浆粉耦合运行情况介绍及优势分析

2024-01-31高智武魏英龙程海龙王克荣王俊义

氮肥与合成气 2024年2期

高智武,郑磊,魏英龙,程海龙,王克荣,王俊义

(新能能源有限公司, 内蒙古鄂尔多斯 014300)

多喷嘴水煤浆气化技术作为一种先进成熟的洁净煤气化技术,具有运行经验丰富、单炉产能大、效率高、煤种适应性相对较强等优点,近年来得到大规模工业化推广应用[1]。然而,多喷嘴水煤浆气化装置是根据煤种、工艺、容量的不同而专门设计的,为保证系统长期稳定运行和提高效益,对煤质仍有严格的要求。近年来,随着煤炭资源紧张,原煤采购成本和运输价格持续上升,煤化工成本剧增,利润大幅下滑[2]。如何保持企业持续的盈利能力,已经成为各煤化工企业面临的重要课题。

当前市场环境下,在保证气化装置稳定运行的基础上,进一步释放产能、降低消耗是提高经济效益的有效途径。在此背景下,新能能源有限公司开发的浆粉耦合技术采取向气化炉内同时喷入煤粉和水煤浆的方式,间接提高整体煤浆浓度。资料显示,煤浆质量分数每增加1%,有效气体积分数增加0.5%以上,比煤耗降低约0.6%,比氧耗降低约1.3%, 冷煤气效率提高约0.6%[3]。通过调节浆粉投料比例和粉煤烧嘴喷射角度可以改变炉内气固流动及反应进程,实现煤粉和煤浆的高效共气化。该技术突破了常规气流床气化单一进料的限制,是将干粉气化和水煤浆气化优点耦合的气化新工艺。

1 浆粉耦合工艺流程

浆粉耦合气化工艺采用气流床气化工艺,工艺流程见图1。

图1 浆粉耦合气化工艺流程简图

质量分数约60%的煤浆通过煤浆给料泵加压后,与高压氧气(纯度99.6%以上)通过 4 台在同一水平面的煤浆烧嘴对喷进入气化炉;同时,粉煤和氧气在气化炉顶部通过粉煤烧嘴注入气化炉内,干粉与煤浆在气化炉内撞击反应。粉煤的注入能够保护拱顶不受高速气流冲击,气化炉流场更为合理;同时延长固相停留时间,提高碳转化率,使合成气水含量降低、CO2含量降低,有效气含量和产量提高。气化炉通过煤部分氧化(燃烧)释放热量,维持气化炉温度在该煤种的灰熔点温度50 K以上进行气化反应。气化炉操作压力约6.5 MPa、反应温度约1 300 ℃、反应停留时间为7～9 s。气化后煤气主要成分为CO、H2、CO2、H2O等。产品气经过不同的流程和不同的预处理可以作为合成甲醇、合成氨、发电等的原料气和燃料气。

相对纯煤浆气化技术,浆粉耦合气化技术的碳转化率和有效气量明显提高,同时比氧耗、比煤耗降低。液体激冷排渣,不产生焦油、酚及高级烃等副产物,污水排放减少,废水易处理。

2 浆粉耦合运行前后比较

在粉浆稳定运行(煤粉负荷约 60%)的基础上进行数据采集,将煤浆投料量逐步降至 58 m3,煤粉投煤质量流量逐步升高至约 21.5 t/h,维持水煤浆投煤质量流量为1 000 t/d、煤粉干基投煤质量流量为500 t/d,进行煤粉满负荷运行。10：00：00开始减少气化炉水煤浆投料量,同步增加煤粉投料量,至11：30：00水煤浆投料量减至 63.5 m3,粉煤投料质量流量达 20 t/h,维持煤粉满负荷运行,进入煤粉满负荷运行工况。继续减少水煤浆投料量,至15：00：00降至59 m3,维持该负荷直至结束煤粉满负荷运行。气化炉运行过程中,水煤浆投煤量随粉煤投煤量负荷调整而调整,维持气化炉满负荷(总投煤质量流量为1 500 t/d)运行。水煤浆的氧煤比为491 m3/m3,粉煤的氧煤比为 466 m3/t[4]。对比同时间下气化炉 B(水煤浆模式)和气化炉 C(粉浆模式)运行情况,结果见表1。由表1可以看出：粉浆满负荷运行比水煤浆模式节省氧气约4 240 m3,增产有效气3 846 m3,碳转化率由97.85%提高至99.44%,提高1.59百分点,有效气体积分数由83.24%提高至86.22%,提高2.98百分比;比氧耗由386 m3/m3降低至336 m3/m3,降低50 m3/m3;比煤耗由564 kg/m3降低至545 kg/m3,降低19 kg/m3。

表1 气化炉运行数据

3 浆粉耦合运行优势

粉煤运行初期,粉煤制粉采用赛蒙特混煤,优化调整后采用王家塔煤种。调整前后所采用的煤样分析及煤样灰熔点分析见表2、表3。

表2 煤样工业和元素分析

表3 煤样灰熔点及热值分析

通过核算,采用王家塔煤种的运行经济性要优于赛蒙特混煤。粉煤对于煤种要求较低,适应性广,可使用低质低价煤来降低生产成本。采用王家塔煤作为粉煤原料进行满负荷运行后,气化能效提高6.6%,产品总能耗降低3.6%,煤耗降低2.7%。采用王家塔煤后年净利润为4 502万元,经济效益优于采用赛蒙特煤为粉煤原料。

在运行模式上,浆粉耦合技术可实现四喷嘴水煤浆单独运行或粉浆同时运行,切换方便,不需要更换烧嘴或停车,可根据生产需要进行调整。该装置安全可靠,自动化程度高,操作控制灵活,开车到正常生产过渡期短,目前已达到安全、稳定、长周期运行状态,装置性能与技术指标均达到设计要求。后续将进一步调整优化工艺操作参数,提升技术指标,通过采用劣质粉煤进一步提升整体技术经济性。