GE气化炉技术

GE（原德士古）气化技术综述

目前我国煤炭气化技术得到了快速发展，针对煤气的不同用途和需要（如生产替代天然气、用作合成气、发电等）发展了几十种气化技术，许多技术得到了工业应用。按照气化炉中气固接触方式和反应形式可将气化技术归纳为四种类型：以鲁奇炉为代表的固定床气化工艺，以高温温克勒炉、灰熔聚为代表的流化床气化工艺，以GSP、Shell、GE(原Texaco)、多喷嘴对置水煤浆技术为代表的气流床气化工艺，另外还有不再发展的熔融床气化工艺。

化肥是发展农业的重要基础原料，是确保我国农业生产健康持续发展的前提。煤炭转化制合成气，在我国占绝大多数的中小化肥厂由于使用间歇水煤气气化工艺和以无烟块煤为原料，存在转化效率低、环境污染严重、运行成本高、竞争力不强等问题，亟需更新换代。建设煤基合成氨基地是符合国家发展政策和企业利益的。在我国，一些新规划的煤化工基地的气化工艺拟选用水煤浆进料的GE加压气化技术制合成气。

1 GE气化技术的现状

目前在国内外均有GE（Texaco）气化技术在运行，其中最大商业装置是Tampa电站，属于DOE的CCT-3，1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行。该装置为单炉，日处理煤2000~2400吨，气化压力为2.8MPa，氧纯度为95%，煤浆浓度68%，冷煤气效率约76%，净功率250MW。Tampa IGCC电厂目前使用55%石油焦和45%煤为原料，操作可用率在有备用燃料时为95%，气化炉可用率为82%。碳转化率低于设计值，尤其是使用石油焦时更是如此，导致效率下降氧耗提高。另外计划提高石油焦的比例，并使用5%的生物质为原料；也计划进行侧线CO2脱出工作。

80年代末，中国共引进4套GE水煤浆气化装置，分别为鲁南化肥厂（二台炉，一开一备，单炉日处理量450t煤，2.8MPa）、上海焦化厂（4台炉，三开一备，单炉日处理500t煤，4.0MPa）、渭河化肥厂（三台炉，二开一备，单炉日处理量为820t，6.5MPa）和淮南化工总厂（三台炉，无备用，单炉日处理500t煤，4.0MPa），这4套装置均用于生产合成气，7台用于制氨，5台用于制甲醇。进入2000年以后，GE技术又在国内推广了多套，表1为GE水煤浆气化技术在国内的应用情况。中国在水煤浆气化领域中已积累了丰富的设计、安装、开车以及新技术研究开发经验与知识。

