恩德粉煤气化技术的特点及应用
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作者/来源：周永顺(鞍山焦化耐火材料设计研究总院，辽宁 鞍山 114002) 日期：2002-3-16
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1国内粉煤气化技术现状
我国目前中小型化肥厂的造气工艺，多数仍采用固定层常压间歇气化炉，工艺比较落后，外排的烟气污染环境。制气所用的原料大部分是山西晋城的无烟块煤，少量来源于宁夏、贵州等地的无烟块煤，个别的还使用焦炭。无烟块煤以外的其他煤种在我国分布极其广泛，但目前利用这些煤种生产合成氨的很少。无烟块煤的价格高，是制约我国中小氮肥生产成本的重要因素。
如何改变这种局面?一种办法是引进国外先进的煤气化技术，如德士古水煤浆气化、壳牌粉煤气化、鲁奇碎煤加压气化。这三种气化技术的共同特点是采用纯氧加压气化、单炉生产能力大、技术先进。但投资大，对装置规模有较高的要求，最小规模为年产200kt合成氨，一般年产在300kt氨以上。由于引进气化装置投资费用高，如果没有国家的投入，单靠企业自身的力量是难以实现的。
国内可使用的粉煤气化技术有大连理工大学开发的固体热载体法加工褐煤技术；清华大学研制的焦载热制气工艺；北京兰天新源科技有限公司开发的灰载体循环流化床制气；郑州永泰能源新设备公司推广的流化床水煤气炉气化技术，中科院山西煤化所开发的灰熔聚流化床气化炉等等。这些技术我院有的参加了试验研究，有的参与了工程设计，总的来说这些粉煤气化技术大部分处于工业、半工业试验或小规模的工程示范阶段，即使有的粉煤气化技术已纳人工程设计，并已投入运行，但不是炉子的生产规模小，就是生产运行的时间较短。如流化床水煤气炉气化技术，虽然在郑州和南阳已投入运行，但最大单炉生产能力为1000～1700m3／h，化肥厂的改造需建多台气化炉。且这项技术目前是用于城市煤气生产，尚缺乏在合成氨装置上成功运行的经验。
灰熔聚流化床气化技术，虽然已用于陕西城化股份公司进行80kt／a合成氨的原料路线改造，但在技术上还处在小规模工业示范阶段，缺乏大规模工业化及长周期运行经验。
我国已有开发粉煤气化的基础，但放大化、工程化方面基础薄弱，需要的时间比较长。
2恩德粉煤气化技术的特点
50年代初，朝鲜从苏联引进了两台10000m3／h的温克勒气化炉。经过多年的实践摸索，对原温克勒气化炉作了多次改造，形成了具有自己特点的实用新型粉煤气化技术，即恩德粉煤气化技术。它同传统的温克勒气化炉相比，作了三项重大改进。其一是炉底部改成一定形状的锥体，取消了原有的炉箅，代之以布风喷嘴，以解决炉底结渣、偏炉问题，提高单炉的生产能力；其二是在发生炉出口增加旋风除尘返料装置，以减少带出物的含炭量；其三是改变废热锅炉的布置，减轻锅炉管的磨损，延长废热锅炉的运行时间。
经过多年的生产实践证明，恩德粉煤气化技术具有如下的特点。
(1)生产能力大
最大单炉产气量可达40000m3／h以上。
(2)运行稳定可靠，检修维护工作量小
由于取消了炉箅，避免了炉底结渣问题。气化炉仅由内衬耐火材料的炉体和可拆卸的喷嘴组成，没有传动部分和易损件，故不需太多的维修即可获得较高连续运行率，一般可达90％以上。
(3)操作弹性大，开停炉方便
气化炉生产负荷可在设计负荷的40％～110％范围内调节。
(4)可以使用0～10mm的褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤，使煤源得以极大的拓展，同时使煤气生产成本显著下降。
3恩德粉煤气化技术与其他技术的比较
恩德粉煤气化技术同国外的德士古水煤浆气化、壳牌粉煤气化、鲁奇碎煤加压气化技术相比，煤种适应性较宽，三废处理简单，环境影响小，技术成熟可靠，可用于较大规模生产。但恩德炉是常压操作，操作温度不是太高，炭的转化率低于国外高温、高压操作的气化炉。我国大部分地区的当地煤价格较低，牺牲部分气化效率，取得较好的综合经济效益也是合理的。同国外的粉煤气化技术相比，恩德粉煤气化技术不是很先进，但它符合国情，是实用的新型技术。
同国内已有的粉煤气化技术相比，突出的特点是，技术成熟可靠，可用于较大规模生产，有长期生产合成氨的运行经验，生产的气体有效成分比较高，其中CO+H2达70％，甲烷含量在2％左右。
我院为江西景德镇市焦化煤气总厂设计的恩德粉煤气化工程，已于2001年2月投入正常运行，该炉采用空气气化，原料为河南义马长焰煤，生产低热值煤气。该炉设计能力为10000m3／h，实际操作负荷可在30％～150％的范围内调节。造气炉运行稳定，操作自如，达到或超过了各项设计指标，煤气生产成本大幅度降低。
