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主流煤气化技术及市场情况系列展示（之七）GE辐射废锅气化技术技术拥有单位：通用电气（GeneralElectric）水煤浆气化技术（GEGP）是已经被证实的成熟技术，具有超过40年的稳定运行经验。上世纪80年代，GE向中国输出了第一套水煤浆气化技术，目前，在中国的炼厂供氢、合成气制丁辛醇等高附加值应用领域，GE气化技术占有较大市场份额，在煤制甲醇（制烯烃）、煤制合成氨等传统领域亦获得广泛应用；同时，GE气化技术正大力拓展煤制油（间接液化）、煤制乙二醇、煤制天然气、煤气化联合循环发电（IGCC）及其多联产等现代煤炭深加工领域的应用。GE目前已经在15个国家的71个工厂有155台正在运行的气化炉。GE气化技术在中国应用非常广泛，已经在中国签署了近60个技术使用许可协议，并取得非常优异的运行业绩，可靠性达到99%以上。2013年4月，采用GE水煤浆65Bar高压气化工艺的齐鲁石化第二化肥厂，创下了长达481天的国内气化装置最长周期运行记录。齐鲁石化气化装置建成于2008年10月，在2012年中石化集团公司专业考核中，该套装置的运行周期、运转率、氢气综合能耗等指标均为同类装置最佳。此前，金陵石化采用GE水煤浆45Bar气化压力装置也曾创下连续运行479天的长周期运行纪录。2012年5月10日，神华集团全资子公司中国神华煤制油化工有限公司与通用电气（中国）有限公司合资组建通用电气神华气化技术有限公司。双方致力于打造一家以科技研发为主业的高新技术公司，为工业和发电项目提供气化技术许可，从事与气化和清洁煤技术有关的研究，共同开发整体煤气化联合循环发电（IGCC）市场。根据合成气传热方式的不同，GE煤气化技术已拥有激冷流程、全废锅流程和半废锅流程。本文重点介绍的是半废锅流程，即辐射废锅（RSC-RadiantSyngasCooler）气化技术。一、整体工艺特点1、主要技术：采用半废锅流程辐射废锅气化技术，是通过废热锅炉回收合成气的反应热，并实现对合成气降温的目的。该技术具有以下特点：（1）采用半废锅流程，取消了对流废锅，增加了激冷室，去掉了粗合成气与净化气热交换的工序，提高了在线率，降低了因对流锅炉堵的问题。改进了接口和渗透处的密封设计。（2）气化压力为4.0Mpa，单炉投煤量2500吨/天。（3）有效合成气产量可达400万标立方米/天以上。（4）可使用高硫、高氯煤种。（5）通过激冷段与辐射废锅段的合理布置，以灵活调节气化炉的水汽比。（6）单台炉可产230～290吨11.0MPa或更高的高压饱和蒸汽。RSC副产的蒸汽量在用于煤气化下游工艺后，几乎无需再配备独立的锅炉用于产生额外蒸汽或电力，节约了大量燃煤，也降低了使用燃煤锅炉带来的污染物排放。以国内180万吨煤制甲醇项目为例，采用辐射废锅技术后，每小时可节省燃料煤约35吨标煤，减少二氧化碳排放约100吨，减少二氧化硫排放约100Kg，氮氧化物排放约100Kg。2、配套技术：新一代耐火砖技术辐射废锅气化技术采用专有的耐火衬砌系统（GE二代耐火材料）。GE创新型衬砌系统有助于延长气化炉运行的生命周期和总体在线率。同时，相较标准的商用耐火技术，其维护成本更低。例如，美国IGCC电厂使用的GE的衬砌系统的使用寿命就比标准系统长50%，同时电厂的整体开工率也有大幅提高。GE气化炉采用的耐火材料衬里由陶瓷砖块以及灰泥组成，耐火衬里用来保护承载高温反应的气化炉壳体和对抗熔渣的侵蚀，还可以为开车提供热量的存储以及缓和气化反应过程。GE针对气化过程中耐火砖的龟裂和损坏等问题开发了新型的先进的耐火砖技术，通过使用特有的化合物以及渗镀工艺降低了高铬陶瓷砖向火面的孔隙率进而提高了使用性能，减少了由于腐蚀而造成的损坏，提高了使用寿命，它可以减少砖表面相互连通的孔道以减少熔渣的流通路径并促进化学物质的相互反应来增加局部的熔渣粘度。实验室测试显示：GE先进耐火砖的预计使用寿命可达到传统耐火砖寿命的2倍（目前中国市场的耐火砖寿命大约在6个月（渣口部分）；GE先进耐火砖的预计使用寿命可以达到1到2年）。3、配套技术：新一代烧嘴技术近年来，GE在气化炉烧嘴进行了很多研究，并开发出新一代的烧嘴。目前GE在中国的烧嘴国产化主要是通过在沈阳的GE-黎明合资工厂生产。气化炉进料会发生热循环导致的烧嘴外喷头龟裂，主要由于固体进料会加速烧嘴内部的磨损和外部的腐蚀，为了减少喷头磨损而延长该部分使用寿命，GE已经为中喷头开发出先进的抗磨损涂层。GE气化炉应用商实际运行表明，带涂层的中喷头使用寿命从原来的25～30天延长到超过80天。