表1 GE水煤浆气化技术应用现状

业主地点原料用途开车时间

1 美国Eastman 美国煤醋酐1983

2 日本Ube 日本煤合成氨1984

3 美国Tampa 美国煤/石油焦IGCC发电1996

业主地点原料用途开车时间

4 中石化山东临淄煤，石油焦合成气2008

5 上海焦化上海煤化工产品2008

6 兖矿集团山东邹城煤甲醇，50万t/a 2007

7 上海惠生南京煤甲醇，20万t/a 2007

8 神木化工陕西榆林煤甲醇，20万t/a 2006

9 渭河化肥厂陕西渭河煤甲醇2006

10 中石化南京煤，石油焦合成氨，30万t/a 2005

11 中石化金陵南京煤，石油焦合成氨，45万t/a 2005

12 浩良河黑龙江煤合成氨，20万t/a 2004

13 鲁南化肥厂山东煤合成氨，10万t/a 2003

14 淮化集团安徽煤合成氨，18万t/a 2000

15 上海焦化上海煤城市煤气，甲醇1995

16 上海太平洋化工集团上海煤醋酸，20万t/a 1996

17 渭化集团陕西煤合成氨，30万t/a 1996

18 鲁南化肥厂山东煤合成氨，8万t/a 1993

2 GE气化工艺流程

图1为GE气化工艺流程。煤经湿磨后，与油或水制成煤浆，典型的煤浆浓度为60％～70％，煤浆与氧或空气在燃烧器内混合，用油煤浆气化时，需加蒸汽或其它调温剂，而用水煤浆时，水就起调温作用，通过调节氧/煤浆比，使炉内温度高于灰流动温度FT。离开气化炉的非均相热气流，含有入炉煤化学能的15％～35％，它以显热的形式存在，必须将这部分能量予以回收。图6-4中给出了两种工艺流程，下图为激冷流程，上图为废锅流程。对于前者煤气离开气化炉后，用激冷水直接冷却，而对后者，热煤气先经辐射锅炉，再送往对流锅炉，锅炉产生的蒸汽可用于工艺或发电。冷却后的煤气进入水洗涤器，以清除煤气夹带的煤尘粒子，洗涤水进入沉清槽后分离除去固体物后循环回用，但需将部分循环水净化，以防止结垢和控制溶解固体浓度，并补给少

量新鲜水。气化炉排出的大部分灰渣通过锁斗系统排出，进入熔渣槽，熔渣分离器分出细灰用泵送入沉清槽，分离出的细灰渣及煤焦粒子送往渣场。离开洗涤器后气体中含H2、CO、CO2、

H2O及痕量的Ar、N2、CH4、H2S和COS，硫化物含量与原煤中硫含量有关，煤气中无NO x 和SO x。

激冷流程适合于化工合成如生产NH3或甲醇等，因为这种流程煤气处于水蒸气饱和状态，其含量通过调节煤气温度完全满足变换反应需要而不需另加蒸汽，即易于和变换反应器配套，从而简化流程和节省投资。激冷方式与废热锅炉流程相比，投资要少得多。对于生产燃料煤气或用于联合循环发电，则选择废热锅炉流程，这种流程可产生大量高压蒸汽用于驱动蒸汽轮机发电，从而提高整体系统发电效率。

图1 GE气化工艺流程（略）

①磨煤机制造煤浆有两种方法：一种是干磨后与水混合，另一种是湿磨。湿磨是一种较好的方法，它可以减少研磨动力，使煤粉全部进入到煤浆里。磨煤机不但要保证煤浆的浓度和煤浆的粒度分布，还要保证操作安全可靠，对煤中杂质不敏感，常见磨煤机有球磨机，棒磨机和盘式研磨机等。煤的磨细度对反应性相当重要，最大粒径不超过lmm，大于90μm的不超过30％。

②高压煤浆泵

高压煤浆泵用于煤浆的输送，它应具有高的稳定的出口压力，其工作压力应高于气化炉操作压力，此外对泵要求寿命长，计量准确，适用于高粘度介质，根据使用要求不同，可选用隔膜泵或柱塞泵。我国大多选用荷兰GEHO公司等进口生产的隔膜泵，也有小量选用国产泵。

③气化炉

GE气化炉由喷嘴、气化室、激冷室(或废热锅炉)组成。气化炉主体是一内壁衬有多层耐火砖，外壁为圆筒形的高压容器，见图2。气化炉炉顶和炉内均无机械装置，因长期处于高温高压下工作，炉壁内衬受冲刷力较大，所以炉衬必须具有耐高温和耐磨性能，须用高铬质耐火材料，即采用以氧化铬为主，添加少量氧化镁和氧化铝的耐火砖。目前还没有发现可适应不同煤种气化的耐火砖，所以选择耐火砖时，必须考虑气化温度和所用煤的灰成分。一般讲MgO-Cr2O3耐火砖适用于碱性灰，Al2O3-Cr2O3耐火砖适用于酸性灰。激冷式气化炉下部为急冷室；而废热锅炉式气化炉下部为幅射式废热锅炉，煤气被冷到700～800℃后进入对流锅炉，进一步回收煤气显热，副产蒸汽。

图2 GE气化炉（略）

气化炉制气烧嘴是关键部件，它长期处于高温下工作，可连续喷射煤浆，头部是燃烧的火焰．因此它必须耐高温、耐磨和寿命长．喷嘴配置冷却水系统。

④喷嘴

其中喷嘴为三通道（见图3），工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间。制备好的煤浆和氧气从炉顶的燃烧喷嘴中向下喷入炉内，形成一个非催化的、连续的、喷流式的部分氧化过程。