工业技术 ２０１３年第１１期Ｊ科技创新与应用 水煤浆气化技术的发展及应用选择 王成林 （黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司，黑龙江伊春１５３１０３） 摘要：文章讨论了煤化工气化原理及气化技术的发展趋势，并探讨了各种水煤浆加压气化技术的特点及优缺点，并得出结论： 我国煤种很多，一种气化方式只适用某种特定的煤种，气化技术的选择应因煤制宜，目标产品不同也应采用不同的气化技术。 关键词：水煤浆气化技术；发展趋势；应用选择 引言 煤气化技术是煤化工系统的关键单元。目前在国内推广的煤气 煤炭是世界上分布最广储量最多的化石能源，是世界经济和社 化技术，我国自主开发技术和国外技术总共有１Ｏ多种 。按气化类 会发展的重要动力支柱，在未来几十年内，煤炭将仍是世界主要能 炉型分，主要有固定床、流化床、气流床三种。气流床气化技术具有 源之一，煤炭是２１世纪中国经济快速发展的重要支柱，占有不可取 较大的煤种与粒度适应性和更优良的技术性能，且工艺成熟稳定， 代的地位。我国在煤炭综合利用中存在着方法单一、利用效率低、污 是煤基大容量、高效洁净的燃气与合成气制备的首选技术。 染严重等问题，这对环境保护和经济社会的可持续发展产生了巨大 Ｔｅｘａｃｏ（德士古）水煤浆气化技术 威胁［１－３］。因此，积极发展洁净煤技术，从而解决中国油气短缺等能源 ２Ｏ世纪５０年代初期，美国德士古公司在重油部分氧化气化基 安全问题，满足国民经济发展对能源的需求，对中国经济社会的可 础上，成功开发了德士古水煤浆加压气化技术。该技术中，将原料 持续发展具有十分重要的意义。 煤、水及添加剂等送入磨机磨成水煤浆，由高压煤浆泵送入气化炉 １煤气化原理及发展趋势 喷嘴，采用炉顶单喷的进料形式，粗煤气和熔融的液渣从排渣口排 １．１煤气化的原理 出。 煤的气化反应是指气化剂（空气、水蒸气、富氧空气、工业氧气 Ｄｅｓｔｅｃ（Ｅ—Ｇａｓ／ＤＯＷ）水煤浆气化技术 以及其相应混合物等）与碳质原料之间以及反应产物与原料、反应 Ｄｅｓｔｅｃ（Ｅ—Ｇａｓ）煤气化工艺原称ＤＯＷ煤气化工艺，是在德士古 产物之间的化学反应。在气化炉内，煤炭要经历干燥、热解、气化和 煤气化工艺基础上发展的二段式煤气化工艺，是由美国ＤＯＷ化学 燃烧过程 。 公司于１９７３年开发的，１９８７年成功应用于商业性的热电厂。道水煤 １．１湿煤中水分蒸发的过程：湿煤—塑垫 干煤＋Ｈ ０ 浆气化炉分为两段，下部一段为卧式炉，水煤浆经预热以后和氧气 １．２热解（干馏）是煤受热后自身发生的一系列物理化学变化 同时由两端喷射入炉，进行部分燃烧反应，产生的高温气体进入上 过程。一般来讲，热解的形式为：煤 垫垫一 煤气（ｃｏ ，ＣＯ，ＣＨ ， 部第二段立式炉，在立式炉底部靠近卧式炉部位喷入水煤浆，利用 Ｈ２０，Ｈ２，ＮＨ３，煤—塑垫 煤气Ｈ２Ｓ）＋焦油＋焦炭 一段炉产生的粗煤气显热来产生额外的合成气，降低了氧耗和煤 １－３气化与燃烧过程。仅考虑煤的主要元素碳的反应，这些反 耗。 应如下： ｃ多喷嘴对置式水煤浆气化技术 ＋０：＿．＋ｃ０： 多喷嘴对置式水煤浆气化技术由华东理工大学、充矿鲁南化肥 ａ．碳一氧间的反应；２Ｃ＋０ｚ ２Ｃ０ 厂、中国天辰化学工程公司于“九五”期间联合开发，具有完全的自 Ｃ＋ＣＯ２＿２Ｃ０ 主知识产权。