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加压气流床煤气化单元技术及工艺选择分析翟新辉

发表时间：2021/3/26 来源：《中国科技信息》2021年3月作者：翟新辉

[导读] 随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势。文章对比了各项煤气化单元技术的优缺点,分析了目前主要的几种加压气流床工艺及其优缺点,对比了各种加压气流床工艺先进性、经济可行性和技术成熟度

兖矿新疆煤化工有限公司新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市翟新辉 830000

摘要：随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势。文章对比了各项煤气化单元技术的优缺点,分析了目前主要的几种加压气流床工艺及其优缺点,对比了各种加压气流床工艺先进性、经济可行性和技术成熟度
关键词：加压气流床；煤气化；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。其中，煤气化技术已成为现代煤化工洁净煤技术的重要组成部分。
        1加压气流床煤气化工艺介绍
        化工研究院自主开发的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。
        2加压气流床煤气化单元技术
        2.1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。
        2.2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。
        2.3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。
        2.4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。

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        2.5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。
        3加压气流床工艺选择
        3.1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。
        3.2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。
        3.3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。
       结语
       综上所述,煤气化是一项复杂的系统工程。现有加压气流床技术各有千秋,对于煤气化技术选择来说,应根据原料煤的特点、产品气的用途、工艺成熟度以及企业自身状况来综合考虑。
参考文献
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