各种加压气流床煤气化工艺的发展现状及存在问题的解决途径探讨

2006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集各种加压气流床煤气化工艺的发展现状及 存在问题的解决途径探讨陈家仁 (中国神华集团煤制油公司)1前言2加压气流床气化工艺的气化特征及现有工 艺的分类随着煤气化联合循环发电(IGCC)、煤制油(CTL)、煤制烯烃(MTP&MTO)等煤化工技术的发展， 气流床气化工艺通常采用很细的煤粉(85以上 用煤生产合成气和燃气的加压气流床气化工艺近年 小于01mm)或水煤浆(其中大部分煤的粒度也要小 来有了较快的发展。八十年代初开发成功的水煤浆气 于01mm)与气化剂(一般采用纯氧)在很高的温度下 化工艺德士古(Texaco)已在我国鲁南、上海焦进行瞬间的火炬式燃烧、还原反应，形成部分氧化反 化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等厂投入生应生成以CO+H：为主体的合成气。该工艺的特征是 产，情况良好。在荷兰IGCC厂取得成功运行的壳牌 高温、液渣、用细粉煤和纯氧、高速的瞬间火炬气化反 干粉加压气化技术，在我国获得了洞氮、云天化、双应(一般几秒或零点几秒内完成气化反应)，单炉生产 环、安庆等十余个项目合同，这些项目将于今后几年 能力大(台炉每天气化煤量可高达几千吨)，合成气中 陆续投产。前民主德国燃料研究所(DBI)在黑水泵厂 甲烷含量很少，更没有烃类物质，合成气净化较简 开发的千煤粉下喷式GSP技术也将在淮化、江苏宜兴单。 的灵谷化工有限公司及宁夏煤业集团的煤化工厂投现有的气流床气化工艺按进料方式不同可分成 入建设。上海华东理工大学和兖州煤业集团等合作自 于煤粉进料和水煤浆进料两大类；以炉内气流方向 主开发的多喷嘴水煤浆下喷式气化技术在山东华鲁分，可分为上行和下行两类；以工艺流程可分为废锅 恒升750吨天炉的成功运行基础上，又在鲁南国泰 型和直接水激冷型两类；按喷嘴的数量和布置来分， 厂的1150吨天的气化炉上顺利投产，现正经历着长又可分为单喷嘴直喷和多喷嘴对喷两类；以气化炉内 周期运行的考验。该校在多喷嘴干煤粉下喷式气化技是否衬有耐火保温材料来分，又有热炉壁和水冷壁两术的开发方面也取得了一些进展，用CO：作为载气的 种；以进料方式又有一段和两段两种，详见表l所列。45吨天的热壁炉试验结果十分鼓舞人心，今年正准备进行冷炉壁的试验。希望“十一五”期间日处理3各类气流床煤气化技术的发展现状及目前1000吨级的商业化示范装置的投入运行会给大家带 存在的问题来好消息。科技部组织的加压两段干粉煤气流床气化技术小试验结果也有一些报道，最近在渭化通过验常压的粉煤气流床气化工艺KT炉早在上个世 收。纪50年代就已工业化了，当时就有几十套合成氨厂 在我国，目前不少煤化工合成气生产企业都在选用KT炉生产化工合成气，但是加压的气流床气化 择适合自己的气化工艺技术，有不少想采用气流床气工艺则花费了近30年的时间，到上世纪80年代才开 化工艺。本文提供的情况，希望这些企业在选择技术发成功，那就是用水煤浆的德士古气化工艺(Texaco) 时能有所借签，对技术的开发商来说，在改进自己的 和EGas。真正的加压干粉煤气流床气化工艺壳 技术方面希望也能给他们有所帮助。