工业应用进展 华东理工大学山东兖矿国拓科技工程有限公司
多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用现状 工业应用优秀经验分享 技术改进和开发 结论
多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用现状 工业应用优秀经验分享 技术改进和开发 结论
多喷嘴对置式水煤浆气化流程 磨煤制浆系统气化系统净化系统渣水处理系统 多喷嘴对置式水煤浆气化技术工艺原理简图
已经得到工业验证的突出优势 1. 多喷嘴进料, 在气化炉大型化方面明显优于单喷嘴水煤浆气化技术 ; 2. 撞击流强化传递过程, 提高气化反应效率, 碳转化率高 原料消耗低 ; 3. 预膜式喷嘴雾化性能优良, 磨损较单喷嘴气化炉明显减弱, 喷嘴使用寿命长 ; 4. 良好的炉内流场结构, 耐火砖使用寿命长, 耐火砖寿命整体明显优于单喷嘴水煤浆气化炉 ; 5. 两套进料系统, 大大提高了气化炉稳定性和可靠率, 江苏索普集团多喷嘴气化装置连续运行 511 天, 兖矿鲁化单炉年运行 8492 小时, 达到了水煤浆气化炉单炉运行的世界领先水平 ; 6. 分级净化的合成气洗涤净化系统的净化效果明显优于单喷嘴水煤浆气化流程, 也优于目前其他气体技术 ;
发展历程 技术发明及中试 22TPD 工业示范 1150TPD 750TPD 大型化 2000TPD. 超大型化 3000TPD. 1996~2000 2001~2005 2006~2010 2011~
国家级煤气化技术研发中心 2014 年 8 月 21 日, 国家能源局依托华东理工大学设立国家能源煤气化技术研发中心
推广应用现状 内蒙京能安阳盈德内蒙昊华内蒙新能华鲁恒升 2*2000TPD(4.2MPa) 2*2200TPD(4.2MPa) 2*2000TPD(6.5MPa) 3*1500TPD(6.5MPa) 1*750TPD(6.5MPa) 内蒙五原金牛 2*1200TPD(6.5MPa) 包头泛海 3*1500TPD(6.5MPa) 兖矿新疆 3*1500TPD(6.5MPa) 新疆心连心 5*3000TPD(4.0MPa) 伊泰伊犁 5*3000TPD(4.0MPa) 内蒙荣信 3*3000TPD(6.5MPa) 兖矿榆林 8*2000TPD(4.0MPa) 青海盐湖 3*2200TPD(6.5MPa) 神华宁煤 3*2000TPD(4.0MPa) 盛大宁东 2*2000TPD(6.5MPa) 河南心连心 3*1200TPD(6.5MPa) 安徽华谊 3*1500TPD(6.5MPa) 江苏三木 2*700TPD(4.0MPa) 山东海力 2*2000TPD(6.5MPa) 山东久泰 6*2000TPD(6.5MPa) 烟台万华 3*1500TPD(6.5MPa) 兖矿国泰 3*1150TPD(4.0MPa) 新能凤凰 3*1500TPD(6.5MPa) 兖矿鲁化 1*1150TPD(4.0MPa) 江苏索普 3*1500TPD(6.5MPa) 江苏灵谷 2*2000TPD(4.0MPa) 江苏灵谷 ( 二期 ) 1*2000TPD(4.0MPa) 江苏华昌 2*2000TPD(6.5MPa) 中盐昆山 2*1200TPD(6.5MPa) 宁波中金 2*1000TPD(1.5MPa) 宁波万华 3*1200TPD(6.5MPa) 上海焦化 2*2200TPD 华电半山 1*2200TPD(3.5MPa) 中国境内 35 个用户项目, 99 台气化炉 总原料能力 > 12 万吨煤 / 天 15 个项目,38 台气化炉投入工业运行
已经投运 15 个用户,38 台气化炉
