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1、GE水煤浆技术概述世界能源界自上世纪七十年代就开始了对水煤浆的研究，我国是世界上较早开发这一项目的国家，“水煤浆制备与燃烧技术”从“六五” 到“八五”都列为国家重点科技攻关项目。八十年代初，我国在这一技 术上就取得了成功，走在世界的前列，多次获得国家科技进步奖和国家 专利。但自水煤浆问世以来，主要是进行大规模制浆与电站锅炉燃用水 煤浆的工业示范。水煤浆作为中国洁净煤技术的重要组成部分，经过近 二十年的技术开发，工业性实验和商业性示范应用，已显示出它所具有 的代油、节能、高效率燃烧和低污染等许多优势，已被愈来愈多的企业 所认识。水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，是燃料家族的新成员，国际上称
2、为 CWM (Coal Water Mixture )或CWF (Coal Water Fuel )， 它是由66%69%不同分布的煤，30%左右的水和约1%的化学添加剂 制成的混合物，经过多道严密工序，层层筛选煤炭中燃烧不充分成份及产生污染的S.A等杂质，仅将碳本质保留下来，成为水煤浆的精华，它 具有石油一样的流动性，热值相当于石油的一半，被称为液态煤炭产品。 水煤浆其中的水并不能提供热量，在燃烧过程中还会因蒸发造成热损 失，不过这种损失并不大。以含煤70 %的水煤浆为例，1公斤水煤浆中 含水0.3公斤，水的气化潜热不到600大卡/公斤，故燃烧1公斤水煤浆因 其中水造成的热损失不到180大卡
3、，约占水煤浆热值的4%。它使煤炭从 传统的固体燃料转化为一种流体燃料，从而带来很多优点。水煤浆像油 一样，可以泵送、雾化、贮存与稳定着火燃烧。两吨水煤浆可代一吨油。 水煤浆技术包括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关键技术，是一项 涉及多门学科的系统技术，水煤浆具有燃烧效率高、污染物排放低等特 点；可用于电站锅炉、工业锅炉和工业窑炉代油代气、代煤燃烧，是当 今洁净煤技术的重要组成部分。由于水煤浆与燃油在相同热值下相比， 其价格仅为重油的1/2左右，以水煤浆代油具有显著的经济效益，因此 是目前企业通过技术改造解困的有效途径之一。燃用水煤浆与直接烧煤相比，具有燃烧效率高、负荷易调控、节能和环境效益好
4、等显著优点。 水煤浆经长距离管道输送到终端后可直接燃用，储运过程全封闭，既减 少损失又不污染环境，是解决我国煤炭运力不足的重要运输方式之一.水煤浆和一般的煤泥水不同，因为它是一种燃料，所以必须具备某些便于燃烧、使用的性质，主要有：1.为利于燃烧，水煤浆的含煤浓度要高。通常要求在62 %70%左右;2 .为便于泵送和雾化，粘度要低。通常要求在 100 （1/秒）剪切率及 常温下，表观黏度不高于10001200毫帕秒；3 .为防止在贮运过程中产生沉淀，应有良好的稳定性。一般要求能静 置存放一个月不产生不可恢复的硬沉淀；4 .为提高煤炭的燃烧效率，其中煤粒应达到一定的细度。一般要求粒度上限为300微
5、米，其中小于200网目（74微米）的含量不少于75 %。水煤浆满足其中单项性能并不难，但要同时满足各项要求就会遇到许 多困难，因为有些性能间是相互制约的。例如，要使水煤浆中含煤浓度 高，就不能多用水；水少了，又会引起粘度高，流动性差；要流动性好， 粘度就应低，但粘度低又会使稳定性变差。所以它的制备技术难度大， 涉及煤化学、颗粒学、胶体与有机化学及流变学等多学科技术。1美国GE德士古气化水煤浆气化技术。德士古气化工艺是20世纪70年代推出的世界上第二代煤气化工艺， 装置采用湿法进料系统，煤与水研磨成浆后用泵送入气化炉，水煤浆 的浓度一般在60%65%之间，煤中灰分含量以不超过20%为宜。GE 水
