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科林能源:创新为本 实业报国

作者:科林能源技术(北京)有限公司 浏览: 发表时间:2021-03-02 15:49:35


20年来,中国现代煤化工产业迅猛发展犹如波涛汹涌的大海,承载了无数国内外先进技术逐浪而来,绽放异彩。科林炉作为大海中一朵雀跃的浪花,在奔涌的洪流中正在汇集能量成为一股新浪潮,推动中国煤化工产业发展向着更加高效、清洁和环保的方向前行。作为煤气化行业的后起之秀,科林能源技术(北京)有限公司经过多年工程实践、技术创新、经验积累和国产化进程的推进,目前已经积蓄了足够的能量,做好了充分的准备,信心十足地站在了冲刺“十四五”的起跑线上。


                                国内最早采用科林CCG干粉煤气化炉的贵州开阳化工有限公司                                                                                科林能源工程技术人员在生产现场交流装置运行情况


首战告捷 拿下“三高”煤


煤气化技术作为现代煤化工产业的龙头,是决定后续项目成败的关键与基础。中国现代煤化工产业快速发展,离不开煤气化技术及装备的进步与发展。据业内人士介绍,我国的煤气化技术以气流床气化为主,主要有水煤浆气化和干粉煤气化2种技术路线,煤气化炉型多达20多种。这主要是由于中国煤炭资源分布广泛,资源禀赋差别大,各家煤化工企业缘于原料煤的特性,对于气化技术和气化炉性能的要求各不相同,形成了气化技术与气化炉百花争艳的格局。十几年前,壳牌炉、鲁奇炉、航天炉与德士古炉等炉型就已纷纷登场亮相,各领风骚。而那时的科林炉还是个默默无闻鲜为人知的小字辈儿,相比于有着数十台和上百台业绩的老大哥们,科林炉的存在感并不强。


2012年10月,贵州开阳化工有限公司作为第一个吃螃蟹的人,建成投产了2台日投煤量1500吨的科林CCG干粉煤气化炉,为年产50万吨合成氨项目提供合成气,单台气化炉合成气产量为70000Nm³/h,最高合成气产量为95000Nm³/h。2013年1月合成氨项目打通全流程,同年3月转入试生产,8月进入商业化运营。当时的科林炉除了在德国投产了1台日投煤量750吨的工业示范装置外,国内外没有一个工业化的工程先例。但凭借着扎实的技术功底和数据积累,科林炉没有让开阳化工失望。开阳化工负责人介绍,气化装置2012年底投料开车,经过一年多的运行摸索和优化,形成了一套针对贵州“三高”(高灰、高灰熔点、高硫)煤的科学合理的气化方案和工艺,实现了装置长周期稳定运行。“自2013年后,全厂没有因为气化装置停过车,年运行时间超过330天,各气化工艺指标均达到或优于设计指标。”该负责人如是说,言语中透露了对科林炉的赞赏之情。开阳化工首战告捷,科林炉开始在业内崭露头角。此后,科林煤气化技术又相继斩获了内蒙古康乃尔年产30万吨煤制乙二醇项目、青海矿业年产60万吨煤制烯烃项目、湖北宜化双环合成氨项目、贵州合成氨项目等,逐渐在市场上建立了高效、可靠的口碑。


                                          德国工程师在现场研究工程方案                                                                                      东方电气集团东方锅炉股份有限公司为陕煤集团乙二醇工程定制的科林粉煤气化炉整装待发


再下一城 “粗细通吃”显威力


科林炉在开阳化工的成功为其赢得了一块耀眼的铭牌——处理“三高”煤的能手。只要遇到“三高”煤,大家自然就会想到科林炉。但很快,这一印象就被另一美誉——“粗细通吃”所替代。


2018年,由于贵州当地煤炭供应紧张,开阳化工不得不从陕蒙地区采购部分烟煤作为补充,这给开阳化工带来了新的挑战。进入商业化运营5年多来,开阳化工科林气化炉一直都是采用贵州本地的劣质煤作为原料,工艺指标非常成熟、稳定。吃惯了“粗粮”,突然一下换成“细粮”,炉子会不会“消化不良”?开阳化工总工程师高宪国心中直犯嘀咕。他们第一时间与科林能源联系,双方经过充分沟通和研究,重新制订了详尽的掺烧方案,将两个煤种按1∶1的比例对工艺指标进行了调整。掺烧结果十分令人满意,原煤中的灰分从25%~30%降低至15%~20%,原煤灰组分也发生较大变化,气化炉操作温度下降,同时气化装置的煤耗和氧耗也都有大幅下降,合成气有效气体成分进一步提高,超过91%;碳转化率超过99%。检验结果一出来,高宪国悬着的心放到了肚子里。一年运行下来,科林CCG干粉煤气化炉不仅没有因为变换了原料煤种而出现任何反应不良的症状,反而在降本、增效、提质方面表现更加出色,装置运行再创佳绩。与单纯使用贵州本地煤相比,原料煤种变换后,吨氨耗煤下降约150kg,折合比煤耗下降约75kg/kNm³,比氧耗下降约20Nm³/kNm³,吨氨成本降低约150元,当年就为开阳化工创造了可观的经济效益。这次“意外”改变了业界对科林炉只能处理“三高”劣质煤的第一印象,“粗细通吃”的特质吸引了越来越多煤化工企业的目光。2019年,陕西榆林地区两个大型煤化工项目选择了科林干粉气化工艺,一个是陕煤集团榆林化学有限责任公司煤炭分质利用制新材料示范项目一期年产180万吨乙二醇工程,另一个是陕西榆林能源集团有限公司年产120万吨煤制乙二醇一期项目。