推广应用 ( 全球 36 家用户项目, 共 104 台气化炉 ) 应用单位 气化压力 MPa(G) 气化炉设置 ( 台 ) 单炉规模 ( 吨 / 天 ) 最终产品 备注 华鲁恒升 6.5 1 750 甲醇 合成氨 2004.12 投产 兖矿国泰 4.0 3 (2+1) 1150 甲醇 发电 2005.10.16 投产 兖矿鲁化 4.0 1 1150 合成氨 2008.7.1 投产 江苏灵谷 4.0 2 (1+1) 1800 合成氨 2009.6.15 投产 江苏索普 6.5 3 (2+1) 1500 甲醇 2009.9.8 投产 凤凰化肥 6.5 3 (2+1) 1500 甲醇 合成氨 2009.12.17 投产 神华宁煤 4.0 3 (2+1) 2000 甲醇 2010.3.19 投产 宁波万华 6.5 3 (2+1) 1200 甲醇 CO H 2 2010.10.15 投产 安徽华谊 6.5 3 (2+1) 1500 甲醇 2012.1.20 投产 上海焦化 4.0 2(1+1) 2200 甲醇 2013.3.30 投产 兖矿新疆 6.5 3 (2+1) 1500 甲醇 合成氨 2012.9.27 投产 安阳盈德 4.0 2 (1+1) 2200 合成氨 2013.10.2 投产 河南心连心 6.5 3 (2+1) 1200 合成氨 2013.11.16 投产 内蒙荣信 6.5 3 (2+1) 3000 甲醇 2014.6.24 投产 烟台万华 6.5 3 (2+1) 1500 甲醇 CO H2 2014.9.22 投产 杭州半山 3.5 1 2200 发电 Valero 6.2 5(4+1) 2300( 石油焦 ) H 2
推广应用 ( 全球 36 家用户项目, 共 104 台气化炉 ) 应用单位 气化压力 MPa(G) 气化炉设置 ( 台 ) 单炉规模 ( 吨 / 天 ) 最终产品 山东盛大 6.5 2 (1+1) 2300 甲醇 二甲醚 山东久泰 6.5 6 (4+2) 2300 甲醇 二甲醚 泛海能源 6.5 3 (2+1) 1500 甲醇设计中 山东海力 6.5 2 (1+1) 2500 合成氨设计中 青海盐湖 6.5 3 (2+1) 2500 甲醇在建 内蒙五原金牛 6.5 2 (1+1) 1300 合成氨设计中 陕西未来能源 4.0 8 (6+2) 2000 煤制油在建 中盐昆山 6.5 2 (1+1) 1200 合成氨在建 宁波中金 1.5 2 (1+1) 850 燃气设计中 昊华国泰 6.5 2 (1+1) 2100 甲醇设计中 伊泰伊犁 4.0 5 (4+1) 3000 煤制油在建 新疆心连心 6.5 2 (1+1) 1500 合成氨设计中 江苏华昌 6.5 2 (1+1) 2000 合成氨在建 内蒙京能 4.2 4 (3+1) 2200 化学品设计中 江苏灵谷 ( 二期 ) 4.0 1 2000 合成氨在建 江苏三木 4.0 2 (1+1) 750 化学品设计中 新奥达旗 6.5 3(2+1) 1500 甲醇设计中 大连恒力 6.5 6 (4+2) 1500 H 2 设计中 中原大化 6.5 3 (2+1) 1500 合成氨设计中 备注
运行指标先进 华鲁恒升 (750TPD,6.5MPa): 报道四喷嘴气化炉碳转化率 98.3% 兖矿国泰 (1150TPD,4.0MPa):2005 年 12 月 11-18 日 168 小时连续运行现场考核, 碳转化率 98.8% 新能凤凰 (1500TPD,6.5MPa):2010 年 10 月 13-16 日 72 小时满负荷性能考核, 碳转化率 99.16% 神华宁煤 (2000TPD,4.0MPa):2010 年 9 月 24-27 日双炉 72 小时连续运行现场考核, 碳转化率 98.9% 江苏灵谷 (2000TPD,4.0MPa): 2011 年 11 月 25-28 日 72 小时连续工业运行考核, 碳转化率 99.2% 安徽华谊 (1500TPD,6.5MPa):2012 年 8 月 20-24 日双炉 72 小时连续工业运行考核, 碳转化率 98.94%
