在德国黑水泵建成了 130MWth 气化装 置（投褐煤量 720～750t/d，设计压力为 3.0MPa，工作 压 力 2.5MPa， 产 气 量 为 5 ×104Nm3/h）， 生 产 用 于 IGCC 和甲醇的原料气。
2001 年在英国米德尔斯堡建成了 30MWth 气化 装置，处理液态废物（尼龙合成过程中产生的液体废 物），生产燃料气。
黑水闪蒸单元和排渣单元的黑水，在沉降槽中 自然沉降后，将沉降槽中固含量较高的泥浆送至真 空过滤机进行过滤处理，澄清液送至循环水罐，经循
环水泵送至气化装置循环使用，部分经废水泵送至 汽提单元。
3 GSP 气化工艺的关键设备结构及反应原 理简介
3.1 气化炉 气化炉作用是提供一定压力的高温空间，以干
煤 粉 为 原 料 ，生 产 粗 合 成 气（CO+H2）。 气 化 炉 由 烧 嘴、气化室、水冷壁和激冷室等部分组成，结构示意 见图 2。
图 1 GSP 气化工艺流程简图
备煤装置的煤粉（200 目 0.075mm）输送至气化 煤粉储仓，储仓中的煤粉进入 4 个锁斗，通过锁斗顺 控将煤粉从常压升至进料容器生产所要求的操作压 力（约 4.35MPa（g）），交替向加料斗供应煤粉，加料斗
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第 10 卷 第 5 期 VOL.10 NO.5
2012 年 9 月 Sep.2012
GSP 气化炉技术工业化应用
臧庆安 张洪涛
（神华集团公司煤制油化工部，北京，100011）
摘 要： 介绍了德国 GSP 气化炉技术的发展历程及现状，主要介绍气化技术、关键设备和工业化应
用运行中出现的问题并提出了解决思路。
通过角阀控制，经 3 根煤粉管线向气化炉供应煤粉， 输送气体介质为 N2 / CO2。
中压蒸汽和高压氧气在主烧嘴氧气管线上混合 后，送至主烧嘴的出口，与给料容器来的 3 根煤粉输 送管线的煤粉，在组合烧嘴出口进行充分的混合与 雾化，在气化炉上部的气化 / 燃烧室进行部分氧化反 应，气化温度约 1400℃～1600℃，气化压力 4.1MPaG， 产生富含 H2 和 CO 及少量 CO2、H2S 的高温粗合成气， 同时产生液态渣。气化室内设有水冷壁，水冷壁主要 作用是抵抗 1400℃～1700℃高温及熔渣的侵蚀，水 冷壁系由水冷盘管及固定在盘管上的抓钉与 SiC 耐 火材料共同组成的一个圆筒形膜式壁。膜壁与承压 外壳间约有 50mm 间隙，间隙间充满一股流动的常温 合成气。
中电投新疆煤制气项目将投资建 8 台 500MWth。 神宁煤业集团煤制油项目将建 24 台 500MWth GSP 气化炉。
2 GSP 气化技术简介
GSP 气化技术是采用干煤粉进料、纯氧气化、液 态排渣、粗合成气激冷工艺流程的气流床气化技术。 工艺流程见图 1，包括备煤、煤粉加压计量输送、气化 与激冷、排渣、气体除尘冷却、黑水处理等工序，流程 简单介绍如下：
CnHm + n/2O2→nCO+m/2H2 粉煤气化反应大致可分为 3 个区域： （1）裂解区和挥发分燃烧区。当煤粒喷入炉内高 温区域，煤颗粒将被迅速加热，释放出挥发物。挥发物 的数量与反应物的性质、环境温度、颗粒大小及升温 速度有关，裂解产生的挥发物迅速与氧气发生反应， 因为这一区域的氧浓度高，所以挥发物的燃烧是完全 的，同时产生大量的热量。 （2）燃烧 - 气化区。在这一区域内，脱去挥发物 的煤焦或其他碳颗粒，一方面与残余的氧反应（产物 是 CO 和 CO2 的混合物）；另一方面与水蒸气和 CO2 反应生成 CO 和 H2，CO 和 H2 又可在气相中与残余的 氧反应，产生更多的热量。 （3）气化区。燃烧物进入气化区后，发生下列反 应：C 和 CO2 的反应，C 和 H2 的反应，CH4 转化反应 和煤气转化反应。