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摘要：作为多项单元技术的有机复合体，加压气流床煤气化技术具备气体有效成分高、处理能力大、气化温度高、气化效率高等优势，相关研究也因此大量涌现。基于此，文章将简单对比加压气流床单元技术，并深入探讨加压气流床工艺选择路径，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：加压气流床；单元技术；工艺选择
引言
水煤浆是我国洁净煤计划发展中的一项重要技术，其作为洁净煤燃料和气化原料，一直受到国家及地方政府部门的重视。在我国目前不少煤化工合成气生产企业都在选择适合自己的气化工艺技术，有不少想采用气流床气化工艺。本文提供的情况，希望对这些企业在选择技术时能有所借鉴，同时，给技术的开发商提供技术改进方面的帮助。
一、加压气流床煤气化工艺介绍
多元料浆加压气化专利技术，合格水煤浆滤去大颗粒，通过低压煤浆泵送到气化岗位。制浆岗位送来的煤浆进入煤浆槽，再送入到工艺烧嘴中。由空分装置送来的纯度为99.6%以上、压力为8.55MPa的氧气与水煤浆经工艺烧嘴，喷入到气化炉内燃烧室中进行氧化还原、裂解反应后生成粗煤气。粗煤气沿下降管进入激冷室水浴后，熔渣在水中淬冷固化并沉入气化炉激冷室底部，较大颗粒的灰渣经破渣机破碎后，再由锁斗系统排出；粗煤气与水直接接触进行冷却、除灰后，沿下降管与上升管之间的环隙上升，经激冷室上部折流板折流，分离出部分粗水煤气中夹带的水分后，由气化炉旁侧的出气口引出，送往文丘里。粗水煤气中夹杂的细小灰粒随同粗水煤气一同进入到洗涤塔中进行水浴，粗水煤气中夹带的大部分细灰留在水中，水浴后的粗水煤气经下降管和导气管间的环隙上升，经过升气罩后进入到碳洗塔上部的塔板。最后水气比约为1.43、温度约为2420C的水煤气出碳洗塔顶部送往变换岗位。
二、加压气流床煤气化单元技术
1.进料方式
现阶段，国内加压气流床单元技术中的煤气化工艺仍然采用较为传统的干煤粉进料方式，这也使得煤气化工艺常面临难以连续输送以及干粉加压等难题，通过改善煤气化工艺，引入水煤浆气化工艺，能够在一定程度上解决上述难题。通过深入研究，技术人员发现水煤浆气化工艺的显著优势为更容易提高工作压力；目前水煤浆加压气化经过多年摸索与实践，该种工艺的操作压力最高等级可以达到8.5mpa，这使得该种工艺在操作控制、安全、能耗等方面有着显著优势，但同样的水煤浆气化工艺相比于干煤粉气化工艺，有着煤气效率低、煤炭消耗、氧气消耗较高等问题，还需要煤炭具有较高的成浆性；此外，水煤浆气化工艺的干粉进料效果也受到煤炭热值的严重制约。
2.炉壁技术
加压气流床单元技术中的耐火砖热炉壁以及水冷壁技术的应用较为广泛，其中水冷壁技术造价相对较高，会导致加压气流床工艺出现一定的热损失，但水冷壁同样具有使用周期长的优势，将其与干煤粉气化工艺相结合，能够极大提升煤气化工艺的经济效益，耐火砖和热炉壁技术相比于水冷壁技术，应用更为广泛，其优势在于能够平衡煤气化工艺过程中的汽化热，有效降低、控制炉壁的热量损失，但该项技术使用周期相对较短，需要频繁更换耐火砖，这也在一定程度上降低了该项技术的经济效益。
3.喷嘴技术
加压气流床单元技术中的喷嘴技术包含多喷嘴对喷以及单喷嘴直喷两种技术，两种技术的应用都较为广泛。单喷嘴直喷技术的缺点较为明显，包括较低的气化效率、难以适应大型化工艺、容量较小、运行时间较短、使用周期较长。相比于单喷嘴直喷技术，多喷嘴对喷技术能够显著改善煤气化工艺的传热效果，有效增强煤气化工艺的性能，提升其各项指标；但多喷嘴对喷技术也具有较高的复杂性，造价成本相对较高，这会在一定程度上影响煤气化工艺的经济效益。