牌(Shell)、普兰福(Prenflo)和GSP直到90年代才实现一862006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集干粉进料+水煤浆进料 * +上行制气 + 十下行制气 + + +废锅型 + *IGCC女*IGCC(注)水激冷型 +合成气 +合成气 +单喷嘴直喷 t +多喷嘴对喷 + 4 + 耐火砖热壁 + + + 水管膜冷壁 + +两段或一段 一段 一段 两段 一段 般注：GSP工艺的废锅型工艺只在图纸上见过，并无实际运行的案例。工业化，而国产化的水煤浆加压气流床气化工艺，即 转向“车式泵”等其他于式加煤研究；德士古公司则因 华东理工大学的多喷嘴气化炉在2005年才实现商业 美国煤的灰分较低，水煤浆的制备技术当时也已提高 化。 到70以上，耐高温耐火材料也可达到两年以上的寿31德士古气化技术命，而决定采用直接喷水煤浆的办法并于80年代初 在上世纪60年代初，德士古公司和上海化工研获得成功。究院氮肥室都采用了将水煤浆先加压后进入一个快 从表1可知德士古气化技术是下喷式单喷嘴水煤速加热器，将煤浆快速干燥成千煤粉和水蒸气，将蒸 浆气化技术，在它应用的工程项目中，大部分是采用 汽分离后的煤粉加入炉内气化。这项工艺的实质还是 水激冷工艺流程，但在用于IGCC发电项目的(Cool 干煤粉的工艺，只是把水煤浆作为一种较为方便的加 water和Tampa)，也采用废锅流程。单炉容量目前最大 压给煤的手段。因为搞煤气化的人都知道，煤中加入 可达2000洲，操作压力大都采用40MPa、65MPa，少 了近一半的水，煤中还有灰，煤浆中可燃物太低，不利 数项目也已达到84 MPa。经多年开发应用，在国外已于气化炉内热平衡的维持和气化效率的提高。不幸的 有多家厂应用，如表2所列。 是煤浆快速加热时，煤浆在加热管内产生结垢成块和我国引进该技术最早的是山东鲁南化肥厂，于 堵塞现象，干煤粉出来时，时断时续，很不稳定，德士 1993年投产以来，后来又有若干厂使用，目前已有近 古公司和上海化工研究院的研究都没有成功。上海院 十来家，如表3所列。表2国外德士古装置情况一87一2006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集德士古气化技术经过近30年的应用，无疑是成气从高温降到8009000C，使煤气中夹带的高温熔渣 熟的技术。我国应用也已近20年，从技术的掌握和操激冷成固态颗粒，便于在后边除去。有关该工艺的报 作的熟练，设备的国产化和配套的耐火材料的制造都道资料较少，但可以分析其二段喷浆后温度降低，煤 有较大的优势。它的主要优点是水煤浆带来的，即较气中的甲烷含量必然会有所增加，气体中带的煤粉也 易把压力升上去，南化的气化炉压力达到了84兆会增加。前者对合成气生产不利，后者就要求煤粉的 巴，这样就可能实现甲醇的等压合成，对合成气的生回收利用。热炉壁的耐火材料选择和寿命都是较麻烦 产十分有利。它存在的主要问题也与水煤浆有关，水 的问题，开发者称他们在这方面为了学到一些东西就 煤浆中有将近40的水，使它的热值降低。对煤质的 化了上亿的美金。 限制变得较严格，如成浆性能差的煤，灰分较高、灰熔33壳牌(Shell)和普兰福(Prenflo)气化技术 点高的煤经济性较差；气化效率相对较低(碳转化效 这两种气化工艺是十分相似的，都是多喷嘴上行 率约为94-95，气化效率-65)比氧耗是各种气流 干煤粉气化工艺，都采用冷炉壁，冷煤气回炉激冷热 床气化工艺中最高的，约为400Nm3Km3(CO+H：)；必煤气，煤气冷却都用废锅。