在多喷嘴对置水煤浆气化技术中，水煤浆经隔膜泵加 ２ＣＯ＋Ｏ２— ２Ｃ０２ 压，通过４个对称布置在气化炉气化室中上部同一水平面的工艺喷 嘴，与氧气一起对喷进入气化炉。气化炉出口位于气化炉底部，高温 ｂ．碳一水蒸气间的反应；ｃ＋２ 合成气与熔融灰清一起离开气化室进入激冷室进行降温和分离。多 ．ｏ ｃ０ Ｈ． ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＿ＣＯ２＋Ｈ 喷嘴对置式水煤浆气化炉与Ｔｅｘａｃｏ气化炉相比，炉内流场分布更 为合理，湍流混合强度有所增加，混合效果变好。中试研究的结果显 Ｃ＋２Ｈ２ ＣＨ４ 示：合成气中的有效气成分达８３％，比相同条件下的Ｔｅｘａｃｏ水煤浆 ｃ．甲烷生成反应；ＣＯ＋３Ｈｚ ＣＨ４＋Ｈｚ０ 气化装置高１．５％一２％；碳转化率＞９８％，比Ｔｅｘａｃｏ水煤浆气化装置 ２ＣＯ＋２Ｈ２ ＣＨ，＋Ｃｏ２ 高２％一３％；比煤耗、比氧耗比Ｔｅｘａｃｏ水煤浆气化工艺低７％。 Ｃ０２＋４Ｈ２＿ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ 水煤浆水冷壁气化技术 需要指出的是，以上所列诸反应为煤气化和燃烧过程的基本化 水煤浆水冷壁气化技术是在清华大学、北京达立科公司和山西 学反应，不同过程可由上述或其中部分反应以串联或平行的方式组 阳煤丰喜集团合作开发的“非熔渣一熔渣分级气化技术”基础上进行 合而成。 的技术改进和创新，是我国具有自主知识产权的创新技术。２０１１年 １．２煤气化技术的发展趋势 水煤浆水冷壁气化炉在山西阳煤丰喜肥业集团首次投料成功，标志 现代煤炭气化技术发展趋势如下 ： 着我国自主研发的水煤浆水冷壁气化技术跻身世界先进行列，为大 １．２．１气化压力向高压发展。气化压力由常压、低压（＜１．ＯＭＰａ）￣ 型煤化工企业的煤气化技术提供了新的选型。 高压（２．０—８．５ＭＰａ）气化发展，从而提高气化效率、碳转化率和气化 作为清洁能源利用技术，水煤浆水冷壁气化技术解决了长期来 炉能力。 煤炭利用过程中的环境污染问题和多煤种的选用问题，从而为后石 １．２．２气化炉能力向大型化发展。大型化便于实现自动控制和 油时代的来临做了相当实际的技术准备。但企业在进行煤气化技术 优化操作，降低能耗和操作费用。 改造时不能盲目，要全面考虑问题。水冷壁炉只适合灰熔点高于 １．２．３气化温度向高温发展。气化温度高，煤中有机物质分解气 １３００℃的煤，这样的煤制浆性能才好。 化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。 ３气化技术选择 １．２．４不断开发新的气化技术和新型气化炉，提高碳转化率和 Ｔｅｘａｃｏ气化技术的主要优点：对煤种适应性比较宽；单炉生产 煤气质量，降低建设投资。目前碳转化率高达９８％一９９％，煤气中含 能力大；煤气质量好；甲烷含量低。主要缺点：烧嘴运行周期短，由 ＣＯ￣Ｈ２达到８Ｏ％一９Ｏ％。 于水煤浆在较高线速下ｆ约３０ｒｒｄｓ）对金属材质的冲刷腐蚀，水煤浆 １．２．５现代煤气化技术与其他先进技术联合应用。 气化喷嘴常面临喷口磨损问题；炉衬采用耐火砖存在成本高、寿命 １．２．６煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合，实现环境友 短的问题。 好，减少污染。 Ｄｅｓｔｅｃ气化炉适合于生产燃料气而不适合于生产合成气。主要 ２水煤浆气化装置 缺点：二次水煤浆停留时间短，碳转化率较低；设有一个庞大的分 ——１０３—— 科技创新与应用Ｉ ２０１３年第１１期 工业技术 ３３０ＭＷ汽轮机组凝汽器外部组合 及整体拖运安装措施 李跃刚 （天津电力建设公司，天津３０００００） 摘要：凝汽器是发电厂重要设备之一，凝汽器的安装速度和安装质量直接影响着整个工程施工进度网络节点的顺利实现和机 组运行水平。某北方热电厂＃１机组凝汽器安装施工过程中克服了土建进度滞后、施工环境恶劣等多种不利因素，通过制定科学 的施工方案和控制措施，以最短的时间完成了凝汽器整体安装任务，为后续的酸洗和吹管以及整套启动赢得了宝贵时间。 关键词：凝汽器；外部组合；拖运；就位 ２．１．１在汽机房１／０Ａ列④到⑤轴之间用碎石、细砂平整场地，辅以 做到夯实、平整。 某北方热电厂新建机组为３５０ＭＷ燃煤洪热发电机组，凝汽器型号 铲车碾压，２．１．２组合场地标高以能拖运组合好的凝汽器壳体进入汽机房为 为Ｎ－２１１８０－１型，净重为３５１．５６ｔ，运行重量５８９．Ｉｔ，冷却面积２１１８０ｍ ， 冷却管为不锈钢管，共计２３０４８根。凝汽器所有部件全部为散件供货， 准。现场组装。由于汽机厂房土建施工进度滞后直接影响凝汽器施工，特制 ２．１．３组合场地排水通畅。 ２．１．４在组合场地到基础上方安装滑道。 定厂外整体组合完毕后拖运到位再进行安装的特殊方案，但由于露天 ２．１．５在汽机房１ Ａ列外的组合场地上铺设枕木，标高为＋５０ｍｍ。 作业给施工带来诸多困难，又制定了一系列应对措施。本文即对整套施 工方案及控制措施的总结。 ２．１．６在铺设好的枕木上用槽钢焊成网架，搭设用２０ｍｍ厚钢板拼 １施工技术准备 接成的平台，并调校平台水平，控制平面度为＋ｇｍｍ以内（见图１）。 施工前通过仔细审阅图纸，认真学习设备厂家提供的《安装说明 ２－２底板及壳体组合 首先在平台上组合底板，底板排列顺序按照底板排列版图进行，组 书》，根据现场实际情况编制有针对ｌ生的施工方案并进行研讨、学习，做 好施工前的各项准备工作。 合前检查底板钢板规格。焊口坡口形式为５０Ｗ形坡口，间隙３ｒａｍ，留有 ２ｒａｍ钝边，对口错口小于１．５ｒａｍ，对口后应满足图纸要求。检查无误后 ２施工工序及工艺控制 设备清点—慌工机具、辅材准备—龃合场地平整准备一组合平台 先点焊焊口中心位置，然后每隔２００ｍｍ段焊５０ｒａｍ。点焊时使用 搭设—凝汽器底板组合安装—凝汽器壳体组合一管板、隔板及支撑架 ￣２．５ｍｍ焊条，点焊深度为３ｒａｍ。 组合—基础清理、准备—热井就位—凝汽器壳体拖运就位一不锈钢管 底板组合完毕后做渗油试验，确定无渗漏后进行壳体组合。首先在 穿、胀、切、焊—灌水试验。 组合平台上组合前后端板和侧板，吊装时进行加固，前后端板吊装时用 ２．１组合场地准备及组合平台搭设 Ｉ１６工字钢进行加固，侧板吊装时用１１２工字钢进行加固，防止产生永久 鉴于土建施工滞后，凝汽器基础和天车梁全部受到影响，不能在凝 变形。焊接时必须多翻身，焊接从中间向两边进行，焊后校平。