shell粉煤气化讲座(谷风研究)

就在于长期以来未能有效解决粉煤输送这个技术
难题。
技术研究
9
干煤粉输送的关键
粉煤密相输送技术
为减少煤气中的N2量，要求提高粉煤 输送的固气比，每立方米氮气可输送 300～400kg粉煤。 粉煤加压连续输送技术
1978年，和Krupp-Koppers公司 联合开发出一种粉煤间断升压和加 压下连续进料的半连续加煤工艺。
干燥用燃料设计为炼厂干气，备用燃料 为合成回路尾气。
技术研究
5
磨煤干燥流程
水分含量＜2％
指 90%的粉煤粒度＜90μm
标 惰性气中的O2含技量术研≤究8％
6
控制参数
循环气中的水含量约3.0％
惰性气体发生装置出口温度150～250℃， 磨机出口温度105℃左右。
**为保证粉煤能被惰气带走，惰性气循环 量＞30Kg/s，固气比约1：2～4（重量）
技术研究
1
选择Shell粉煤气化工艺的原因
低能耗
用于发电，能耗比Texaco 工艺低20％左右
用于合成氨，能耗比Texaco 工艺低8％左右
进煤能量100％
0.8% 14% 0.2% 2.0%
83％
水冷壁产蒸汽 废锅生产蒸汽 残碳 热损（渣池、湿洗以及散热等）
冷煤气效率
技术研究
2
煤种适应性好
Shell粉煤气化炉操作温度高达1400～1700℃， 在此温度下，大部分煤种均能气化。
12
粉煤气化
粉煤和氮气的混合气通过烧嘴进入气化炉， 与纯氧、蒸汽进行反应，加入水蒸汽量的 多少与煤种有关。炉内温度可达1500℃ 甚至更高，炭转化率达99％以上。
煤灰呈熔融态顺壁流下，最后以渣的形式从 炉底部排出。
气化炉底部用水激冷熔渣，渣水循环使用，
冷却后的渣经减压由锁斗排出。
技术研究
13
气化炉顶部有冷激器，通过一台循环压缩机将 下游的合成气返回到气化炉顶部，使气化炉出 口合成气温度由1500多℃降至900℃，合成气 中夹带的熔融固体也因而固化成飞灰。
技术研究
7
加压进煤
加压通过锁斗来实现，用N2对锁斗进行加压， 将粉煤由大气压力加压至所需压力，该压力通 常比气化炉压力高8～10 kg/cm2。
粉煤输送主要靠重力自流。
采用充气锥防止煤粉架桥
技术研究
8
加压进煤流程
关于粉煤气化的研究始于20世纪50年代初期，直
到90年代才建立了第一套工业化示范装置，原因
冷激后的合成气进入废锅发生蒸汽，气化炉水 冷壁也产生蒸汽。蒸汽压力通常比气化炉操作 压力高10～15kg/cm2。废锅产汽压力以及蒸 汽是否过热取决于用户要求，废锅出口工艺气 温度250～350℃。
技术研究
14
粉煤气化
操作控制 长周期运行 煤种选择 存在问题
技术研究
15
▪气化炉操作参数
▪ 压力：Leabharlann Baidu
▪ C＝0.0415SiO2＋0.0192Al2O3＋ 0.0276Fe2O3＋0.0160CaO－3.92
▪ M＝0.00835SiO2＋0.00601Al2O3－0.109
技术研究
18
目前国内西北化工研究院在煤质分析与评价 方面做了大量的工作，也总结归纳出了灰渣 粘度与灰分组成之间的关系公式，但误差为 8％左右，尚不能用以指导生产。
烧嘴和水冷壁的寿命长
烧嘴设计寿命8000h。Demkolec工厂的烧 嘴和水冷壁安全运行至今。
技术研究
3
环保
SCGP的硫氧化物及粉尘排放量几乎为 零
废液基本为零排放
粉煤灰可外卖作生产水泥原料
炉渣可用作道路建筑材料
技术研究
4
磨煤与干燥
▪ 根据设计煤种和合成氨生产能力，以及可能 的煤质变化情况，配磨煤机2台，每套能力为 设备设计工况的75％。
Shell关于灰渣粘度与灰分组成之间的关系计 算较准确，通常Shell会提供客户一个预测气 化炉操作条件的小程序，该程序里就包含有这 个关系式。
技术研究
19
气化炉操作要点
顺利排渣
保护水冷壁
当原料煤质发生变化时，只有及时调整气化炉入口 氧碳比，将炉温控制在最佳操作温度区域才能确保 顺利排渣和保护水冷壁。由于Shell粉煤气化炉内无 测温装置，且目前尚难以做到对入炉粉煤量进行精 确计量，特别是原料煤中C元素含量的实时检测， 从而容易导致停工停炉事故的发生。
技术研究
20
解决措施1
▪ 若在用煤种与备用煤种的最佳氧碳比范围部 分吻合，则实际操作中就有可能实现平稳切 换，吻合部分越多，切换操作越平稳。
▪ 如二者无吻合部分，则这两个煤种不宜在气 化炉的同一个运行周期内使用。
技术研究
21
解决措施2
通过选配煤，将不同类别、不同品质的煤经过 筛选、破碎和按比例配合，改变其化学组成、 物理特性和燃烧特性，使之达到煤质互补、优 化产品结构、适应用户对煤质的要求。这样不 仅可保证煤炭质量的相对稳定，还能拓宽煤炭 采购渠道，实现煤炭的稳定供应，从而实现 Shell煤气化炉的长周期稳定运行。
40bar
▪ 温度：
1550℃左右
▪ O2/煤（MAF）： ▪ 蒸汽/煤（MAF)：
0.85～1.1（重量比） 10～20％
▪ 蒸汽压力：
5.5 MPa
▪ 废锅出口合成气温度： 340℃
技术研究
16
主要控制回路
根据系统负荷调整氧量，再根据合成气中的CO2 含量调整氧煤比，最终确定气化炉的进煤量。
氧气/蒸汽比保持恒定
技术研究
17
顺畅排渣
▪ 国内外对液态排渣炉的研究指出，灰渣的粘度在 25～40Pa.s之间方可保证液态锅炉的顺利排渣。
▪ Watt-Fereday等人对灰渣成分与灰渣粘度的关 系进行了回归：
▪ Logμ＝10**7×m/（t－150）**2＋C
▪ 其中，μ――― 灰渣粘度，pa.s
▪ t ――― 温度，℃
计量 做到精确计量。
技术研究
11
气化炉进料的精确计量
▪ 气化炉进料计量主要是煤的质量流量，测得 的是混合流量，通过一系列计算换算成煤量， 再折算成总热量，因为合成气产量是与进煤 热值直接相关的 。
▪ 煤计量有两种：一是测线速度，二是测混合 物的密度。测线速度用线速度仪，密度测量 是利用γ射线。
技术研究
技术研究
10
干法粉煤气化工艺关键
阀
门
密封料斗系统的各类阀门开闭频繁，磨损严 重，故要解决好阀门的结构及材质问题。
料斗煤 特别在粉煤太湿易架桥的情况下会出现假
位测量
料位，增加料位测量及输送的难度。目前 大多采用Cs137或Co60同位素仪器测量。
精确
气流床部分氧化反应要求入炉物料精确计 量，Texaco炉很易做到，而干法气化难以