其主要差别在于废锅的设 须采用热炉壁，价格昂贵的高级热面砖(每炉约为1置上，壳牌在经过桥管后在侧边设置而普兰福在顶 百万美元，国产的约为50万美元)的寿命不到两年，部。这是因为普兰福的开发者，克虏伯一科伯斯15万美元的喷嘴只能运行2个月就要拆下修理。 (KruppKoppers)公司在上世纪50年代开发的常压的32EGas气化技术粉煤气化工艺KT(KoppersTotzek)炉时，就用这种结 该技术最早由DOW化学公司开发成功，在DOW构。1978年两家曾合作开发了一个150吨天的气化 化学公司的路易斯安娜煤气化工艺公司的厂内，建立装置，起名叫谢尔一科帕斯(ShellKoppers)。分开后， 了商业化的示范装置(LGTI)，设计能力为1430吨 壳牌在其美国德克萨斯州休斯顿的迪尔帕克(Deer 天，产品气用于IGCC发电(160MW)。90年代，该工艺 Park)加工厂建了一个SCGPl装置，能力为250吨由DOW化学公司下属的德士泰(Destec)公司经营，改 (烟煤)-400吨(褐煤)天，经15000小时运行，试验了 名为Destec技术，在美国印第安纳州的Wabash电厂 十多种不同的原料和不同的喷嘴结构，这为1989年 改造项目中应用了本技术，单炉规模为2500W，运行 荷兰德姆克勒(Demkolec)IGCC电厂的2000吨天的 结果还不错。由于二段喷入水煤浆的作用热效率比德装置打好了基础。位于博格能(Buggnum)的德姆克勒 士古IGCC的略高，以后又改名为目前的EGas气化电厂于1993年完工，投入示范运行，1998年1月转工艺。本工艺为水煤浆进料两段式多喷嘴对喷上行制 入商业运行。在这基础上，由于它的煤种适应性较宽， 气工艺，在第二段喷入约20的水煤浆与一段出来的 和热效率较高的优点吸引了我国的煤化工业界，纷纷 高温煤气相作用，产生部分气化反应的同时，也把煤 要想采用，目前已有十余家，详见表4所示。一88一2006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集克虏伯公司在与壳牌公司分开后，在福尔斯顿豪 士诺尔公司拥有，后来瑞士索斯泰克公司收购了 森(Furstenhausen)另建了一个48吨天的试验装置， 该技术，2005年5月我国神华宁煤集团与他们组建 为其西班牙普脱兰诺(Pueaollano)2600吨，天示范项 北京索斯泰克公司在我国推广这项技术。GSP技术采 目准备了技术条件。由于克虏伯公司曾在常压粉煤气用了干煤粉进料、水冷膜壁，既扩大了煤种范围，又避 流床气化工艺的工业化上拥有的丰富经验和48吨 开了耐火砖的麻烦。下喷的直接水激冷使其设备造价 天装置的加煤和出灰部分设计都是按照大容量来考 大幅度下降，激冷后合成气中的水蒸气也基本能满足 虑的，因此西班牙的气化炉的开车、运行还比较顺利。 后工段变换使用。不少我国的煤化工界专家对本工艺 克虏伯公司与伍德合并后，干煤粉加压气流床气化技 技术寄予厚望，这是因为大家都看到了干粉气化的 术据称已转给老伙伴壳牌公司，故壳牌有时也称拥有 诸多优点，如：适用煤种广、效率高、可用水冷壁、氧耗 西班牙2600吨天的气化炉。 低，不少原来搞了很长时间水煤浆气化的专家都转向 加压对合成气的生产是十分重要的，它不但能提干粉气化。GSP气化技术的另一好处在于其装置投资高气化炉的生产能力，还可大量减少合成气的压缩功 低，工艺流程简单，这就克服了壳牌的致命弱点。 耗。