设备运行安全可靠 ( 数据以国泰为例 ) 所有运行企业拱顶耐火砖寿命都达到 8000 小时以上 耐火砖整体寿命明显优于单喷嘴水煤浆气化炉 8000~16000hrs 24000~26000hrs 12000~ 16000hrs 拱顶耐火砖使用寿命 年份 寿命 ( 小时 ) 2010 6300 2011 8700 2013 11195 喷嘴使用寿命最长达到 150 天 年度 最长 ( 天 ) 最短 ( 天 ) 平均 ( 天 ) 因喷嘴原因系统停车 次数 2005 31 15 17 未统计 2006 68 4 28 6 2007 72 13 29 9 2008 100 20 47 5 2009 104 47 65 1 2010 150 53 93 0 2011 139 41 89 0
优异的在线率和可靠率 (2012 2013 年 ) 项目公司 气化炉规格 TPD O.P. + S.P. 年份 在线率 % 可靠率 % 总运行时间 最长连续运行时间 计划停车时间 非计划停车时间 小时小时停车原因 江苏灵谷江苏索普宁波万华兖矿国泰兖矿鲁化安徽华谊 2000 1+1 1500 2+1 1200 2+1 1150 2+1 1150 1+0 1500 2+1 2012 97.0 99.7 8520 2040 240 24 电网波动 2013 97.2 97.2 8512 1584 0 240 合成压缩机故障 2012 97.2 99.1 8546 5834 164 74 空分 2013 99.9 99.9 8756 8406 0 4 空分 2012 88.4 96.2 7764 2568 720 300 2013 92.1 94.6 8064 1656 240 225 2012 94.7 98.2 8319 2703 312 153 1. 电网 2. 空分空分 公用工程等 1. 空分 2. 公用工程 2013 91.8 99 8041 1875 792 33 锅炉 空分 2012 86.1 99.4 7561 2120 1180 43 下游系统 2013 86.2 97 7553 2912 977 18 下游系统 2013 91.5 99.9 8016 3672 744 4.5 电网波动
在大型化方面的突出进展 内蒙古荣信化工有限公司于 2014 年 6 月投入运行 日处理煤 3000 吨级, 目前单炉规模最大的水煤浆气化装置 新一代耐火衬里结构形式, 单炉产能提高 15% 恒力石化 ( 大连 ) 炼化有限公司签订专利实施许可合同 中国境内最大规模煤制氢装置 460000Nm 3 /h, 多喷嘴水煤浆气化技术首次应用于国内炼化制氢项目
装置稳定运行新亮点 江苏索普 ( 集团 ) 有限公司甲醇厂连续运行 511 天, 创下水煤浆气化装置连续运行世界纪录, 充分证明 : 多喷嘴水煤浆气化技术高效 可靠 稳定 现代煤化工技术的成熟可靠 索普公司高超的生产组织管理水平 兖矿鲁南化工单炉年运行 8492 小时 2013.8.11 ~ 2014.8.11 创水煤浆气化炉单炉年在线率世界纪录 多喷嘴对置式水煤浆气化技术的可靠性再次获得验证 兖矿鲁南化工高超的生产组织管理水平
最近投运装置 河南心连心化肥有限公司 气化炉 : 1200 TPD, 两开一备 气化压力 :6.5 MPa 投运时间 : 2013 年 11 月 2013 年 11 月 16 日 11 时 56 分,A 炉一次投料成功 ; 于 11 月 18 日 11 时 40 分氨合成流程打通, 产出合格液氨 ;11 月 19 日 14 时许, 全流程打通, 产出合格尿素 2013 年 11 月 20 日 13 时 16 分,B 炉投入运行, 双系统实现高负荷运行 新建装置中以最短时间实现双炉运行的企业
最近投运装置 内蒙古荣信化工有限公司 气化炉 : 两开一备 气化压力 :6.5 MPa 投运时间 : 2014 年 6 月 单炉设计能力 2500TPD, 最大能力 3000TPD 新一代耐火衬里结构的首次工业应用, 单炉产能提高 15%
