航天粉煤气化技术发展及褐煤工业化应用报告第二低阶煤分质分级利用技术与产业化论坛.ppt

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1、中国航天科技集团公司,航天长征化学工程股份有限公司,2016年航天粉煤气化技术发展及褐煤工业化应用报告,内容,公司发展篇,航天粉煤气化技术发展历程,2005年3月,正式启动创新研发工作,转入长周期满负荷稳定运行,通过中国石油和化学工业联合会组织的专家鉴定：总体技术水平国际领先,2008年10月,2009年11月,2009年4月,示范工程投料成功,航天粉煤气化技术优势及市场推广情况,公司的核心技术“航天粉煤加压气化技术”具有完全自主知识产权，已申报专利145项，已获得授权93项，已获得美国、日本、新加坡等多个国家的专利授权，为国际化奠定了技术基础。该技术是国家重点推广的洁净煤利用技术，被列为国家

2、战略性新兴产业的重点产品,航天粉煤气化技术历程,获得授权,航天粉煤气化技术市场推广情况,航天粉煤气化技术自于2009年进入长周期稳定运行以来，广泛应用于煤制MTO、煤制乙二醇、煤制油、煤制己内酰胺等传统煤化工和新型煤化工领域，目前公司已经签定合同36个，签约气化炉台数达到了77台。按照产能统计，航天粉煤气化技术占据中国粉煤气化领域60%以上的市场。,K型炉,S型炉,G型炉,航天炉,公司业绩,上海主板上市，使公司步入资本市场，有了进一步发展的空间,公司优势,仿真远程服务开车服务备件,技术经济预期,公司优势,独一无二的软实力依托“五大能力”，贯彻全生命周期服务的理念，实现气化装置的高效和高稳定性，

3、开创同行业独一无二的业绩,持续跟踪项目运行及时解决发现问题不断优化改进,远程服务中心,公司优势,单台炉年累计运行时间最长达到358天，在线率98%,98%,燃烧器累计运行时间368.85天,368.85,单炉不间断运行时间最长达到215天。,215,可靠性,稳定性,长周期稳定运行,目前在线运行的气化装置28套，其中1000吨级航天炉采用2800/3200型气化炉，在线运行的气化装置12套；2000吨级航天炉采用3200/3800型气化炉，在线运行的气化装置16套。安稳长满优的运行业绩，广受市场认可，奠定了稳固的市场基础。,公司优势,烟煤以神华化工煤为代表，是绝大部分项目使用的煤种。无烟煤通常讲

4、的三高煤（高灰熔点、高灰、高硫），是行业里面较难气化的煤种，天溪10万吨/年MTG项目，2015年保持了85%以上的开工率和良好的经济效益褐煤行业目前尚无成功的商业化装置，吉林长山项目9月份开车，最高日产合成氨590吨，满足设计能力广泛的煤种适应性和经济的商业化运行，用事实说明了粉煤气化的生命力，为我国劣质煤的商业化应用提供了强有力的技术支撑,公司优势,传统煤化工领域在合成氨领域，吨尿素完全成本1250元，比固定床低400元，在传统煤化工领域，技术经济竞争优势显著新型煤化工煤制气领域，实现块煤和粉煤的平衡；实现环保效益新型煤化工的煤制气项目均由碎煤气化工艺路线逐步变更为碎煤+粉煤,公司优势,（

5、1）基础理论和实验研究（2）粉煤气化高压化（3）新工艺的研发（4）先进控制系统（5）环境保护,使用煤种灰熔点变化范围,煤种适应篇,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,1,煤种适应性及煤种选择,该类煤种在航天粉煤加压气化装置的应用易操作，操作温度适中，抗煤质波动能力强，利于气化炉平稳运行。,该类煤种气化性能好、冷煤气效率高，虽然由于粘温曲线较陡，抗煤质波动性能较理想烟煤稍差，但由于灰熔点低，气化操作温度较低，对设备寿命并无太大影响，若操作人员具有一定经验或煤质比较稳定，完全可以稳定操控。,该类煤种由于灰熔点过高，气化时一般都采取措施将入炉煤的灰熔点降至1500以内，可以通过配煤方式，也可以通过添

