U-GAS气化装置在义煤综能公司的应用

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(河南能源化工集团 义煤综能公司，河南 义马 472300)

U-GAS气化装置在义煤综能公司的应用

李永波，王杰才

(河南能源化工集团 义煤综能公司，河南 义马 472300)

介绍了U-gas气化装置的工艺流程，义煤综能公司U-gas气化装置试运行情况，以及对U-gas气化装置进行的优化、改进，从运行情况来看，各项指标达到设计要求。

煤气化；U-gas；改造

0 前言

U-gas气化技术是美国气体技术研究院(GTI)开发的煤气化技术，该技术采用流态化反应，可以转化劣质燃料为有效气体[1]，美国综合能源公司于2008年在山东枣庄建成一小型工业化装置建成投运，2009年义煤公司与其合资采用该技术在义马市化工园区建设年产30万t甲醇的工业化示范装置。

1 工艺流程

气化装置主要有：输煤系统、气化炉、排渣系统、旋风分离系统、余热锅炉系统、除尘系统(见图1)。

图1 义煤综能公司U-Gas煤气化工艺流程图

来自原料工序的原料煤，经皮带输送至气化工序缓冲煤斗，经过加煤系统喷入气化炉内。气化炉是一个直立的圆筒体，分上下两段，上部的直径较大，气流速度较低，称之为稀相段；下部的直径较小，气流速度较大，形成流化床的浓相段。煤炭进入浓相段，主要的气化反应发生在浓相段。浓相段的底部有一个倒锥形的气体分布板，分布板上开了数百个圆孔，水蒸气和氧气(开车时用空气)通过这些小孔进入气化炉。分布板的作用是均匀地分布气化剂并把下移的颗粒体推向射流区，建立固体颗粒的内循环。分布板的下端与灰渣排放管(分级器)相接，灰渣由夹套管进入排渣系统；灰渣经过灰锁斗喷水降温后经冷渣机、皮带机、斗提机送往渣仓；灰渣排放管开有一根蒸汽管即环管，灰渣排放管中心还有一根向上开口的射流管即中心管，粉煤气化所需的氧气和水蒸气，大部分氧气和一部分水蒸气由此进入气化炉。产生的粗煤气经过一旋、二旋后进入余热锅炉系统降温，在经高效旋风再次除尘后进入陶瓷除尘系统后然后外送。高效旋风与陶瓷除尘系统捕集的粉尘送往粉仓。

2 装置运行情况

义煤综能公司共有U-gas气化炉装置三套，两开一备，2010年4月开工建设，2012年12月28日产出甲醇。在试运行初期因员工操作不熟练、原料煤品质变化大等因素，气化炉运行负荷较低，经过几个月的摸索，操作负荷从开始的50%逐步提高到90%；在2013年8月U-gas气化装置两台炉最长连续运行76 d。在2014年2月成功试烧灰熔点1 500 ℃、热值21.7 J的新义矿煤，为以后原料煤的选择提供了更大的空间。

2.1 U-gas气化炉用煤

义煤综能公司U-gas气化炉完全采用义马本地煤，义马煤是典型的高灰、高硫、低热值的长焰煤(分析见表1、表2)。主要考虑煤的气力输送的要求，入炉煤粒度控制在13 mm以下，经过简单的筛分破碎即可，水分控制在10%以内。

表1 气化用煤的工业分析

表2 入炉煤的元素分析 %

2.2 U-gas气化炉运行主要参数

我公司U-gas气化炉设计操作温度1 000 ℃，设计操作压力1.0 MPa，粗煤气产量100 000 Nm3/h(单台)，具体参数如表3、表4所示。气化炉操作温度比设计值低100 ℃，主要是为了避免煤的灰熔点波动而造成气化炉内结疤，影响长期稳定运行，目前随着操作的熟练和稳定的原煤供应，气化炉操作温度正在逐步提高；为了控制炉温和保证物料的流化，实际运行中蒸汽消耗量有所增加，造成合成气成分比设计值有所变化。

除了操作温度低于设计值外，其他主要参数基本与设计值一致，我公司U-gas气化炉运行达到设计指标。

2.3 U-gas气化炉工艺废水与灰渣

U-gas气化炉工艺废水中主要含有NH3-N、COD，不含其它难生化物质，易于处理，废水NH3-N含量在49.09 mg/L左右，COD在1 500 mg/L左右，pH值在8～9。

