科林粉煤气化工艺

1、前言

中国目前是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭的年产量在12亿吨以上，随着我国石油和化学工业产业发展与能源、资源短缺矛盾的上升及西、北部煤炭资源的开发，新型煤化工产业蓬勃发展，但西、北部煤种大部分为褐煤，这就为煤气化工艺的选择增加了许多局限性。由于褐煤制浆性不好，对煤质改性的研究尚未达到工业化生产的需要，具有工业化生产基础的水煤浆气化工艺列在了选择范围之外，适用范围广、能耗低的粉煤气化技术成为被选择的对象。但由于废锅流程的粉煤气化工艺在中国的推广不成功，对粉煤气化工艺的选择成了煤化工产业发展的一个难题。

煤气化工艺是煤化工、IGCC、加氢工艺、煤液化等的龙头和基础，气化工艺在很大程度上影响到煤化工产品（电力）的成本和效益，因此选择高效、低耗、无污染的煤气化技术是发展煤化工的前提。现将国内近期引进的激冷流程的科林粉煤加压气化技术进行总结，以供参考。

2、科林粉煤气化工艺的技术来源及发展历程

科林高压干粉煤气化炉简称为CCG炉(Choren Coal Gasifier),该技术起源于前东德燃料研究所，于上世纪70年代末开始开发，目的是利用当地褐煤提供城市燃气。1979年在弗莱贝格市建立了一套3MW 中试装置，完成了一系列的基础研究和工艺验证工作。试验煤种来至

于德国、中国、前苏联、南非、西班牙、保加利亚、澳大利亚、捷克等国家。1984年在黑水泵市（SCHWARZ PUMPE）建立了一套130MW （日投煤量为720吨）的水冷壁煤气化炉工业化装置，气化当地褐煤用作城市燃气，有运行8年的工业化生产经验。燃料研究所和黑水泵厂的技术骨干发起成立了科林的前身公司，继续致力于煤气化技术的研发,并把运行中出的问题进行了设计更改和完善，推出了一套完整优化的气化技术。

3、科林CCG技术与西门子GSP技术的联系和区别

科林和西门子所提供的煤气化技术均是在燃料研究所早年的过期专

利和黑水泵厂130MW气化炉的基础上进行放大和改进后的技术，然后形成了自己的新的专利体系。

两种技术均是干煤粉进料，磨煤和干燥的要求相似；均是环状盘管水冷壁结构；对化工项目均采用全激冷流程，西门子为IGCC发电项目也开发了部分激冷流程；均是烧嘴顶置下喷，不同的是西门子采用了联合烧嘴设计，将点火烧嘴和煤粉烧嘴集成到一起，而科林公司沿用了黑水泵气化炉检验过的多喷嘴设计。两种技术在烧嘴上的不同布置，使得两种技术具有了一定的独立性，各自有自己的专利保护，避免了知识产权冲突。组合烧嘴和多烧嘴虽各有优劣，但都由于都是顶置下喷设计，其实并不构成本质差异。

西门子传统上是一家设备制造公司，所以除了收取专利费和设计费以外，西门子要求烧嘴、气化炉甚至给料斗都必须从西门子购买，从德国进口。而科林公司是一家专利商，只要求用户从科林公司购买其生产的烧嘴，可以做到95%设备国产化。兖矿贵州开阳50万吨合成氨项目采用的科林气化炉由大连金州重型机械厂整体制造。这就构成了气化岛投资的巨大差异：西门子的宁煤项目采用了5台日投煤量为2000吨的气化炉，气化岛造价约为25-28亿，科林的兖矿开阳项目采用两台日投煤量1500吨的气化炉，气化岛造价仅约为5亿。

4、科林粉煤气化工艺流程

与其他粉煤气化工艺一样, CCG气化工艺过程也主要是由给料系统、气化炉、粗煤气洗涤系统组成, 即备煤、气化、气体处理三部分组成。原料煤被碾磨为100%<100μ，80%<65μ的粒度后, 经过干燥, 通过浓相气流输入系统送至烧嘴，在反应室内与工业氧气和水蒸气在高温高压的条件下反应，产生合成气。

气化温度操作在1400℃--1700℃之间，根据煤炭的组份和灰熔特性，可通过氧煤比流量进行调节（控制炉内化学反应剧烈程度）。反应室内壁为水冷壁，水冷壁传热面形成固定渣层，进行炉壁冷却并防止流动渣的冲刷。

生成的合成气及液态灰渣离开反应室向下流动，在激冷室中被水冷却，液态灰渣被水浴固化成颗粒状，灰渣经过锁斗系统排出，从排

放的水中分离并通过捞渣机运出。合成气被蒸汽饱和，以大约210 ℃温度离开气化炉。气化炉外壳的表面温度小于100℃。

原料气化和达到气体平衡所需的热量由原料碳氧化成CO2和CO 所释放。气化温度的选择是由原料煤的物理化学性质(如灰熔点)决定的,。

5、科林粉煤气化的技术特点

(1) CCG气化炉为多喷嘴顶置的形式，分为1个引燃烧嘴和3个煤粉烧嘴。在开车和停车时候，利用液化气混合氮气作为引燃烧嘴的燃气。在气化炉运行过程中，出于安全的考虑，引燃烧嘴在较小的功率下运行（长明灯）。可以利用循环回送的合成气作为引燃烧嘴的燃料。由于长明灯反应放热也是气化反应所需要的，所以并不会造成额外的能量损耗。

(2)煤粉、氧气和水蒸气通过烧嘴进入反应室，发生部分氧化反应。反应室是由齿形蛇管卷水冷壁围成的圆柱形空间, 上部为烧嘴, 下部为排渣口, 原料与氧气、水蒸气的气化反应就在此空腔内进行。第一次开车后水冷壁被挂上一层渣，在后续运行中利用以渣抗渣的原理保护水冷壁。正常运行时炉体内温度为1 400-1700 ℃, 经过渣层以后, 温度降低到500℃左右, 再经过16.5 mm 厚的屏壁和SiC填充物, 温度降低到270 ℃左右, 水冷壁内的加压冷却水的温度为

250 ℃左右。水冷壁气化炉体的优点是炉体实际承受的温度较低，水

冷壁承温< 500 ℃，外层壳体内壁的温度< 250 ℃ , 气化炉外壳的表面温度小于100°C，不容易损坏，故可以气化灰熔点较高的煤种。

(3)煤粉在干粉煤烧嘴内移动的速度仅约10米每秒，主要是靠高速的氧气带动煤粉形成旋流参加反应，磨蚀不严重，寿命可达5年以上，仅需每年检修头部向火面。检修更换烧嘴仅需八个小时。

(4)由于气化炉温度高，碳转化率可以高达99％。

(5)合成气中有效成分(CO+H2)高达90～93%。

(6)冷煤气效率高达80％～83％。

(8)适应的煤种广泛，褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、石油焦都能适用。

(9)有效气(CO+H2)比煤耗550～600 kg／km3，比氧耗290～360 Nm3／km3，

(11)氧耗比水煤浆法低15％～20％。因此，配套的空分装置可以小一些，空分装置的投资可以节省。

(12)因采用顶置多喷嘴操作，生产负荷调节幅度大50～110%，也容易放大装置能力。

6、科林粉煤气化的可操作性分析