6、加助熔剂方式，两种方式在航天粉煤加压气化装置中都有操作的经验。,灰分含量较低6%10%，灰熔点较低，低于1200，挥发分高30%，水分含量高30%。代表煤种蒙东褐煤。,煤化程度浅，煤粉流动性好，挥发分高，CO2反应活性好，灰熔点低，气化温度低，利于气化炉平稳运行。,褐煤,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,神木煤气化性能 神木煤是最有代表性的“理想烟煤”，在航天煤气化装置中，安徽临泉中能化工、河南煤业濮阳龙宇化工、河南煤业中新化工均有应用的业绩。神木煤由于其灰熔点适中，灰分粘温特性好，在航天粉煤加压气化装置的应用效果很好，气化炉运行稳定、有效气含量高、转化效率高。氧耗、煤耗均较低。其煤质参数及

7、运行参数见下表：,煤质参数表,运行参数表,1,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,神华化工煤气化性能 鲁西化工的航天煤气化装置自开车来一直采用神华化工煤作为操作煤种，该煤种属于窄粘温特性煤种，灰分的粘度随温度变化敏感，见图1，炉膛温度波动易造成渣层的变化。为了增加操作弹性，现场采取在保证渣口压差稳定的前提下控制炉膛操作温度略低的方法，运行结果氧耗280-290 Nm3/1000Nm3，碳转化率97-98%，保证了气化炉操作稳定，抗煤质波动能力较强。,煤质参数表,典型煤种气化性能,运行参数表,煤灰粘度曲线图,2,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,无烟煤气化性能 无烟煤是典型的高灰熔点煤，濮阳龙

8、宇烧过的新桥末煤、慈林山和余吾煤（山西长治煤）、中能化工烧过的长平煤均属于无烟煤。此类煤气化时一般将其灰熔点降低，方法之一是添加助熔剂，由下图可见，添加一定量的石灰石即可有效的降低灰熔点。濮阳装置自2009年1月至当年8月，以新桥末煤为原料，添加2.5%左右的石灰石，灰熔点流动温度降为1450，气化炉运行稳定，煤质参数及运行参数见右表和下表，由于操作温度较高，氧耗较神木煤高。,典型煤种气化性能,新桥末煤煤质参数表,3,运行参数表,石灰石添加量和灰熔点关系图,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,无烟煤气化性能 濮阳装置2012年5月21日30日，以山西长治慈林山和余吾煤为原料，添加4%左右的石灰

9、石，添加石灰石后入炉煤灰份在29%-31%之间，灰熔点流动温度降为1370左右，气化炉运行稳定，煤质参数及运行参数见右表和下表。,典型煤种气化性能,长治慈林山煤质参数表,4,运行参数表,粘温特性曲线,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,无烟煤气化性能 方法之二是将其与低灰熔点煤混合使用，即通过配煤的方式，安徽临泉中能化工的一、二期气化装置都长期采用晋城长平煤和神木烟煤或其他长烟煤的混煤，炉况稳定、效率高，煤质参数及运行参数见右表和下表。,典型煤种气化性能,晋城长平煤及混煤参数,运行参数表,5,航天粉煤加压气化装置煤种适应性分析,褐煤煤气化性能 吉林长山合成氨项目，采用海拉尔褐煤，炉况稳定，煤质

10、参数及运行参数见右表和下表。,典型煤种气化性能,海拉尔褐煤煤质参数,运行参数表,6,产品型谱篇,装置可靠性及稳定性,型，特征尺寸2800/3200，处理煤量7501000吨/日，有效气产量5067KNm3/h。使用煤粉和氧路单通道燃烧器 应用台数27台，已有9台稳定运行，其中包含长山项目单烧褐煤1台型，特征尺寸3200/3200，处理煤量1000吨/日，有效气产量70KNm3/h 使用煤粉和氧路单通道燃烧器 应用台数2台，天溪项目，已稳定运行 单烧晋煤集团三高煤,合成气(主要成分):CO H2 H2O CO2 N2,排渣,装置可靠性及稳定性,型，特征尺寸3200/3800，处理煤量150020

11、00吨/日，有效气设计产量100KNm3/h，最大可达135KNm3/h 使用煤粉和氧路双通道燃烧器 应用台数40台，已有16台稳定运行，亿鼎EPC项目已验证135KNm3/h的产能型，特征尺寸3800/3800，处理煤量2000吨/日，有效气产量100KNm3/h 使用煤粉和氧路双通道燃烧器 应用台数6台，华昱、晋开三期项目，建设 中，单烧晋煤集团三高煤,合成气(主要成分):CO H2 H2O CO2 N2,排渣,装置可靠性及稳定性,型，特征尺寸4200/4200，处理煤量2500吨/日，有效气设计产量150KNm3/h，使用煤粉和氧路双通道燃烧器，两路氧 气，四路粉煤 应用台数2台，阳煤沧