由于在高温（1400℃左右）下反应， 碳转化率相当高，CH4 含量很低，不产生焦油、酚及高 级烃等复杂的副产物。所以所排放废水少，对环境基 本不产生污染，且处理起来亦相当简单。 3.2 GSP 烧嘴的原理及结构 GSP 烧嘴作用是将干煤粉均匀喷出，与氧气 / 蒸 汽混合后在一定温度压力下燃烧，生成合成气。烧嘴 包括点火烧嘴和主烧嘴，主烧嘴由两个水冷夹套和 煤粉通道、氧气通道组成。点火烧嘴由燃料气通道、 氧气通道和水冷夹套组成，每个通道都是环形区域。 点火烧嘴与点火系统和火焰监视一起安放在主烧嘴 的中间。点火烧嘴由氧气和燃料气进行燃烧。点火烧 嘴的用途是启动系统，加热反应器，给系统升压并点 燃主烧嘴。一旦主烧嘴有故障，点火烧嘴可以继续运 行并保持气化炉压力，可以迅速重启主烧嘴。主烧嘴 在烧嘴口有一个适当的涡状组件。氧气在这里旋转， 使媒介与旁边流出的煤颗粒一起转化成焰色反应的 形式。煤粉通过 3 个煤粉管道提供，管道的尾端以切
关键词： 气化炉 工业化应用 问题 解决思路
中图分类号：TQ5
文献标识码：B
文章编号：1674-8492（2012）05-070-04
煤的气化是指煤和氧化剂（空气、水、氧气）进行 不完全氧化反应，将固体燃料转变为 CO 和 H2 为主 要气体成分的工艺 。气化产出的气体既可作为发电 用的燃料，又可作为化工原料用于生产合成氨或甲 醇等。煤的气流床气化技术主要分为两种，一种是水 煤浆进料气化技术，主要代表是美国 GE 德士古技 术、康菲 E-Gas 技术、华东理工四喷嘴技术、清华非 熔渣－熔渣气化技术等；另外一种是干煤粉进料气 化技术，主要代表是荷兰 SHELL 技术、德国西门子 GSP 技术、德国 Prenflo 技术、日本 MHI 技术、我国的 航天炉技术和热工院技术等。
四喷嘴 运行值
温度
℃
1400～ 1500
1400～ 1700
1300～ 1400
1200～ 1400
压力 MPa（a） 3.85～3.9 3.5～4.0 ～6.2
干煤粉 喷嘴
加压水 出口
蒸汽 / 氧气
水冷壁
加压水 入口 激冷水
气化室
激冷室
水夹套 合成气出
溢流口
渣
图 2 GSP 气化炉结构图
气化炉分为两室，上部为气化室，压力壳体内有 水冷壁，外有水夹套。水冷壁内壁涂敷耐火材料 SiC。随着气化反应的进行，通过烧嘴的粉煤与纯氧 及水蒸汽进行部分氧化反应。同时形成一部分灰渣， 熔融态 的 灰渣 遇 到水 冷 壁 后冷 却 凝固 ，附 着 在 水 冷 壁上的 SiC 涂层上，在水冷壁内侧 SiC 衬里表面挂渣 层。生产后采取以渣抗渣的原理进行保护水冷壁，挂 渣是一个动态过程，即低温渣层加厚，温度升高渣层 减薄。
激冷室下部为锥形，内充满水，熔渣遇冷固化成 颗粒落入水浴，通过渣锁斗排放到捞渣机，固体渣经 捞渣机送至渣车外运，液体经黑水泵送至黑水单元 沉降处理。
气 化 炉激 冷 室和 文 丘里 洗 涤 系 统 的 排 放 水 ，经 两级闪蒸罐闪蒸后，将黑水中细灰进一步浓缩后送 入下游黑水处理单元沉降过滤处理，灰水经加压、加 温后返回激冷水系统回用。
1 GSP 气化炉技术开发历史及进展
GSP（德文 Gaskombiant Schwarze pumpe）气化技 术是 20 世纪 70 年代前民主德国燃料研究所开发的 单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气化技术，根据煤 气用途不同可用直接水激冷，也可用废锅回收煤气 显热，产生中低压蒸汽。该技术分别于 1979 年和 1996 年在德国 Freiberg 建有 3MWth 气化装置 （投煤 量为 7.2t/d）和 5MWth（投煤量 12t/d，内径 0.6m）的中 试气化装置。 1.1 国外商业化应用情况