干煤粉加压技术较为困难，因此，起初有人想到用原来在黑水泵现场工作过的一些技术人员在上 水煤浆加压再干燥(德士古)，如前所说失败后改为直海成立了一个叫“科林”(CHOREN INDUSTRIES)的 接喷浆；或用锁式料斗系统，用卸压冲压的间歇工艺公司也声称拥有GSP的技术，但在技术全面等方面， 将干煤粉料斗压力升上去。由于受石油、天然气冲击 尚有一些差距。必须看到，GSP气化技术在单炉能力 的影响，粉煤气流床气化从常压到加压的研究开发工和生产长期运行考验方面还存在不足，目前已运行过 作进行了近40年，才工业化成熟，足见其难度之大。 的装置，单炉能力只有720吨天(褐煤)的规模，运行 本工艺的最大缺点是投资高，设备造价过高；干燥、磨时间的记录也不是很长，2000吨天的装置还需几年 煤、高压氮气及回炉激冷用合成气的加压所需的功耗后才能在宁夏投人生产、淮化的淮北厂和江苏宜兴的 较大等。灵谷集团将采用的是一1000吨天规模的。估计目前生34 GSP气化工艺技术 产企业采用设计能力1000吨天以下的气化炉，应该 GSP气化技术是20世纪70年代前民主德国燃不会有太大的风险。在放大时，一般单喷嘴容易受到 料研究所开发的单喷嘴下喷式干煤粉加压气流床气限制，这也是应该考虑的。在GSP气化炉的喷嘴中心 化技术，根据煤气用途不同可用直接水激冷，如化工装置了一个点火喷嘴，点火初期用天然气，生产时可 合成气用户；也可用废锅回收热量，产生高压蒸汽，如 以改用返炉合成气，有的专家认为这是一个缺点。但 IGCC发电用户。该技术在德国统一后，起初为普鲁 返炉气燃烧后的产物还是返回合成气中，没有浪费一892006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集掉，有了它操作会更安全些。 委“十五”重大技术装备研制项目的支持下，通过专利35华东理工大学的多喷嘴水煤浆加压气流床气化 实施许可的方式，多喷嘴对置式水煤浆气化技术应用 工艺技术 于山东德州华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥国产 本项技术是“九五”期间由华东理工大学、水煤浆 化工程，建设一套多喷嘴对置式水煤浆气化装置 气化及煤化工国家工程研究中心(兖矿鲁南化肥厂)、 (65MPa，750吨天)，装置于2005年6月初正式投入 中国天辰化学工程公司合作开发的。2000年10月通运行。总体上讲，各装置运行没有根本性问题，只是在 过国家石油和化学工业局组织的鉴定和验收。“十五” 炉顶部高径比设计上取得过小，导致顶部的耐火砖侵 期间列为国家高新技术研究发展计划(863计划)重 蚀较快，有待改进。他们已针对问题采取措施，估计很 大课题“新型水煤浆气化技术”，进入商业化示范阶 快就会解决这些问题。根据运行统计数据表明，由于 段。示范厂为兖矿国泰化工有限公司，利用两套日处 多喷嘴对喷比单喷嘴相应增加了气固相的相对速度， 理煤1150吨天的多喷嘴对置式水煤浆气化炉 有利于提高碳转化率，达到98(单喷嘴只有 (40MPa)配套生产24万吨甲醇，联产718MW发电，95)，从而提高了合成气产率和降低了比煤耗和比装置已于2005年lO月投入运行，最近两套气化装置 氧耗，详见表5。 都已投入运行，正在进行长期运行考验。在国家发改 当然这种技术还是用水煤浆，还会用耐火砖，水表5多喷嘴对置式水煤浆气化技术运行指标煤浆气化本身的弊病如：效率低下、氧耗高、对煤质要 为了考虑降低合成气中的氮含量，研究组还成功 求高、耐火砖寿命短、喷嘴寿命不长等，不会有根本性 地进行了近80小时的用CO：代替N：作为载气的试 的改变，多喷嘴多路控制系统还增加了设备投资和维 验，所得到的合成气中的氮气含量可达到1以下，如 修工作量。 