4.喷烧技术
加压气流床单元技术中的喷烧方式主要为从一段喷烧演化发展形成的二段喷烧，该项技术能够替代传统的辐射废锅，提升工作效率，热效率。二段喷烧与干煤粉加压、水煤浆气化等工艺进行结合产生的新型工艺存在一定的经济性问题；其根本原因在于，为更好地满足净化合成器需求，二段式干煤粉加压与二段式水煤浆两种气化工艺均需要消耗一定的资源。
三、加压气流床单元技术的对比
1.进料形式
干煤粉进料方属于较为传统的加压气流床煤气化工艺，但该技术常会面临干粉加压及连续输送难题，水煤浆气化工艺则能够有效解决这一难题。深入分析可发现，易于加压属于水煤浆气化工艺的主要优势，其操作压力等级一般处于2.6～8.5MPa，由此该工艺在能耗、安全、控制层面均具备显著优势。但值得注意的是，水煤浆气化工艺也存在氧耗与煤耗较高、冷煤气效率降低、对煤的成浆性要求较高等不足，水煤浆进料效果会在很大程度上受到煤的热值影响。
2.喷烧方式
二段喷烧是基于一段喷烧发展而来的一种加压气流床煤气化工艺，该工艺可取消庞大的辐射废锅，且具备更高的热效率，但无论是二段式水煤浆气化工艺，或是二段式干煤粉加压气化工艺，二者均存在经济性不足问题，这类问题源于合成气的净化需要。
3.内衬材料
水冷壁与耐火砖热炉壁均在加压气流床煤气化技术领域有着较为广泛应用，其中水冷壁会造成一定热损失且造价较高，但具备炉壁寿命长等优势，较为适用于干煤粉气化工艺。耐火砖热炉壁的应用较为广泛，并能够实现较好的气化热平衡，有效降低炉壁的热量损失，但存在使用寿命较短、需频繁更换耐火砖的不足。
4.喷嘴数量
单喷嘴直喷与多喷嘴对喷均在加压气流床煤气化工艺中有着较为广泛应用，其中的单喷嘴直喷存在容量小、长周期运行时间短、无法满足大型化需求、气化效率相对较低等不足。多喷嘴对喷则能够有效改善传质传热效果，并提高工艺的各项性能指标，但同时存在的复杂程度较高、造价较高等不足必须得到重视。
5.移热方式
下行激冷型与上行废锅型均属于加压气流床煤气化工艺常用的移热方式，下行激冷型移热方式具备可满足后续变换工序需要优势，但在能量回收层面存在不足，并会导致煤气热值低；上行废锅型移热方式则存在煤气热值高、热效率高、造价较高等特点，且设备较为复杂。
四、加压气流床工艺选择
1.现有工艺分类
气流床气化工艺通常采用很细的煤与气化剂(一般采用纯氧)在很高的温度下，进行瞬间的火炬式燃烧、还原反应，形成部分氧化反应，生成以CO+H12为主体的合成气。该工艺的特征是高温、液渣、用细粉煤和纯氧、高速的瞬间火矩气化反应，单炉生产能力大(每台炉每天气化煤量可高达几千吨)，合成气中甲烷含量很少，无烃类物质，合成气净化较简单。现有的气流床气化工艺按进料形式不同，可分成干煤粉进料和水煤浆进料两大类；以炉内气流方向分，可分为上行和下行两类；以工艺流程可分为废锅型和直接水激冷型两类;按喷嘴的数量和布置来分，又可分为单喷嘴直喷和多喷嘴对喷两类；以气化炉内是否村有耐火保温材料来分，又有热炉壁和水冷壁两种。
2.基本分析思路
在选择加压气流床工艺时，首先需要对比水煤浆气化以及干煤粉气化工艺，进而明确具体的选择路径，通过全面的调研两种工艺方法，可以明确，当前加压气流床干煤粉气化工艺主要设备包含了GSP、柯林炉、航天炉、五环炉、两段炉、凝煤炉、东方炉，而加压气流床水煤浆气化工艺的主要进料设备包括，GE、EGAS、多喷嘴、多元料浆、清华炉；废锅移热方式包含的设备主要有GE、EGAS、两段炉，其余的单元技术主要运用下行激冷移热方式。通过比较分析加压气流床水煤浆气化工艺以及加压气流床干煤粉气化工艺能够发现，两种技术存在显著的优缺点，第一、加压气流床干煤粉气化工艺不会受到煤炭原料成浆性能的干扰，煤灰的熔点具有更宽的适应范围，该种技术多使用水冷壁，不会受到热炉壁耐火砖的限制，无需对内衬材料进行频繁的更换检修，具有较高的碳转化率以及气化温度；因此，加压气流床干煤粉气化工艺，在热效率、冷煤气效率领域有着长足优势