这样两个大项目选用科林气化工艺,意义非同一般。过去几十年,水煤浆气化技术在陕西榆林地区的煤化工产业中一统天下,大家有一种定势思维,认为在这里的煤种用水煤浆气化技术是最好的。科林干粉煤气化工艺在此异军突起,意味着科林炉在经济性、煤种适应性以及节能环保方面的优势得到榆林地区煤化工企业的高度认可。


当然,两家榆林的煤化工企业勇于做出变革也并非一时冲动之举。在气化工艺选型前期,陕煤集团榆林化学有限责任公司项目负责人曾多次南下,对开阳化工正在运行的两套日投煤量1500吨科林CCG干粉煤气化装置进行了深入细致的考察,经过多方考察和深思熟虑,才决定选用科林炉。



德国技术 打造硬实力


煤化工产业业内人士都知道,“三高”煤是煤气化过程中最难对付的煤种。那么,一个名不见经传的科林炉为何能啃下这块硬骨头?

科林能源技术(北京)有限公司总裁李曙光揭开了其中的奥秘。她介绍说,科林炉是德国科林工业技术公司的专利产品,带有纯正的德国基因,汇集了德国研发团队几十年的智慧结晶。德国是现代煤气化技术的诞生地,德国科林工业技术公司前身是闻名遐迩的东德燃料工业研究所。


上世纪70年代石油危机暴发时,东德燃料工业研究所开始研究如何将当地丰富的褐煤资源转化成燃气作为能源使用。1984年,东德燃料工业研究所就在黑水泵市建成了1套200MWth褐煤气化制燃气的工业化装置,持续运行了多年。1990年,东德燃料工业研究所主任Bodo Wolf(波多·沃尔夫)博士带领研究所和黑水泵厂技术骨干创立了科林工业技术公司,股东还包括戴姆勒—奔驰公司、荷兰皇家壳牌公司、大众汽车公司,总投资1亿欧元。1997年,科林工业技术公司在黑水泵气化厂工业化装置基础上完成工艺优化,形成科林CCG干粉煤气化技术。过去50多年里,研发团队一直秉持着德国科学家特有的严谨认真的工作态度和精神,对世界各地近百种原料煤进行了试烧实验,收集整理出完整的煤种数据,建立了世界上最为完善的气化数据库、气化用煤理论体系、配煤及配灰方案,在干粉煤气流床气化技术领域拥有独立完整的知识产权体系及工业解决方案。目前,他们在世界知识产权组织、美国、德国、加拿大、中国等地拥有42个专利群组、92项专利,在工艺研发、设计、制造及运行方面也积累了大量经验。“德国人特有的严谨科学的做事风格成就了科林炉的核心技术,装备的每一细节、工艺的每一个参数都是经得起推敲和考验的。我们将50多年德国团队的技术积淀及强大工艺开发能力与中国团队工程化能力相结合,让这项技术得以在中国的土地上开花结果。”李曙光表示。


顶置多喷嘴 凸显诸多优势

“科林炉是世界上唯一采用顶置多喷嘴(3+1)设计的气化炉,这样的设计为煤粉的充分气化提供了诸多有利条件,提升了科林炉的煤气化能力。”科林能源技术(北京)有限公司技术责任人这样表示。据介绍,顶置多喷嘴设计带来强大的气化功效包括:多烧嘴的流场均匀,原料平均停留时间长;气化炉回流区均匀,颗粒被炉壁捕捉的机率高;顶部回流区域温度和区域回流速度均匀,确保顶部挂渣的均匀度和烧嘴的长周期稳定运行;多喷嘴顶置下喷使高温合成气与灰渣流向相同,可以确保气化反应室排渣顺畅等。


科林CCG干粉煤气化技术的四大优势体现在:

一是煤种适应性广,原料成本低。科林CCG干粉煤气化技术适用于各种烟煤、无烟煤、褐煤及石油焦等原料的洁净气化,包括高灰分、高硫分、高灰熔点的劣质煤种,对煤的热稳定性、机械强度、成浆性、黏结性、结焦性等没有特定要求,可选择范围广,有效降低原料成本。