12、州正元二期项目型，特征尺寸4200/4500，处理煤量3000吨/日，有效气产量200KNm3/h 使用煤粉和氧路双通道燃烧器，两路氧 气，六路粉煤 应用台数2台，山东瑞星三期项目,合成气(主要成分):CO H2 H2O CO2 N2,排渣,装置运行篇,750吨级航天炉自2008年首台开车以来，截至2016年6月共有15台投入运行，750吨级航天炉采用2800/3200型气化炉，详见下表：,注：“三高煤”航天炉型号为3200/3200,典型项目的运行情况总结,1500吨级航天炉自2012年首台开车以来，截至2016年6月共有16台投入运行，1500吨级航天炉采用3200/3200型气化炉，详见

13、下表：,典型项目的运行情况总结,装置可靠性及稳定性,吉林长山 18/30工程（褐煤）瑞星30万吨/年合成氨装置（1500吨/日炉型）,合成气(主要成分):CO H2 H2O CO2 N2,排渣,典型项目篇,煤质分析数据,项目概况以海拉尔煤为原料，年产18万吨合成氨，用于生产30万吨尿素，2015年09月21开始投料试车，2015年10月4日打通合成氨流程，2016年3月开始稳定运行，日产氨在550吨以上,典型项目篇,2016年3月运行数据中，有效气含量基本稳定在87%；残碳量低于1%。,典型项目篇,褐煤预干燥装置设计参数,褐煤预干燥运行情况和主要问题采用间接加热的方式，煤与热源不直接接触，干燥

14、过程本质安全；煤处于过热蒸汽的贫氧的环境内，氧含量控制在13%以下，由于温度低，干燥过程易于控制，尾气中不凝气含量极低，干燥出来的水份具备回收条件。,技术选择和配置 预干燥采用泽玛克滚筒干燥技术，蒸汽走壳程，褐煤走管程。一开一备运行。气化选用日处理煤750t的气化炉一台，不设备用炉。,典型项目篇,预干燥设计中要重点考虑的问题 1）安全性设计 开车期间，要保证系统氧含量低于13%的情况下投煤，因此工艺系统要设计氮气加入系统停车时，要保证系统原料可全部泄出（尤其是设备或管道的死角处）2）褐煤煤粉的堆积密度450kg/m3；实际测量的粉煤的堆积密度为380kg/m3，在预干燥中缓冲仓设计中要考虑由此

15、带来的生产线设计能力匹配问题。3）滚筒的盘根，出口疏水，粉煤发送系统的能力设计要留有裕量4）气力输送管道上要设计有氮气助推系统，主要是在弯头位置采用补充氮气，防止管道堵塞，此处要采用厚耐磨设计,气化相关设计气化磨煤、输煤、气化采用了标准化设计，没有针对褐煤气化做特殊设计，目前运行稳定。灰水排沉降池，灰黑水系统自循环，沉降的细灰用于制砖，粗渣残碳含量低于0.5%。,典型项目篇,航天煤气化设计中要重点考虑的问题,针对褐煤的高挥发性、高流动性的特点，针对煤气化系统中的磨煤及干燥单元和煤加压及进煤单元进行针对性的设计和改进，采用氮气保护和气力输送系统输送预干燥后的褐煤，降低褐煤与空气接触的机会.采用螺

16、旋输送机将煤送至磨煤机系统，实现高流动的褐煤的稳定连续输送。针对褐煤堆积密度低的特点，针对性的对煤加压系统进行设计，调节循环时间，满足稳定下料的要求。,气化及合成气洗涤单元针对褐煤反应活性强，考虑适应不同灰含量的褐煤，调整气化炉长径比调整，实际运行短时间最大有效气产气量为74000Nm3/h。,开车总结,煤种适应性广是航天炉的显著特点，这次在中化长山项目适用了褐煤，填补了航天炉在劣质煤应用方面的工业案例，这将对我国褐煤利用起到示范作用,碳转化率达到99.2%以上，有效气（CO+H2）高达87%-90%。在高负荷工况下运行稳定。,航天煤气化应用低阶褐煤为原料，从长山的运行经验来看，完成可以做到长

17、周期稳定运行；为蒙东地区的企业提供一种切实可行的技术路线选择。,采用煤种：神木煤与无烟煤末煤的混煤全水1315灰分912挥发份2932灰熔点12501330,航天粉煤加压气化装置运行情况,装置运行情况：2012年12月18开始投料试车，2013年气化炉运行率达到93.32014年全年累计运行358天，运行率在98.08%，不间断运行180天2015年全年累计运行346天，运行率在94.9%，不间断运行180天2016年上半年累计运行180.65天，运行率在99.29%.,检修维修篇,典型项目检维修计划及开车服务,某项目2014运维数据表航天工程粉煤气化装置检维修计划标准：年计划停车2次，随机性

