BGL块碎煤熔渣气化技术.doc

BGL块/碎煤熔渣气化技术
栾晓楠（英国Advantica有限公司北京代表处 ，北京 100000） 2007-05-01
1  BGL块/碎煤熔渣气化技术的开发及应用
　　BGL（British Gas-Lurgi英国燃气-鲁齐）块/碎煤熔渣气化炉技术是在原鲁齐固定床加压气化炉Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型炉技术基础上，由当时的英国燃气公司科技开发部（现Advantica公司）在德国鲁齐公司协助下，由英美政府和欧盟资助部分资金，耗资数亿英镑，在位于英国爱丁堡附近的西田（Westfield）煤气化试验厂开发出来的新型煤气化技术。
    鲁齐固定床加压气化技术是当前世界上应用最多和工业化使用经验最丰富、最成熟的煤气化技术。在现代气化技术中，鲁齐固定床加压气化技术具有氧耗低和建设成本低的优势，同时也有气化强度低、蒸汽消耗大但利用率低和大量气化污水造成净化成本高的缺点。现代熔渣气化技术具有气化强度高、蒸汽利用率高、气化效率高的优势，但又有氧耗高和建设成本高的缺点。BGL熔渣气化技术将高温熔渣气化与加压固定床气化技术结合在一起，兼具双方的优势，克服各自的一些缺点，是一种既高效、又经济的气化技术。
    BGL气化技术开发的初衷是为了大规模高效生产替代天然气，应对当时可能发生的欧美天然气供应源由于国际政治原因或开采生产原因枯竭。技术开发自上世纪70年代至90年代初，经过对英国、美国、欧洲的大量烟煤、焦炭、和部分欧洲的褐煤在工业化规模试验炉的试烧和运行可靠性验证，BGL技术完成大规模中试和工业化示范，直径φ2.3m的气化炉（在鲁齐Ⅱ型和Ⅲ型炉基础上改造的炉型）可达到日投煤量500t的水平，气化强度高出原鲁齐加压气化炉近3倍。BGL熔渣气化炉可直接气化含水量达20%的各类煤种；在1400～1600℃高温条件下气化，蒸汽用量大幅度降低，90%～95%的蒸汽在气化过程中分解，不仅提高了气化效率，而且使气化废水量减少80%以上，对废水的净化处理规模小、经济。BGL熔渣气化技术在工业化规模试验炉（日投煤量300t和500t气化炉）上对超过180 kt的英国和美国许多煤种以及石油焦等作了累计超过14300 h的试烧，最长连续开车达90 d，积累了大量的试烧数据，开发了完整的气化模拟分析软件，并编写了操作手册和设计手册。BGL熔渣气化技术经工业化试验验证的炉径可放大到4 m，单炉日投煤可达到1000～1200 t，单炉日产合成气可达到2000 km3。
    90年代中后期，在德国东部的黑水泵（Schwarze Pumpe）煤气化厂建设了一台内径φ3.6 m的BGL熔渣气化炉，与三台同炉径鲁齐IV型加压气化炉交替使用（即用三台鲁奇炉作为单台BGL炉的替换炉使用），气化由当地劣质褐煤制成的型煤与固体废料的混合物，生产合成气，为大型发电厂提供燃料气和为甲醇生产提供原料气。该气化炉自2001年投产后，至今仍作为主力炉成功地运行。气化废水经处理后，达到欧盟和德国排放标准，排入附近河流。目前，该厂正在规划建设第二台BGL气化炉，取代其余3台鲁齐炉。
    2005年，中国云南煤化工集团与Advantica公司合作，在其下属的云南解化集团采用英国西田煤气化试验厂的设计方案改造了一台固定床加压气化炉，作为试验和示范炉，探索直接试烧当地高含水量（约35%水分）褐煤的途径。2006年7月完成炉体改造，10月初完成开车试验，达到预期目标，取得阶段性成果。云南煤化工集团已决定在云南开远市应用该熔渣气化技术建设200 kt/a甲醇/二甲醚生产装置。在获得Advantica公司的技术许可证后，该项目设计工作已经开始，预计该装置在2008年投产。
2  BGL块/碎煤熔渣气化炉工艺
    BGL气化炉炉体简单，采用常规压力容器材料制成，配有常规耐高温炉衬及循环冷却水夹套。其中，喷嘴、渣池及间歇排渣系统的设计为核心专有技术。可气化6～50mm的块/碎煤或机械型煤（劣质褐煤和粉煤经冲压制成的型煤），可参杂适量粉煤（＜10%），也可通过喷嘴喷入水煤浆或将焦油回收重新气化。BGL气化技术采用氧气和水蒸气为气化剂，气化温度在1400～1600℃，蒸汽用量大幅度减少，水蒸气分解率超过90%，氧气消耗大大低于流化床气化炉。BGL气化炉气化反应速度快、气化强度高，生产能力较同内径鲁齐炉提高2～3倍。除产出少量甲烷外，粗气组分（H2+CO）与流化床气化产出粗气类似。