二是3+1喷嘴顶置结构,流场分布均匀。3+1喷嘴顶置结构保证煤粉在气化炉反应空间的均匀分布,实现更高的转化效率,碳转化率98%~99%,冷煤气效率81%~83%,合成气有效气含量88%~93%。3+1喷嘴顶置结构提高了气化炉内灰渣返混效果,更好地实现水冷壁(特别是炉拱顶)挂渣,气化炉允许更高的操作温度,可使用更高灰熔点的煤作为气化原料。


三是投资及运行费用低。CCG干粉煤气化技术工艺流程短,设备结构紧凑,设备国产化率高,装置建设投资低。独特的长明灯烧嘴设计,可实现高压投料,气化炉从冷态开车时间到满负荷运行仅需1~2小时,热态开车可在半小时内完成,开车时间缩短,开车放空减少,运行费用降低。


四是安全环保性高。CCG干粉煤气化装置固体排放物中渣灰比为7:3;粗渣占60%~70%,残碳量低于1%,可作为建筑材料,细灰可直接掺混到锅炉燃料煤中;废水排放量小,废水中不含苯、酚等有毒物质;独特的长明灯烧嘴设计,保证气化装置在正常运行过程中突发事故停车时的绝对安全。


洋为中用 推进国产化


尽管拥有众多的技术优势,但一项源于德国的煤气化技术,想要在竞争激烈的中国市场站稳脚跟谈何容易。2012年,科林炉在开阳化工的成功投运,让独具慧眼的中方投资人看到了其深厚的技术底蕴和发展潜力,在得到国家发改委和北京市商委的批复后,中方资本100%控股了科林工业技术公司,拥有了全部的数据库、商标和知识产权,在保留原有技术团队基础上,还引进新的煤气化专家团队。2013年,科林能源技术(北京)有限公司成立,总部设在北京,技术及研发中心仍设在位于德国萨克森州德累斯顿市的原德国科林公司。一家致力于煤炭清洁高效利用的中西合璧的高科技公司就这样诞生了。但科林炉的市场推广之路并非一帆风顺。在开阳化工的项目完成后,多家公司与科林能源签订了合作协议。可是阴差阳错,签约的项目因各种原因,最后都无果而终。那段岁月对科林能源而言是艰难的。但在科林能源董事长单育兵心中,对科林炉的那份执着从未被消磨过。他坚信,是金子总会发光,好技术终有用武之地,我国要实现煤化工产业高质量转型发展的目标,就少不了国际领先技术的支撑。他心中始终坚守着技术为本、实业报国的坚定信念。在困难和挑战面前,科林能源没有退缩而是选择了迎难而上。他们一方面与客户多方沟通交流,寻求新的合作机会;另一方面卧薪尝胆苦炼内功,用3年多的时间,在装备和技术上做了大量的改进与创新,在日投煤量1500吨的基础上,开发了2000吨/日、3000吨/日炉型,满足了煤化工产业大型化发展的需要。


自2016年起,科林能源与山西煤化所长期开展煤质和煤化学的研究合作;与东南大学开展了加压条件下各种煤粉输送方式的研究合作。2019年,科林能源与陕煤集团签署了合作协议,共同开发焦粉与高浓度有机废液共气化技术项目,为煤化工产业高浓度有机废液的有效利用及节能减排提供全新的解决方案。为更好适应煤化工上下游流程的匹配以及对煤种多样性带来的挑战,科林能源近期研发完成了2000吨级和3000吨级水煤浆气化工艺包设计,目前正在进行5000吨级顶置多喷嘴水煤浆气化工艺的开发。在不断提升技术创新能力的同时,科林能源加强了团队建设,招贤纳士,引入高端技术人才加盟,提升了团队的市场开发与技术服务能力。


一分耕耘一分收获,科林能源在煤气化技术上的创新也得到了国家相关部门的高度认可。2016~2019年,科林CCG煤气化技术被列为《国家重点节能低碳技术推广目录》;2017年获得第19届中国专利优秀奖;2018年获得北京市新技术新产品证书;2019年获得国家高新技术企业证书;2020年获得中关村高新技术企业证书。在技术推广和工程服务实现本地化的同时,科林能源一直在加快推进装备制造国产化的进程。2016年,科林能源与东方电气集团东方锅炉股份有限公司、西安航天源动力有限公司签订了设备授权制造协议,依托两家公司雄厚的装备制造加工能力,实现了核心专利设备100%的国产化。


2020年12月21日,由东方锅炉为陕煤榆林年产180万吨乙二醇工程定制的科林CCG粉煤气化炉已经运到工程建设现场。今年年底前这个由中国自主制造的长22米、重达280吨的大型气化设备即将矗立在榆林这片煤化工产业的热土上,标志着科林炉“十四五”的新征程由此开启。


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