18、停车设计值2次，控制值4次,典型项目检维修计划,环境保护篇,废水排放处理,2015年11月24日，航天工程公司与环境保护部环境工程评估中心共同签署了航天长征化学工程股份有限公司与环境保护部环境工程评估中心战略框架协议和航天长征化学工程股份有限公司与环境保护部环境工程评估中心“十三五”合作计划,根据框架协议，双方将在新型煤化工相关环保课题进行联合研究，并建立人才交流培养长期合作机制，逐步建立长效的联动机制。根据合作计划，双方将在污染源项排查、污染因子分析、污染物产生机理研究、污染源强确定、数据库建立、环保标准规范的编制以及污染物防控技术研发等多方面开展工作，共同发挥所在领域优势特点，加强工艺技术

19、和环保技术的集成，提升新型煤化工技术竞争力,开车且运行稳定的项目排放水质和水量统计情况见下表：,废水排放,航天粉煤气化装置采用合成气水激冷流程，黑灰水中各种离子浓度的控制取决于装置的可靠性设计原则：要保证激冷环使用寿命可以达到2年以上，黑灰水系统不因管道、阀门和机泵等结垢而停车检修。目前各个运行的工厂一般将硬度+碱度控制在12001500左右的水平，此时气化污水排放量一般在40t/台气化炉（2800/3200型气化炉），可以较理想的达到上述的可靠性设计原则。处理工艺可以选用AO生化工艺，也可选用污水零排放工艺。以高效微生物为主线的强化双级A/O工艺和结晶盐资源化利用工艺在中国国内日趋成熟。,废

20、水排放处理,GB 8978 污水综合排放标准：排入 GB3838类水域（划定的保护区和游泳区除外）和排入 GB3097中二类海域的污水 执行一级标准,渣和滤饼的无害化处理和资源化利用 航天粉煤气化的灰渣无害化处理和资源化利用，是航天粉煤气化固体废弃物处理的两个主要命题,废固处理,国家危险废物名录(共49种，国家环境保护部令第1号)，气化灰渣不在其列 依据中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国固体废物污染环境防治法，国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布：腐蚀性鉴别标准(GB5085.1-2007)PH12.5或2.0，或对钢材腐蚀速率高于6.35mm/a 急性毒性初筛标准(GB5

21、085.2-2007)口服、皮肤接触或吸入一定量，实验动物14天内半数死亡 浸出毒性鉴别标准(GB5085.3-2007)易燃性鉴别标准(GB5085.4-2007)标态（25，101.36kpa）下，因摩擦或自发性燃烧而起火，并能剧烈持续燃烧且产生危害 反应性鉴别标准(GB5085.5-2007)与水混合发生剧烈化学反应，并产生大量易燃气体和热量,废固处理,气化灰渣的危险性主要涉及浸出毒性和腐蚀性,一般工业固体废物处置相关标准：GB 18599-2001 一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准 GB 8978 污水综合排放标准和PH值是分类依据：类或类DL/T 1281-2013 燃煤电厂

22、固体废物贮存处置场污染控制技术规范防渗技术参数和检测围填海工程相关标准：GB/T 15321-1994 电厂粉煤灰渣排放与综合利用技术通则可用于：建筑材料与制品筑路混凝土与砌筑工程回填和围海造地农药及养殖业GB/T 30736-2014 围填海工程填充物质成分限值（不应含有燃料废料）毒性浸出试验证明灰渣的浸出重金属不超出海洋填充物标准 日本的经验（防渗处理、浸出污水处理和环境跟踪监测）,废固处理,国家危险废物名录,GB 5085 危险废物鉴别标准,GB 8978 污水综合排放标准,航天炉产渣,煤燃烧或煤气化产生的灰渣不在名录列举的49类危险废物中,X,气化灰渣的危险性主要涉及浸出毒性和腐蚀性浸出毒性检测PH值检测,浸出物对照污水排放要求气化渣样品固废归类,X,一般工业固体废物的贮存、处置场的主要区别第I类不需要第II类需要构筑防渗层，防渗层的厚度应相当于防渗层系数1.0E10-7cm/s和厚度不小于1.5m的粘土层的防渗性能；,废渣处理,废固处理,直接掺加到原料煤和燃料煤内,按照国家标准进行回填海,4,有毒物质及废气排放,Hg,As,F,无组织排放专项研究,谢 谢！,