6、煤浆加压气化技术具有煤种适应性较广、 气化效率高、气体成分较好、 环境污染小和自动化程度高的特点。 是目前国内工业化程度较为成熟的 煤气化技术。与干法进料系统相比，湿法进料工艺简单，安全可靠，进料 灵活性高。其技术特点是对煤种的适应性较宽，对煤的活性没有严格的 限制，但对煤的灰熔点有一定的要求（一般要低于1400 C）;单炉生产能 力大；碳转化率高，达96%98% ,生产废水中不含焦油、酚等污染物; 煤气质量好，有效气（CO + H 2 ）高达80%左右，甲烷含量低，适宜做合 成气。2 Texaco （德士古）气化工艺原料煤与水、添加剂、石灰石、氨水，经磨机研磨成具有适当粒度分布 的水煤浆由煤
7、浆泵送入煤浆槽中。水煤浆经高压煤浆泵加压后，与空分 来的高压氧气一起经过特制的工艺烧嘴喷入气化炉内后，水煤浆被雾化成细小的颗粒；与氧气在炉内1300 C 1400 C的高温下发生氧化-还 原反应，产生煤气（也称合成气），同时生成少量熔渣。合成气与熔渣出 气化炉燃烧室后在下降管的引导下进入气化炉激冷室液面以下，熔渣被冷却固化后沉降到气化炉激冷室底部，经锁斗收集后排出；合成气被洗 涤冷却后出下降管，沿下降管与上升管之问的环隙鼓泡上升，离开上升 管后被激冷室顶部的折流挡板阻挡折流后由气化炉激冷室合成气出口 排出；经文丘里洗涤器去水洗塔进一步洗涤除尘后送变换工序。水洗塔的补充水来自三路：一路是由文丘里
8、加人的高压灰水；另两路分别是高 温变换冷凝液和灰水。从水洗塔储液槽上部排出的黑水作为气化炉激冷 室的激冷水，水洗塔底部排出的黑水与气化炉激冷室排出的黑水一起送 至渣水处理工序处理，具体工艺见图1图1 Texaco煤气化工艺流程1-湿式痔煤机皿一水煤浆贮箱皿一水煤蕈泵百一汽化炉山一辐射冷却器沱一锁气式排港斗; 7炉渣储槽卅一炉漬分离器汗一沉降分离器；10对流冷却器订1一洗涤器3 GE加压水煤浆气化技术特点1）水煤浆气化工艺要求原料水煤浆要有良好的稳定性、流动性，较低的灰熔点及泵易输送等。2）气化炉内结构简单，操作性能好，操作弹性大，可靠程度高。3）高温加压气化，气化效率高，气化采用1300 15
9、00 C的高温，气化 压力达6. 5MPa。气化炉能力与压力成正比，气化压力高，反应的速度 快，反应物在气化炉内的停留时间长，碳的转化率高，增加单台气化炉 的生产能力，同时可节省后工序气体压缩功。4) 碳转化率较高，一般可达90 %93 %，灰渣中粗渣含碳量约5 % ,少量细渣含碳量约25%。单位体积产气量大，粗煤气质量好，有效气 成分较高，产品气中(CO+H 2)可达80 %左右。5) 水煤浆进料与干粉进料比较，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问 题，具有安全并容易控制的特点，取消了气化前的干燥，节约了能量。6) 采用半封闭供煤、湿法磨煤以及气流床气化，全过程污染轻微，无焦 油等污染物，是一
10、种先进、可靠的气化工艺。(7) 气化炉结构简单，内部无运动的机械部件，操作可靠性高；(8) 灰渣以液态形式排出后呈玻璃状，无污染和公害；并可用作建筑材料;(9) 操作压力范围广，有利于产品煤气的进一步高压下利用；(11)煤气净化可在压力下进行，且可与现有的煤气净化技术兼容；(11)气化阶段用水循环和回收，产生的污水量少，而且其外排废水中酚、 氰化氢及氨的含量极少，环境特性好；4 GE加压水煤浆气化工艺存在的不足1) 受气化炉耐火砖操作条件和使用寿命的限制，气化温度不宜过高，一般气化操作温度不高于1400 C。2）气化炉内砌耐火砖冲刷侵蚀严重，更换火砖费用大，增加了生产运行 成本。3）喷嘴使用周
11、期短，一般情况下每2个月检查更换1次，若由于操作不当， 烧嘴头则更易烧损。停炉更换喷嘴对生产连续运行或高负荷运行有影响，一般需要有备用炉，增加了建设投资。4 GE水煤浆气化炉GE水煤浆气化炉是一种以水煤浆为原料、氧气为气化剂的加压气化 技术。水煤浆经原料加压泵加压后与高压氧通过气化炉顶部的气化烧嘴 进人气化炉（下图），在燃烧室（气化反应室）内在表压6.5 MPa、约1400 C 条件下水煤浆与氧发生部分氧化反应，生成 CO、H2、CO2、H2O和少 量CH4、H2S、COS及微量的NH3、HCOOH等气体。从气化反应室出 来的粗合成气直接向下通过下降管进入气化炉的激冷室完成合成气的 激冷洗涤，