表7所示。36华东理工大学粉煤加压气化制备合成气新技术目前该项目正在进行冷炉壁炉的开发、试验工作 该技术是在科技部主持下，以已有的多喷嘴对置及工业放大示范。冷炉壁炉改造项目可望年内完成， 式中试炉为依托，由上述三家合作完成的国家“十五”投入试验。本技术在单炉能力放大上比GSP工艺要容 科技攻关课题。由于原炉内衬有耐火砖，炉温控制受易些，但对多喷嘴要增加控制的投入和维修的工作 限在14000C以下，压力20-30MPa，处理能力15-45量，结构的设计和顶部的炉温控制也要考虑周密(尤 吨煤天。2004年12月21 13通过科技部主持的课题其是热壁炉阶段)。对于干粉气化工艺中的高温测量 专家委员会72小时运行考核验收，工艺指标如表6和过氧连锁安全系统也切不可掉以轻心，一定要确保所示。 万无一失。袭6多喷嘴对置式干粉煤气化试验运行结果项目名称数值 有效气成分含量(CO+H2)碳转化率 比煤耗，kgkm3(CO+H2)(原料煤：灰分1003，LHV：2717kJ&g) 比氧耗，Nm302，kin3(C0+H2)，氧气浓度：996比蒸汽耗，keCl,m3(CO+H2)，温度：430，压力：38MPa冷煤气效率鼽啦铷姗m趴 蚴蚴踟毒|蚴蝴一90一2006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集37两段喷干煤粉的气流床加压气化炉技术 水煤浆。因为大家都知道水煤浆中近40的水会吸收 本工艺技术是由西安热工院等单位在科技部支大量的热，使气化反应的热平衡很难维持，反应结果 持下开发的，相当于用干煤粉的EGas炉。其思路是会很差。水煤浆气化技术与耐火砖内层是互为依存的 用干煤粉后，就可以采用冷壁炉结构，避免非要采用一对，没有好的耐火砖内衬，水煤浆气化的效果就会 令人感到困扰的耐火材料问题。同时又可得到像两段很差。但是，用了耐火砖就像套上了紧箍咒，有它的负 给料的热效率较高的好处。目的是为了开发一种适合面影响。为了维持耐火砖的一定寿命，炉内的操作温 IGCC用的燃气生产技术。该项目工作进展较慢，目前度不得高过1400。C。煤浆浓度对煤的成浆性有要求； 还处在初期小试验阶段，距工业化尚遥远。小试结果对煤中的灰含量和灰熔点也会有要求等等，这些要求 有些报道，最近渭化的小试装置也已通过验收，在本造成可用煤的范围变窄。因此水煤浆进料的核心问题 文中只是提及而已。 在于其中的可燃物太少，热值太低。其根本性问题是 要提高煤浆的可燃物含量，目前不少用户采用低灰的4对各类气流床加压气化技术中存在问题及洗精煤(如鲁南化肥厂)石油焦(如金陵石化)的办法 其解决途径的探讨 是一种途径；也可以在液体上想些办法，如搞些掺油 类的水油煤浆，意图在于提高煤浆的热值。一旦煤浆粉煤气流床气化工艺技术的种类不少，以前各国 的热值提高到与煤相差无几时，气化炉内也可采用水 试验过的一些熔渣池气化技术也可以归入其中，或部 冷膜壁，免去了耐火砖的困扰，比氧耗、比煤耗都会下 分归人其中，如：萨尔伯格一奥托，SaarbergOtto(单筒 降，煤种的适应范围也可扩大。 熔渣炉)；涡流式的液渣气化炉(文革期间由广西化工42冷炉壁和耐火砖热炉壁 研究所开发)和类似的日本住友株式会社的气化炉 对于高温熔渣出灰的粉煤加压气流床气化技术 等。但对于加压气流床气化来说，目前工业生产上比来说，冷、热炉壁主要是涉及炉壁材料保护和热损失 较成熟的也就如表1所述的这些。