最近投运装置 万华化学股份有限公司 气化炉 : 两开一备,1500TPD 气化压力 :6.5 MPa 投运时间 : 2014 年 9 月 继宁波项目之后, 万华化学集团再次建设的多喷嘴对置式水煤浆气化装置 为 MDI 成本降低做出了巨大贡献, 为企业创造了显著经济效益
多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用现状 工业应用优秀经验分享 技术改进和开发 结论
1. 重视喷嘴维修 ( 索普经验 ) 烧嘴检修需要制订严格 完善的检修方案, 检修时将烧嘴端面裂纹用车床削掉, 并经着色探伤检测, 要打磨到符合 JB4730-94 Ⅲ 级标准为止, 方可进行焊接 若切削量超过 3mm 仍有明显裂纹, 则不宜再进行修复, 应更换喷头 烧嘴修复完毕, 应进行水压试验, 压力不低于 10MPa, 若有条件可进行氦气检漏 图 1 短期损坏烧嘴的宏观分析 图 2 正常退出烧嘴的宏观分析 在烧嘴加工时, 应严格控制烧嘴断面厚度为 5±0.1mm, 且烧嘴端面的冷却水室尽可能靠近端面尖部, 以降低烧嘴端面壁厚不均匀, 在高温下产生破坏性热应力的问题 严格执行压力负荷对应曲线, 控制合适的烧嘴流速, 调整煤浆燃烧高温区的位置, 使其与气化炉内理论高温区位置重合 图 3 短期损坏烧嘴的宏观分析 控制合适的煤浆浓度 粘度, 确保烧嘴的雾化效果, 减少烧嘴局部过氧 ; 定期检修高压煤浆泵, 避免煤浆管线压力波动, 防止烧嘴出现回火现象, 也是延长烧嘴使用寿命的有效办法
2. 关键设备 - 高压煤浆泵确保可靠 ( 灵谷经验 ) 大部分厂家采用 Feluwa 高压煤浆泵 各类易损件一到厂家寿命保证时间就更换, 对于一些其它运动部件如活塞等, 确保有备件
3. 重视系统水质 浓度 mg/l 测定项目 灵谷 (6.18) 焦化 GE(7.24) 灰水 焦化 GE(7.24) 黑水 索普 (6.26) 开阳 (6.23) 扬子 4.14 鲁化 9.13 国泰 9.13 凤凰 9.13 焦化 9.12 华谊 10.22 新疆 11.9 万华 11.18 装置规模 2000 t/d 500t/d 500t/d 1500t/d 1000t/d 1000t/d 1150 t/d 1150 t/d 1500t/d 2000t/d 1500 1500 1200 COD 592 350 1150 454 129 203 388 501 647 584 775 858 767 Cl - 288.0 124 126 158.0 200.5 212.0 223.9 207.4 264.4 282.6 133.2 531.5 266.5 排放 m3/h 50 30-120 70-20 20 50 90 55 60 25 NH 4 -N 169.1 165.5 130.5 252.0 28.0 68.8 147.7 301.0 382.9 192.5 288.4 260.4 302.2 T-CN 0.94 1.7 0.2 0.90 2.58 2.8 0.87 3.03 2.66 0.73 1.46 0.59 1.32 悬浮物 19.5 193 1535 48.5 219.0 40 18.3 68.0 66.0 48 67 107 94 F - 32.3 19.1 18.6 27.0 71.3 37.7 49.5 48.7 44.5 44.7 34.1 46.7 27.5 NO 3-49.5 16.9 23.4 47.5 35.0 35.0 68.94 <25 <25 <25 39.3 38.7 52.6 SO 4 2-73.5 75.7 66.1 50.0 37.5 50.6 129.8 35 53.8 232.7 <25 <25 <25 TN 175 193 158 279.5 55 78 182.5 322.5 385.0 192.5 425 337.5 1.32 酚 0.26 - - 0.42 1.26 0.31 0.32 0.63 0.31 0.79 0.32 0.72 0.33 