图１　BGL块/碎煤熔渣气化炉示意图
表１　BGL块/碎煤熔渣气化炉典型烟煤产品气组成

3  BGL块/碎煤熔渣气化技术优点　　
    （1）综合优势强
    综合了熔渣气化技术高气化率和高气化强度的优点和鲁齐固定床加压气化技术氧耗低和炉体结构简单价格低廉的优点，克服了流化床熔渣气化技术高能耗和鲁齐固定床加压气化技术废水处理困难和成本高的弱点，具有建设投资少、周期短、生产率高、运行成本低、维护成本低的综合优势。
    （2）有效气（H2+CO）产率高
    石油焦气化，有效气＞90%；无烟煤和优质烟煤气化，有效气88%～90%；褐煤气化，有效气＞84%。
    （3）气化强度高
    BGL块（碎）煤熔渣气化炉技术在鲁齐炉内壁设计基础上加入耐火砖衬，形成简单的水夹套保护层，在炉下部沿周向安装了一组喷嘴，将混合氧气/水蒸气高压喷入炉内，形成炉内局部高温（2000℃左右）燃烧区，气化区温度在1400 ～1600℃范围，较鲁奇炉大幅度提高了气化率、成倍提高了气化强度，同时将蒸汽使用量减少到鲁齐炉消耗量的10%～15％，蒸汽分解率超过90%。绝大部分喷入炉内的水蒸气参与气化。
    （4）氧耗低
    由于兼具鲁齐固定床逆流气化和现代高温熔渣气化的优势，提高了气化热效率，使气化过程的氧耗较其他熔渣气化技术的氧耗大幅度降低，显著节省了空分等设备的投资。
    （5）废热回收成本低
    粗气的出口温度仅为300～550 ℃，提高了气化过程的热效率，节省了氧气消耗，大幅度降低了废热回收的需求和设备成本。
    （6）设备制造、运输、安装成本低
    由于BGL气化技术的设计特点，炉内靠近炉壁处温度和粗气出口处温度较低，气化炉炉体和附属设备可采用常规压力容器钢材，在中国就近加工制造，大幅度降低了制造、运输和安装的成本，大大缩短了建设周期。
    （7）冷煤气效率高
    与其他国外气化技术相比，BGL熔渣气化技术的冷煤气效率最高（＞89％），碳转化率最高（＞99.5%），热效率最高，氧耗最低，系统运行可靠性高，维护费用低。
    （8）煤种的选择范围宽
    可气化石油焦、无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，以及这些煤种的混合物；对高灰熔点煤种，仅需添加石灰石助熔剂。
    （9）煤种的适用性强
    对操作过程中煤质的变化不敏感。
    （10）资源利用率高，不带来污染
    99.5％以上的碳转化为气体，煤中剩余的矿物质在高温下熔化，经循环水激冷形成无渗滤性的玻璃质固体碎渣粒由炉底部排出。排出的熔渣无污染，可作为副产品在建筑和筑路中使用，或安全地回填或深埋。气化废水主要来自投料煤经炉内干燥后排出的冷凝蒸汽，水量小，有机物浓度高，有利于在较低生产成本下分离处理，回收的苯酚作为副产品具有较高的商业价值。在采用恰当的深度水处理技术后，可使净化后的水质达到中国河流一级排放标准要求，或全部回收作为工艺或冷却用水循环使用。
　表２　BGL块/碎煤熔渣气化技术的各项指标

4   结论
　BGL块/碎煤熔渣气化工艺是现今气化技术中最高效的技术之一，它综合了流化床熔渣气化技术高气化率和高气化强度和鲁齐固定床加压气化技术氧耗低和炉体廉价的优点，克服了流化床熔渣气化技术高能耗和鲁齐固定床加压气化技术废水处理困难和成本高的弱点，具有建设投资少、建设周期短、产气率高、气体热值高、能耗低、资源利用率高、运行和维护成本低的综合优势，同时，也是一项经过工业化规模验证成熟可靠的技术。其产出气可以应用在合成氨、甲醇、煤制油（CTL）、联合循环发电（IGCC）、制氢、燃料煤气等生产领域。采用BGL块/碎煤熔渣气化技术可为企业带来良好的经济效益。