在这些工艺中有的 大小的问题。内衬耐高温熔渣侵蚀的耐火砖外加保温 成熟些，有的单炉容量大些，有的效率高些，有的投资层的热炉壁比水冷管膜外喷涂炭化硅保护层的冷炉 低些，有的适应的煤种范围宽些，有的因应用时间长壁要大量减少炉壁的热量损失，有利于较好气化热平 而在设备的国产化方面占优势等，这些现实上的差别衡的实现。但要有这样长期耐高温熔渣冲蚀的耐火材 使人们在气化技术的优化选择上产生了困惑。本文想料是不容易的，它必须用耐高温的原料如氧化铬、氧 通过以下分析来提供一些资料，供大家分析参考。在化锆、氧化镁等；要在渣砖界面能形成尖晶石结构的 具体的气化工艺选择中，当然还要有一些优先原则。保护膜防止液渣的侵入；从结构上应尽可能致密，减 如：要考虑拟使用的煤源的煤种气化特性；也要考虑少表面空隙率。德士古气化炉用的是法国一家公司产 产品合成气的质量要求和数量；今后更要重视国家和 的，以氧化铬为主体的含氧化锆的耐火砖；EGas用 地方可持续性发展的要求，因为现在环境是有一票否 的可能是美国一家公司出的镁铬耐火砖。这些耐火砖 决权的，效率太低也会影响项目的生存；作为一个生 的价格十分昂贵，使用寿命据称可达2年。但国内几 产企业，在选择采用一项新技术时，必然首先考虑的家用户都没有达到过，这是因为这类很致密的耐火砖 是技术成熟性、可靠性及经济性等等多方面的因素。 往往都抗热震(thermalshock)性能较差，尤其在开车41水煤浆与干粉 初期，炉内热负荷变动较大，频繁的骤冷、骤热很容易 水煤浆在粉煤加压气流床气化技术的开发时，是使耐火砖产生裂纹，熔渣就会从裂缝侵入砖体，造成 作为一种较容易的加压给料手段来用的。只是因为煤 耐火砖的毁坏。耐火砖的致密度与其抗热震性能也是 浆的干燥技术遇到了难题，才不得已而采用直接喷一对不好解决的矛盾，因为要生产抗热震较好的耐火一912006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集砖，就要先将耐火料制成颗粒料，再加粘结剂烧结资，动力消耗都要增加费用。为了清除渣尘，采用庞大 (Sinter)生成带一定空隙的耐火砖，以防颗粒中生成的陶瓷过滤装置，还要定期脉冲反吹。这种流程原作 裂纹的延伸，然而空隙多的不致密耐火砖就不耐渣侵为IGCC用，主要考虑的是尽量提高热效率，现作化工 蚀。 合成气生产用时，就都应作相应的改进。从原则上讲， 从使用热炉壁的本质来说，实际是为了减少气化考虑提高效率是符合我国政府目前提出的循环经济 炉的热损，是为了改善炉内的热平衡条件。实际上炉 目标要求的，也是正确的，但如果付出的代价过高就内的温度不都是一样高的，炉内受熔渣冲蚀的情况更会适得其反。是不同的，因此可以考虑不同区域不同对待的办法。 45效率与投资 干粉煤气化的气化炉也不一定全用冷炉壁，少一些热 效率与投资往往是一对矛盾，要想效率高，就要 损对气化都会有好处的，因为我们的气化炉主要是用 增加热回收的设备，就要多投资，要设备寿命长些，就 来生产合成气的而不是用来生产蒸汽的。对于碳化硅 要选较好的材料，也要多花钱，而要省钱就可能要损 的涂层是否是最佳也值得探讨，因为它的导热性较失点效率。正如上述的废锅与水激冷问题一样，如果 好，热损要大些，这些都存在可以改进的余地。 废锅的流程可以简化，不用花太多的钱就可以得到较43单喷嘴直喷和多喷嘴对喷 高的效率，得到较多的高压蒸汽，那么何乐而不为呢! 