德士古废锅流程水煤浆加压气化工艺在煤化工联合发电中的应用

图1典型德士古全废锅流程气化炉联合发电生产工艺流程示意图德士古废锅流程水煤浆加压气化工艺在煤化工联合发电中的应用井云环，任淑荣（神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司，宁夏银川750411）摘要介绍了德士古全废锅流程气化技术在煤化工联产发电中的工艺流程，并将其与激冷流程进行了比较，两者主要不同之处在余热回收利用方面。详细分析了全废锅流程在余热回收利用方面的应用和其操作工艺条件，发现该流程不仅可回收大量余热进行发电，以满足煤化工生产厂本身的用电需求；同时与单纯火力发电相比，可减少大量污染物的排放，符合国家促进低碳经济转型的要求。关键词德士古水煤浆加压气化，全废锅流程，煤化工联合发电，应用文章编号：1005-9598(2013)-03-0017-03中图分类号：TQ546，TM621文献标识码：B收稿日期：2013-01-19作者简介：井云环(1973—)，女，宁夏银川，高级工程师，学士，1998年本科毕业于武汉化工学院化学工程系，现主要从事煤气化方面研究工作，E-mail:jyh73@163.com。第3期(总第166期)2013年6月煤化工CoalChemicalIndustryNo.3(TotalNo.166)Jun.2013德士古水煤浆气化技术是20世纪40年代美国德士古石油公司在重油气化基础上发展的气化技术，经过开发于20世纪70年代推出，此技术于80年代进入中国。根据热量回收方法不同，德士古水煤浆气化炉分为激冷式流程、半废锅流程和全废锅流程，在我国使用较为成熟和广泛的为激冷流程，多用于生产化工产品合成气。德士古全废锅流程水煤浆气化炉目前在世界上共有5套，主要用于发电，其中最大一套是美国能源部的Tample电站，神华宁夏煤业集团在国际上首次将此技术应用在大型煤化工生产中。与激冷流程相比，德士古全废锅流程水煤浆加压气化工艺最大的优势在于节能，可以充分利用水煤浆燃烧的显热和潜热，产生中高压蒸汽，用于发电。本文以神华宁煤集团25万t/a煤制甲醇项目为例，介绍德士古全废锅水煤浆气化流程在煤化工生产及发电中的应用。1工艺流程简述典型的德士古全废锅水煤浆气化炉用于煤制甲醇联合发电生产工艺流程示意图如图1所示。原料煤与水、添加剂在球磨机中磨制为质量浓度60%~62%的水煤浆，通过煤浆泵打入气化炉，与空分车间来的高压、高浓度氧气在气化炉燃烧室中气化燃烧，生成大量粗煤气并放出大量的热量后，1300℃左右的粗煤气和气化后的灰渣一起进入辐射废锅冷却器，与换热管中的脱盐水换热后，灰渣从辐射废锅冷却器下渣口排入气化炉的排渣系统，合成气从辐射废锅冷却器第二通道上部出口进入对流废锅冷却器进行换热冷却，合成气温度降低到230℃左右后，依次进入洗涤系统2013年第3期煤化工煤化工及后序的变换、净化、合成系统，进行煤化工产品的生产。辐射废锅、对流废锅换热管内的脱盐水经换热生成10MPa、300℃蒸汽，再经蒸汽过热炉温度达到510℃后，送入汽轮发电机组发电，所发电量为本煤化工项目提供生产所需动力电。2德士古全废锅流程与激冷流程分析比较德士古全废锅流程与激冷流程相比较，二者进料系统均采用湿法水煤浆进料，气化燃烧室均采用耐火砖砌护。二者不同之处在于气化余热回收利用不同。全废锅流程：为使气化炉燃烧室产生的粗煤气温度降低到后序变换工段所需温度，充分利用气化炉水煤浆燃烧所产生的大量热能，德士古气化炉全废锅流程除燃烧室外，每个合成气冷却器系统都包括1台辐射废锅和1台对流废锅，两者之间通过1条水平安装的水冷式输送线进行连接，见图2。从气化炉喉管出来的高温灰熔渣和粗合成气先进入辐射废锅，与辐射废锅内部换热管中的脱盐水换热后，灰渣从辐射废锅冷却器下渣口排入气化炉的排渣系统，粗合成气从辐射废锅上部进入对流废锅，与其换热管中的脱盐水进一步换热。通过二次换热后，粗合成气被降温至后序工段所需温度，废锅的高温高压水吸收气化放出的大量热后，变为高压水蒸气，用于发电。激冷流程：在德士古气化炉（或四喷嘴水煤浆气化炉）激冷流程中，从燃烧室出来的高温灰熔渣和粗合成气进入激冷室，在激冷室内进行冷却及除渣。激冷室主要由激冷环、下降管、上升管和液池组成，见图3，下降管出口浸入液池中。激冷水从激冷环内流出，沿下降管内壁流入液池，高温灰熔渣和粗合成气与下降管内壁水膜直接接触发生强烈的热质交换，合成气中熔融态灰渣发生凝结。合成气沿着下降管进入液池，大部分凝渣与气体在液池中发生分离而留在液池中，从下渣口排出，合成气得到初步净化后沿上升管从激冷室上部出来后，进入下一工序。3德士古全废锅流程在余热回收利用方面的应用以神华宁夏煤业集团25万t/a煤制甲醇项目为例。该项目采用德士古全废锅流程气化炉，日投煤量（以干煤计）1200t，2开1备，气化炉压力为4.0MPa，气化炉出口温度1300℃左右。经过换热后，气化炉产生压力