GE目前新开发了采用陶瓷衬套来减轻外喷头的龟裂，相比目前通常的外喷头45～60天的使用寿命，陶瓷衬套烧嘴将会使外喷头的使用寿命提高2倍到3倍。4、技术优势以国内180万吨煤制甲醇制烯烃案例为研究对象，分析采用RSC辐射废热锅炉回收热量气化工艺、及87MPa高压气化工艺，对煤制烯烃整体产业链能效提高的重大意义（下图煤制烯烃能效界区为：煤制烯烃、烯烃分离并产出聚合级烯烃）。二、技术特点参数表气化技术类型高能效辐射废锅气化工艺气化技术名称GEGP气化炉组合方式最大单炉投煤量3000吨/天，最高气化压力等级87MPa，高效单喷嘴、RSC辐射废锅进料方式水煤浆湿法进料，全球唯一能提供气（天然气）、固（煤、石油焦）、液（渣油）三相分别进料和同时混合进料的气化技术专利商喷嘴类型和特点单喷嘴顶喷，新一代长寿命烧嘴，结构简单，维护成本低耐火衬里新一代高铬高性能耐火砖，确保煤的高转化率合成气冷却方式激冷+辐射废热锅炉；辐射废热锅炉+对流废热锅炉气化介质氧气、水蒸汽技术运行的阶段超过60年的工业运行经验运行周期国内6.5MPa高压气化装置连续稳定运行周期最长达481天煤的粒度范围原煤粒度不限，入炉煤浆中煤粉颗粒44～2380微米煤的工业分析灰熔点1350摄氏度（或加助溶剂可降低水煤浆灰熔点至此数值），成浆浓度56%～70%以上（根据煤种不同，以确定最具经济性的煤浆浓度）。GE有自己的延伸式制浆技术，将水煤浆提浓与气化设计做一体化考虑。操作条件气化压力范围:40MPa～87MPa：负荷范围：60%～110%粗煤气的组成（典型，干基）CO：43%～46%；H2：32%～35%；CO2：12%～24%工艺指标（典型值）氧耗根据煤种不同，生产1000标准立方有效合成气氧耗为360～420标准立方煤耗根据煤种不同，生产1000标准立方有效合成气煤耗为560～670千克碳转化率96%～99%适合工业领域甲醇（烯烃）、合成油、天然气、乙二醇、氢气（炼厂供氢、丁辛醇、合成氨）、化工发电多联产、炼油多联产、IGCC三、市场应用情况2004年GE收购德士古气化工艺后，针对中国现代煤炭深加工产业的发展规划和要求，在煤种适应性、大型化、能效提高等方面做了大量技术突破，并确保在这些技术更新首先获得国外充分工业化验证后，逐步投入中国市场实现产业化。1984年5月建成的美国能源部支持的冷水电站项目采用GE辐射废锅气化技术，这是一个商业示范项目，1989年该项目完成其商业示范。1996年投运的美国福罗里达州的TAMPA电厂，净发电250MW，采用1台GE辐射废锅气化炉，1台IGCC燃气轮机，气化炉单台投煤量2300吨/天，压力4.0Mpa，采用全废锅流程，通过辐射废锅和对流废锅副产高压蒸汽。TAMPA电站的气化炉试验了30多种煤种，以及混烧石油焦的气化试验，为辐射废锅气化技术积累了丰富的工业及运行经验。目前，该电厂仍在稳定运行，采用75%的石油焦+25%的煤，年运行时间约7700小时，气化炉耐火砖3年换一次，烧嘴1年换一次，充分验证的大型气化炉（投煤量2300吨/天）长周期运行的可靠性与稳定性。在国内，神华宁煤集团于上世纪80年代后期从德士古Texaco（现GE气化）引进的辐射废锅气化技术，目前应用于其25万吨/年煤制甲醇厂，采用3台辐射废锅气化炉（2开1备），从目前运行情况看，气化炉可副产101吨/小时以上10.0MPa高压饱和蒸汽，该蒸汽可发电23,280KWh，通过回收气化炉余热发电后，不仅可解决项目本身所需电量，而且尚有富余电量供该厂其他装置使用。2012年底采用GE辐射废锅气化技术的美国杜克能源（DUKE）电厂建成，成为全球最大的IGCC电厂。DUKE电厂净发电量618MW，采用印第安纳本地煤，配置2台GE辐射废锅气化炉（无备炉），单台投煤量2400-2800吨/天，压力4.0Mpa，气化炉采用半废锅流程，取消了对流废锅，增加激冷室。此外，配置2台7F燃气轮机发电机组，2台GE360MW/蒸气轮机组，天然气作为备用燃料用于启动或备用燃料。2013年6月7日，DUKE电厂正式宣布进入商业化运行。DUKE电厂的开车和商业化运行，也是GE气化在大型辐射废锅的技术开发和应用上的一个重要里程碑，对中国大型项目的高效解决方案会有很大的借鉴意义。四、最新动态GE的辐射废锅气化技术可以有效提高现代煤化工等项目的能源利用效率，并已在世界上最大的IGCC电厂得到应用，技术成熟可靠，在我国具有较广阔的应用前景。结合中国项目建设和运行的特点，GE气化技术应该充分借鉴国外的项目设计和运行经验，为中国的项目建设提供可靠的经济的解决方案，使得项目能够实现顺利的建设、开车、达产，和尽早进入商业化运营。