这个问题主要在下喷式制气的气流床加压气化因为水激冷所得到的低压蒸汽在化工厂的用处是十 工艺上有些争议，水煤浆的德士古和干煤粉的GSP均 分有限的。反之，如在某个项目的所报的材料中，专利 采用单喷嘴直喷，而华东理工大学的都采用多喷嘴对 商设计提出一套换热设备效率较高，使合成气冷到 喷。单个喷嘴的容量总是受一定的限制，要扩大单炉 较低的温度，经煤气洗涤后出洗涤塔的温度只有100 的容量，多喷嘴是较为方便的办法。如壳牌大容积的多，它所夹带的水蒸汽量就很少。到了后面的变换 气化炉(4000吨天)就考虑增加一对喷嘴，即6喷嘴 时，反而又需加大量的蒸汽，比其回收的蒸汽还多，这 对喷的形式；GSP气化工艺在大容量时也要考虑采用 就得不偿失了。在解决效率和投资这对矛盾时，应从 多喷嘴。单喷嘴直喷在喷嘴内部要考虑有预混室结局部扩大到整体来考虑，抓住主要矛盾和矛盾的主要 构，对喷形式因气流对撞和折流的结果使气固相间的方面，从整个项目和全厂来总体考虑，权衡利弊优化相对速度加大，有利气化反应进行，这在华东理工大选择。 的运行结果中的碳转化率提高已有证明。当然，对于46热煤气激冷用喷水还是用回炉的冷合成气 用耐火衬里的气化炉顶部结构设计上，应考虑相应的气流床气化炉的出口温度很高，为了防止爬渣堵 措施来解决耐火砖的过快损坏，如：加大上部空间的塞，在上行制气的工艺中都用激冷。EGas采用第二 高径比，是采用水平对喷还是略下倾的对喷，是否需段喷浆的办法；常压的KT炉采用喷水激冷；壳牌气 要局部水冷等等。化炉采用了增压的回炉冷煤气来激冷。肯定前两方法44上行废锅及下行水激冷 是较简单的，但在实践中壳牌技术开发商发现用冷煤 加压气流床气化的各种成熟工艺中，除德士古、气激冷可以免除有时会产生的灰渣粘结后部系统的 GSP、华东理工大的几种工艺外，都是上行废锅的。废 问题。这就要针对灰渣粘结的原因来解决，才能真正 锅可回收高温煤气中的大量显热产生高压蒸汽，达到消除用水激冷的后顾之忧。从粉煤燃烧锅炉的情况的 较高的热效率。通常认为较合适用于生产IGCC发电研究中，我们认识到炉壁与过热器上的积灰与玷污和 用的燃气；而下行水激冷工艺设备简单，煤气中夹带煤灰中的碱性氧化物有关，特别是Na20是引起玷污 的大量水蒸气可供后边CO变换使用，一般认为较适的元凶，因而提出了玷污指数(Fouling Index)以R，来 合于合成气生产使用。在上行废锅的气流床气化炉 表示，根据Rf的数值，国外划分为4个玷污程度等 内，熔融的灰渣液滴大部分随气流带出，为防止堵塞级，10为严重玷污。如果根据所用煤灰的这一特 去。煤气激冷、余热回收、去除渣尘使这套系统变得庞 性去选择水激冷的温度，可能有利于解决后部的灰粘 大、复杂、昂贵。如目前的壳牌气化炉，采用回炉冷合 结问题。因为一般认为碱金属的氧化物要在6500(；以 成气激冷需要大量的冷合成气的加压，加压设备的投 下才会冷凝析出。另一方面还应考虑的是Ca、Mg类一92一2006中国煤炭加工与综合利用技术、市场、产业化发展战略研讨会论文集氧化物的影响，当这类化合物在煤灰中含量高时，用 流量计测量值低于联锁值，立即切断氧气来确保生产 水激冷在较低温度下会形成粉状产物，也会造成后系 的安全。确保仪表测量系统的完好和安全联锁的灵 统麻烦的。如果能用水激冷代替冷煤气激冷可省去冷 敏，这是加压气流床气化工艺的成熟、可靠的标志。目 煤气加压机及其消耗功率，是十分有利的。 前水煤浆的德士古和干粉煤的壳牌都已经过长期实47载气用N2、CO：等 际生产运行的考验，证明其可靠成熟性。