3.工艺选择
根据使用寿命，壁炉设计原料煤属性等指标分别对比，水煤浆气化的废锅流程与激冷流程，以及干煤粉气化的废锅流程与激冷流程，进而选取最优的煤气化工艺。干煤粉气化工艺的主要设备包含了GSP、柯林炉、航天炉、五环炉、两段炉、凝煤炉、东方炉；水煤浆气化工艺的主要进料设备包括，GE、EGAS、多喷嘴、多元料浆、清华炉；废锅移热方式包含的设备主要有GE、EGAS、两段炉，在原料为适应性方面，干煤粉气化技术的废锅流程与激冷流程均能实现原料为本土化，可以使用油焦及全部煤种，水煤浆气化的废锅流程与激冷流程不支持高含水褐煤，同时，还需要确保灰分质量分数小于15%，灰熔点不超过1350℃；在使用寿命与壁炉设计方面，干煤粉气化的废锅流程与激冷流程，有着超过十年的使用寿命，水煤浆气化技术的激冷流程，易磨损段的使用寿命小于7500h，其余水平段的使用寿命小于25000h；水煤浆气化技术的废锅流程中的拱顶砖、通体砖、渣口砖的使用寿命分别为15000h、10000h、5000h，且需要每年开展一次停车检修工作。在除尘冷却方面，水煤浆气化工艺与干煤粉气化工艺的激冷流程均为激冷加洗涤的除尘冷却方式，而水煤浆气化工艺与干煤粉气化工艺的废锅流程均为干式过滤加洗涤的除尘冷却模式；在汽化压力方面，干煤粉气化技术的废锅流程、激冷流程的汽化压力在2.0-4.0mpa区间内，水煤浆气化工艺的激冷流程的汽化压力在2.8-8.7mpa区间内，水煤浆气化工艺的废锅流程的汽化压力在3.0-5.0mpa区间范围内。
4.其他对比
综合分析比对两种技术的能效、经济技术、成本运行状况可以发现，水煤浆气化工艺具有显著的工业应用优势，通过比对各类气化工艺，综合能效、内部收益率，投资、气化炉配置，能够发现，水煤浆气化工艺的激冷流程有着显著的投资优势，干煤粉气化技术的废锅流程有着显著的综合能效优势。综合考虑两项工艺的综合能效、技术、经济投资额，可以确定相比于干煤粉气化技术的基本流程，水煤浆气化技术的废锅流程具有更显著的综合性优势。通过上述分析可以发现，加压气流床工艺根据不同单元技术的选择将会对整个工艺路线的选择产生重大的影响，为尽可能选取最适宜、性能最佳的工艺，需要综合分析外部环境、煤种适应性、装置投资额、装置经济性、产品特性、合成器压力需求等多项指标。虽然水煤浆气化技术已经非常成熟，并在世界范围内得到广泛应用，但水煤浆质量、工艺烧嘴、系统冲刷与结垢等因素仍然制约着装置长周期稳定运行。为提高装置运行的稳定性，降低运行成本，还需要针对煤质、装置自身在实际运行中出现的问题加以不断总结、改进和提升。
5.技术比选
结合上述分析可发现，不同的加压气流床工艺具备不同特性，为针对性选择最佳、最为适用的工艺，必须综合考虑煤种适应性、环境影响、目标产品的种类和特性、煤气化装置的投资及经济性、项目的综合能效、后续生产系统合成气压力需求、技术的成熟性等指标。
结束语
综上所述，通过比对进料方式、喷烧方式、内衬材料、喷嘴数量、移热方式，最终确定干煤粉气化以及水煤浆气化两种工艺，并对两项工艺的激冷流程与废锅流程的技术特点进行对比，在决定采用何种流程时要从原料煤适应性、使用寿命、壁炉设计、除尘冷却方式、汽化压力、气化温度、冷煤气效率、碳转化率、氧气消耗、煤炭消耗、环境影响、气化装置、投资等方面进行详细对比，进而结合实际用途，选取投资额更低、能效更高、更注重绿色环保的煤气化技术。
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