12、出激冷室的合成气温度约250C左右。粗合成气中的碳黑在 激冷室中大部分被清除，由渣水出口 （N1）进入破渣机温度可达1540度 左右。气化炉壳体外壁设有壁温监测系统，反应室内的温度通过伸人到 耐火材料内的热电偶来测量，当反应室外壁某区域 （0. 1 ms）温度达到 345370 C时高温报警。因合成气中含有少量的 H2S气体，为防止湿H2S腐蚀，气化炉外壁温度不应低于225 C,以避免内壁结露造成露点腐蚀。燃烧蛊議险壮体出口卜降特上开昔激眸水入口激冷环淹水出口黑水出口5工艺比较目前国际上技术比较成熟、工艺指标比较先进、业绩较多的主要是 英国SHELL（壳牌）公司干煤粉气化工艺和美国GE公司水煤
13、浆气化工艺, 两者均为加压纯氧气流床液态排渣的气化工艺。5.1 SHELL和GE两种煤气化技术(1)SHELL公司在渣油气化技术取得工业化成功经验的基础上，于1972年开始从事煤气化技术的研究。1978年第一套中试装置在德国汉堡建成 并投入运行；1987年在美国休斯敦附近建成的日投煤量(250-400)t的示 范装置投产；日投煤量2kt的大型气化装置于1993年在荷兰的 Buggenum建成投产(Demkolec电厂)，用于联合循环发电，该气化装 置为单系列操作，装置的开工率在95 %以上。生产实践证明，SHELL煤 气化工艺是先进成熟可靠的。目前该技术在国内推广比较迅速。工艺流程如下图：(2
14、)GE (TEXACO)公司很早就开发了以天然气和重油为原料生产合成气 技术，20世纪70年代的石油危机促进其寻找替代能源和洁净的煤气化技 术，经多年研究以后，推出了水煤浆气化工艺。该工艺技术已在山东鲁 南、上海焦化、陕西渭河、安徽淮化 4套装置投运，最长的已具有近8 年生产操作经验。运行基本良好，显示了水煤浆气化的先进性，但使用 该项技术所建的生产装置，要达到长周期满负荷运行，尚较困难，特别 是对煤种的可选择性限制了其发展。SHELL煤气化工艺与GE水煤浆气化 工艺，是当前先进而叉成熟的两种煤气化技术，已成功地在工业规模上 应用多年5.1原料的适应性(1) SHELL煤气化是洁净的煤气化工艺
15、，可以使用褐煤、次烟煤、烟煤、 无烟煤等煤种以及石油焦为原料，也可使用两种煤掺合的混煤，并成功 地将高灰分(5 . 7 %24 . 5 %，最高35 %)、高水分(4 . 5% -30 . 7%) 和高硫分的劣质煤种进行气化。对于原料煤和燃料煤价差较大地区有可 能使其两者合一，既简化贮运系统叉可降低生产成本，可见该工艺在煤 种应用上有很大灵活性。(2) GE水煤浆气化工艺能使用较多煤种：如烟煤、次烟煤、石油焦和煤液化残渣。但是在煤种选择上需考虑以下 两点：应选用含水低，尤其是内水分低的煤种，否则不利于制取高浓 度水煤浆；选用灰融点低和灰粘度适宜的煤种。灰融点宜低于1300 C, 否则会影响气化
16、炉内耐火砖的使用寿命。5 . 2煤的准备原煤通常需筛选和研磨破碎使其达到一定粒度，以满足输送和气化操作 要求。(1) 在SHELL煤气化工艺中，将煤研磨至气化合适粒度的同时，用惰性气 体的热风进行干燥。出磨机时90 % (wt)煤的粒度100 ，煤中含水量控 制在2% (wt)以下，以利于气相输送干粉进料的要求。(2) 在GE水煤浆气化工艺中，通常采用一段湿磨工艺，小于 10ram粉煤与水、添加剂同时加至磨煤机，过筛后制得高浓度水煤浆。制浆要求煤 粉的“粗”“细”颗粒要有合理比例：一般420煤粉占90 %95 %,440煤粉占25%35 %较为适宜。研磨操作中加入稳定剂后，可使煤浆 浓度提高1 %2%，达到