但他们所花 通常的粉煤加压气流床气化中采用氮气作为煤费的代价是十分昂贵的，尤其是壳牌，由于采用干粉 粉人炉的载气，这会增加合成气中的氮气含量，生产进料，据称在仪表和自控这一部分的费用比德士古还合成氨时影响可能小些，但在生产其他合成气时，就高很多。 会增加合成气的消耗。有人认为可用厂内大量的CO：加压气流床气化炉内的温度很高，如德士古炉一 废气，华东理工大学在试验装置上实践了这一设想，般要在13500C下操作，装置的测温元件很快就会损 并得到了良好的结果(见表7)，但CO：在使用前应适 坏失灵，为了生产控制的要求，往往采用不同温度下 当加温。用合成气来作载气，有人担心安全上的问题， 合成气中甲烷的含量来参考确定。壳牌最近在应城双 其实这样可能更安全。因为，一旦出现供煤粉系统有环厂运行的炉内温度高达1600，长期准确测量的难 故障时，可燃的载气与过多的氧气可燃烧延缓过氧爆度就更大了。 炸的时间。当然，在喷嘴结构和合成气载气的净化等 在给煤与安全上较好的是流化床、移动床气化工 方面还应有相应的措施。 艺，因为炉内有大量的含碳炉料存在，即便给煤系统48煤粉细度和磨煤功耗 出现故障，也不会立即出现安全爆炸事故，因此有人 为了适应瞬间火炬反应的要求，气流床气化须将考虑将气流床与它们结合的工艺。类似于高炉喷吹的 煤磨得很细，不然会影响其炭转化率，一般认为应沃斯特一奥平(VoestAlpine)，或所谓的“填充床”气化250目，或85以上小于01毫米。对反应性较好的低工艺，就是与移动床结合的工艺，但这种结合的工艺 变质煤如褐煤和次烟煤类可略微放大粒度，但这些煤 在实际应用时，相互匹配上可能很难。 往往内在水分较高，可磨指数较低，磨煤功率消耗也很难降低。对制备水煤浆来说，要制备高浓度而流动5结束语性好的煤浆，还应在筛分组成中考虑增加一定粗颗粒组分的含量。因煤粉磨得过细，煤浆浓度就做不高。 煤炭气化的工艺技术很多，有气流床、流化床、移 在常压的涡流式熔渣池气化炉内，如萨尔伯格一动床和熔渣池等，它们根据不同的煤种特性和不同的 奥托可使用1毫米的煤粉，广西化工研究所的涡流合成气后工段的要求而开发，各有其特点，所谓的“万 式气化炉用过3毫米的煤粉，这是因为采用了涡流能炉”实际上是不存在的。各类气流床气化技术也是形式使气流成螺旋式上升，在高温的炉内有足够的反 一样，它们有各自的长处和各自的不足。 应时间之故。但这类熔渣池气化炉的炉底常会还原析目前，我国的煤制油、煤化工事业正在蓬勃发展。 铁，造成水冷管的爆裂，使这个很有特色的气化工艺 自然界给我国安排的主要化石能资源煤炭又大 开发屡遭挫折。多喷嘴对喷时，有的气化炉(如壳牌)多在干旱缺水的北方和大西北，那儿滴水贵如油。比 也考虑气流的旋转，目的也在于提高煤粉在炉内的停常规烧粉煤的PC电站要省水一半的煤气化联合循环留时间。 发电技术(IGCC)也将是今后发展的必然。作为这些 气流床要求很细的煤粉，在煤粉制备的设备投资技术的先导的煤气化技术必须要加快发展，才能满足 和功率消耗方面，不能不说是一个较大的不足之处。要求。作为煤气化技术的重要分支的气流床煤气化技49供煤连续和安全连锁 术近年来发展很快，但在具体应用时，又总觉得有些 供煤的连续对气流床气化来说是一个极其重要不尽人意。的安全运行条件，供煤系统的故障造成过氧，炉内温 本文只是从一些现象出发，根据自己的经验和对 度急剧上升，甚至会引起爆炸事故。在现代的气流床 原理的理解提出一些不成熟的想法，限于自己的知识 气化工艺中往往采用联锁控制的办法，一旦发现供煤 范围，仅供同行们参考。一93