前后端板、 汽器基础上进行组装，故在汽机房Ａ列外平整场地，搭设组合平台，安 侧板与底板组合安装时，其垂直度偏差不大于Ｉｍｍ／ｍ，前后端板标高一 致，端板平面平行，板间距离分区多点检查，其偏差均不大于３０ｍｍ，以 装钢轨滑道等，具体做法如下： 确保不锈钢管长度够用。由于凝汽器壳体分组件供货， 其拼装工作由下而上分节进行，为保证上下段顺利对 口，每拼装完一段后检查其四周及对角线尺寸是否符 合设计要求。 前后端板、侧板安装完毕后，按设计图纸进行壳体 材料清单 内部支撑安装找正、再进行中间隔板的组合安装。隔板 序号 名称 规格 安装时先查看隔板编号（详见图纸），编号位于隔板上、 数量 下端面；隔板装配时注意正反面，隔板装配时按编号及 １ 工字钢 ２５＃ ７５米 正、反面顺序进行，隔板相对底板倾斜一定角度（具体 Ｉ Ｉ ｛ １ ２ 工字钢 １２＃ 按图纸要求），临时固定牢，然后依次进行吊装。中间隔 ６３米 Ｉ Ｉ Ｊ 板吊装好后，隔板与隔板之间用螺杆连接，以便隔板的 ３ 槽钢 １２＃ Ｉ ｌ ｉ Ｊ １０米 调整。管、隔板组装、点焊后要进行试穿管，保证穿管顺 引言 ９２ｌ０ ０ ４ 枕木 １６Ｏ ２０术２ ５００ ２４Ｏ根 利。 图１ 左右侧板安装完毕后，按设计图纸进行校核。组合 后的壳体内外相通的焊缝均作渗煤油试验，确认无渗 离器，以分离一次煤气中携带灰渣与二次煤浆的灰渣与残炭。 味着高能耗，同时需要空分装置提供纯氧，因此会带来投资高、热损 能效低等问题，这些问题都是由煤的特性决定的。针对解决单 多喷嘴对置式水煤浆气化炉虽然有有效气氛高、炭转化率高， 失大、比煤耗、比氧耗低等优点，但也存在着不足之处，如：回流区过小、气 问题、追求单向指标而开发的技术，很容易误导煤化工企业，这些 化炉对负荷调节的适应性较差等。 技术往往强调其单项指标，而割裂了整体性，误导企业对技术的选 水冷壁气化炉最大的优势，就是扩展了水煤浆气化炉的煤种适 取和对煤气化技术的认识。一参考文献 应性，对灰熔点超过１３５０￣Ｃ的煤也能使用水煤浆气化技术，但水冷 １１陈俊峰．煤气化技术的发展现状及研究进展［Ｊ］．广州化工，２０１２．４０ 壁炉与热壁炉仍各有千秋。热壁炉有保温材料，其保温性能好，外部 『热损失小，转入煤气中的热量更多，冷煤气效率会更高。因此，对于 高活性、低灰分的煤，仍应考虑热壁炉。 ４结束语 每种技术都有自己的优点，也有自己的缺点，各水煤浆气化技 术孰优孰劣，很难有定论。煤本身具有复杂性和特殊性，因此煤气化 过程中存在许多无法克服的矛盾，如：追求煤转化能效率高，则气化 温度要低，但煤结构中存在大量苯环，这些苯环需高温打破，高温意 一（５）：３１—３３． 『２］吕玉坤，豆中州，赵锴．整体煤气化联合循环（ＩＣｃｃ）发电技术发展 与前景ｆＪ］．应用能源技术，２ｏｌｏ０ ０）：３６—３９． ［３］武利军，周静，刘璐等．煤气化技术进展【Ｊ］．洁净煤技术，２００２．８（１）： ３１—３４． 『４１许世森等．大规模煤气化技术［Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００６，１． 『５１贺永德．现代煤化工技术手册【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００４，１． １０４一