U-gas气化炉排渣实现灰团聚，正常操作时团聚颗粒大小在18 mm左右，最大颗粒在50 mm左右，灰渣中残炭正常控制在5%以下，最好时可达1%～2%。

表3 单台气化炉运行主要参数

表4 气化炉粗合成气主要气体成分 %

3 U-gas气化装置特点

从我公司U-gas气化装置一年来的试运行情况看，具有以下特点：①可有效转化利用低热值高灰、高硫、高熔点煤。②原料煤处理简单，一般控制在13 mm以下，破碎筛分即可简便易行。③废水中主要含有NH3-N，COD较低，不含其它难生化物质，易于处理，废水量少。④操作简单，负荷弹性大，可在50%～110%运行。⑤主要设备均国产，投资低，制造周期短。

4 对气化装置改造

考虑到我公司采用的是国际首套1.0 MPa压力的U-gas气化炉，无相近经验可借鉴，为尽可能地降低新装置的风险，我公司在建立之初就成立了气化攻关组，在充分借鉴其它气化技术的基础上分系统进行论证攻关。

4.1在设计阶段，通过论证分析，对设计进行了以下优化

①加煤系统。取消了螺旋加煤，借鉴高炉喷粉系统，成功地解决了称重、连续加煤、加煤口挂壁及密封问题。②排渣系统。原设计采用高温、高压冷渣机，经过多次试验，发现不能解决在900 ℃、1.0 MPa压力下的密封泄漏问题。结合各方面经验，采用高温喷水、锁斗排渣系统，取得了良好效果。③除尘系统。原设计采用布袋除尘器，占地面积大，易损坏，后借鉴其他炉型，采用陶瓷除尘，保证了煤气除尘效果。④高温阀。高温锁渣阀在1 000 ℃条件下，运行周期短，价格高，后在工艺上适当改进后，降低了温度，改用新型阀，运行情况良好。⑤流化床气化工艺特点会带来设备及框架振动，在枣庄气化装置该晃动尤其明显，存在巨大安全隐患。为此，综能公司在改变框架结构的同时，对设备支撑进行了优化改造，从实际运行情况看，改造后满足了使用要求。

4.2在运行阶段，主要暴露了以下问题并进行了改造

①陶瓷过滤器过滤下的煤粉含碳高，针对这一情况进行了煤粉返炉实验，重新回收利用，取得了效果，改造全部完成后，可避免煤粉污染环境，进一步提高碳转化率。②输煤载气改造。实际运行中输煤用气量较大，而工艺尾气作为废气排放。为充分利用工艺尾气，对此，我公司改用部分工艺尾气辅助输煤，使工艺尾气中的甲烷进一步分解为有效合成气。

5 小结

U-gas气化炉从运行情况来看，气化炉各项主要指标达到设计要求。其优点主要体现在原料选择范围宽，废水处理简单，煤气成分接近Lurgi气化工艺。经过优化完善后，该气化技术有着广阔的应用前景。

[1]刘 巧.浅议U-gas炉气化工艺设计[J].煤化工，2000，92(3):27-31.

工信部五举措助力化工新材料

新材料产业是我国由工业大国向工业强国转变的重要基础，以先进高分子材料及复合材料为代表的化工新材料，更是工业发展的助推器。面对行业发展遇到的机遇及存在的问题，工信部将从五个方面入手，推动化工新材料产业产学研用紧密合作向前发展。

一是加强政策引导，推进产业化进程。工信部正在会同其他部门，继续通过技术改造、强基工程、新材料研发和产业化等专项，支持化工新材料的产业化及示范应用，支持公共服务平台。 二是加强行业管理，发挥行业协会的作用。行业要以市场为导向，企业为主体，政产学研充分结合。政府要通过制定标准、规划和政策并加强政策执行的监管力度，为企业创造公平的竞争环境。同时，政府可以为行业牵线搭桥，在重点化工新材料行业，引导建立上下游协同发展的产业联盟，消除阻碍行业发展的壁垒。 三是鼓励企业开放发展，走国际化道路。一方面，欢迎国外先进企业“走进来”，鼓励国内企业与之合作，并在合作中尽可能扩大外方技术溢出效应；另一方面也鼓励国内企业“走出去”，充分利用全世界的资源，包括矿产资源、技术资源、市场资源、人才资源等。目前，“走出去”的相关鼓励政策正在酝酿。 四是培育企业做大做强，推进产业集约发展。鼓励企业通过兼并重组、战略合作做大做强，形成若干个具有国际竞争力的化工新材料企业集团；同时围绕大型企业建设化工新材料产业集群。 五是适当利用公平贸易手段，保护民族工业。近几年，我国在化工新材料产业领域积极运用反倾销等国际公平贸易手段，来应对国外竞争对手对民族工业的打压。例如有机硅、双酚A等行业实施的反倾销对国内相关企业快速发展起到了积极作用。

2014-06-08

李永波(1980-)，男，助理工程师；通讯联系人：王杰才，电话：13839865905。

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