由于技术设备已完全实现了国产化，恩德粉煤气化技术的投资与德士古水煤浆气化、壳牌煤气化技术相比，投资低得多。以40000m3／h合成气(90kt／a合成氨)的气化炉为例，恩德粉煤气化炉投资仅2344万元，而德士古水煤浆气化炉投资约7800万元，鲁奇煤气化炉投资约4500万元，壳牌煤气化无此规模，以年产300kt合成氨的气化装置折算，90kt合成氨的气化部分投资约7500万元。恩德粉煤气化炉投资仅为引进气化炉的30％～50％。
同固定床间歇水煤气炉工艺相比，恩德粉煤气化装置一般都布置在露天，可省掉厂房的建设投资；所产蒸汽自给有余，可省掉建锅炉房的投资；因为是连续操作，可省掉缓冲气柜的投资。但粉煤气化需富氧鼓风，需增加制氧系统的投资；一般粉煤要干燥处理，又增加了煤干燥系统的投资。
4我院对该工艺提出的节能措施
为了节省工程投资，我们在工程设计上又作了如下的考虑。
(1)在满足煤气化有关指标要求的基础上，尽量就地就近选择煤，有条件时从煤矿购0～13mm级的粉煤，或同煤矿协商在煤矿直接破碎、筛分而购入合格料。这样可以节省备煤系统的投资。
(2)因为要求入炉煤水分小于8％，需建煤的干燥装置。但在有些地区煤的水分不合要求只是在雨季，这种情况下可简化煤干燥设施，如在煤场设防雨棚，简易的煤库等。
(3)因为恩德炉运行周期在90％以上，只是废热锅炉需定时检修，有些企业可通过用气设备的定期检修，而确定废热锅炉的检修时间，不必设备用炉。
(4)氧气的来源宜采用变压吸附空分制氧。该项技术已经很成熟，同低温法相比，它具有占地面积小，安装方便，建设周期短，一般4000m3／h以下的PSA装置总投资比低温法装置要低20％～30％，氧的纯度可达93％～95％，制氧成本约0.3元／m3左右。
(5)对旧的煤气站，特别是大型煤气站的改造，可根据资金情况，尽量利用已有煤气站设施，以节省工程投资。
经过综合比较，在同等规模情况下，恩德粉煤气化技术的工程投资与固定床间歇生产的水煤气炉工艺相比，投资相当或略高一些。
从操作费用来看，德士古煤气化有水煤浆制备工序，气化炉喷嘴及耐火砖需定期更换，壳牌干粉煤气化有磨煤及干燥工序，鲁奇加压气化有废水处理工序，增加了操作费用。恩德粉煤气化是常压气化，粉煤可基本直接入炉，气化炉无转动及磨损部件，降低了操作费用。其不足之一是合成气需加压，增加了部分操作费用，煤的利用率也低于德士古和壳牌煤气化。
一般原料煤的成本占煤气生产成本的40％～50％。由于恩德粉煤气化技术可适用粉煤，特别是可以应用劣质的褐煤，原料的购入价比块煤低50％～60％，所以使煤气的成本显著下降。另外，恩德炉运行周期在90％以上，设备维修费比较低，职工定员比同等规模的固定床气化炉定员少1／3，这也是使生产成本降低的原因之一。
5生产应用及经济效益
以我院设计的几个项目的工程投资、生产成本估算及企业经济效益情况为例。
我院设计的景德焦化煤气总厂粉煤气化装置，生产规模为10000m3／h的空气煤气，工程投资1200万元，煤气生产成本0.12元／m3(煤价按240元／t计)，全投资内部收益率(税后)25.4％；全投资回收期3.84年(含建设期1年)。
抚顺炭素厂粉煤气化工程，设计规模为10000m3／h的空气煤气，工程投资1430万元，煤气生产成本0.104元／m3(煤价按174元／t计)，全投资内部收益率(税后)33.57％，全投资回收期4年(含建设期1年)。
抚顺特钢粉煤气化工程，设计规模40000m3/h，三个系列，一期先上一个系列，生产半水煤气(煤气热值6270kJ／m3)，建有4000m3／h制气站，工程投资7500万元，煤气生产成本0.135元／m3，(煤价按140元／t计)，全投资内部收益率(税后)29.72％，全投资回收期4.37年(含建设期1年)。
这是生产工业燃气方面的情况，如果用于生产氨合成气，将增加制氧系统的工程投资和生产用氧的成本。经初步估算如下。
如果年产合成氨30kt，可采用1台10000m3／h的恩德气化炉，配套约2000m3／h的变压吸附空分制氧装置，工程投资约2400万元。
如果年产合成氨90kt左右，可选用40000m3／h气化炉一台，配套约6000m3／h的空气制氧装置，工程投资约8500万元。
如果原料煤的价格按170元／t，氧气成本按0.3元／m3计算，合成气的成本为0.15元／m3左右。而固定床水煤气炉生产的煤气成本至少在0.2元／m3以上。
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