Hg -- 1.11 0.53 0.69 0.77-0.251 0.284 0.12 0.108 0.152 0.128 0.135 Pb -- - - <0.2 <0.2 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 Ca 2+ 51.47 - - 23.83 0.34-95.31 94.86 82.37 42 56 57 5.6 Mg 2+ - 32 52 25 12 As - 4.6 29.7 10.6 90.28 345 80 192 K + 9.857 8.277 8.316 7.81 7.84-8.973 8.346 10.10 6.03 6.35 13.18 6.63 PH 9.77 8.2 8.3 8.6 6.9 6.8 8.2 8.4 8.3 8.4 8.3 8.2 8.4 多家企业在运行 2 年以上后均发现水质控制是系统优质运行的关键 华理将根据目前装置的运行情况, 收集数据, 开展系统研究, 提供技术支持
多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用现状 工业应用优秀经验分享 技术改进和开发 结论
1. 拱顶砖优化 托砖架结构实现耐火衬里分段支撑 将炉内耐火衬里在轴向上进行分割, 减少每一段的总膨胀量 ; 通过分段支撑, 可实现耐火砖的独立更换 ; 消除局部半径突变 已经成为多喷嘴水煤浆气化技术的标准设计, 拱顶耐火砖整体寿命提高约 2000 小时 ; 为炉膛扩容增产提供了基础, 平均产能可提高 15%
2. 热氧燃烧 - 点火技术 氧碳比 0.8 氧碳比 0.9 氧碳比 1.0 敞开空间试验 甲烷火焰 氧碳比 1.0 氧碳比 1.1 氧碳比 1.2 气化炉内试验 敞开空间试验 气化炉内试验 氧碳比 1.0 氧碳比 1.1 氧碳比 1.2 热氧喷嘴产生的高温高速氧气在敞开空间及气化炉内均能直接点燃水煤浆, 火焰的对称性和稳定性较好 其气化颗粒物的平均粒径和固定碳含量均低于普通喷嘴常温氧气气化 高温高速氧气能有效改善煤浆的雾化效果, 加强煤颗粒与氧气的混合, 增大反应速率, 提高煤颗粒燃尽率 增加外环氧气进一步改善煤浆雾化效果, 火焰更加稳定, 火焰长度及面积均增加, 点燃的煤浆量显著增多, 燃烧气化效果进一步提升
3. 开发多喷嘴对置式气化的废锅 - 激冷流程 以神府煤为基准, 通过 72 小时连续满负荷运行考核试验 (~2000t/d), 并达到如下技术经济指标 : 煤气有效成分 CO+H 2 80%; 比氧耗 400Nm 3 O 2 /1000Nm 3 (CO+H 2 ); 比煤耗 600kg/1000Nm 3 (CO+H 2 ); 辐射废锅高压蒸汽 (111.7bar) 产量 1000kg/1000Nm 3 (CO+H 2 ); 出气化系统合成气水气比 (mol) 0.6; 碳转化率 98%
4. 高压 (8.7MPa) 水煤浆气化工艺开发 8.7MPa 多喷嘴对置式水煤浆气化工艺包已编制完成 流程主要变化 : 采用两级蒸发热水塔 (2.0MPa, 0.5MPa)
5. 多喷嘴水煤浆气化与固定床气化的耦合集成 主要针对煤制天然气产业 产品气更适合合成天然气的需要 解决原料煤的块煤与粉煤比例问题 解决固定床气化废水问题 优化系统投资
多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用现状 工业应用优秀经验分享 技术改进和开发 结论
结论 1. 多喷嘴对置式煤气化技术已经成功获得了广泛应用, 代表了当前大型煤气化技术的国际领先水平 ; 2. 形成了一支优秀的产 学 研结合的队伍, 建成了国际一流的研究开发基地 ; 3. 将继续加大投入, 密切与用户合作, 在煤气化领域不断进行技术开发与创新, 努力推动多喷嘴对置式煤气化技术向更高水平进步
衷心感谢 行业各界对多喷嘴对置式煤气化技术的关心爱护 让我们携手走向新的辉煌!