新型气流床粉煤加压气化技术

新型气流床粉煤加压气化技术

王红英

阳煤集团深州化工有限公司河北衡水053800

摘要：我国有约占总储量20%以上的高硫煤、大量低热值的褐煤以及其他高灰熔点、成浆性不好的煤，为使企业具有更好的发展潜力，非常有必要大力发展高灰熔点、高含灰量、高硫煤的高效清洁利用的煤气化技术。气流床粉煤加压气化技术具有原料消耗低，碳转化率高，热效率高，煤种适应性强等优势。我国具有自主知识产权的气流床粉煤加压气化技术中试装置在兖矿鲁南化肥厂运行成功，各项技术指标分别为：有效气体积分数89%~93%，碳转化率98%~99%，比氧耗0.30~0.32m3/m3，比煤耗0.53~0.54kg/m3，冷煤气效率≥84%。基于此，本文主要对新型气流床粉煤加压气化技术进行分析探讨。

关键词：新型气流床；粉煤加压；气化技术

1、前言

气流床煤气化技术煤的适应性广、操作压力小、碳转化率高，生产的实力和规模较高，根据原料煤形态的不同可划分为水煤浆气化和粉煤气化2种类型，其中粉煤气化与水煤浆气化相比，碳转化率高，热效率高，适应性强，煤种适应性强等主要优势，近年来深受用户青睐。

2、工艺技术

2．1工艺流程

干煤粉与氧气以及部分蒸汽一起混合由气化炉上的烧嘴进入气化炉炉膛内，在炉内反应生成高温粗合成气，温度约为1400~1700℃，炉中气化压力为4．1MPa，粗合成气在气化炉内撞击混合后自下向上流动，在气化炉中部和上部被多个环形设置的两相流雾化喷射冷却装置喷出的水/气混合雾液部分冷激降温至800～900℃，，然后从气化炉顶部的管道进入冷却水浴式激冷器除尘降温至180～260℃，降温后的粗合成气进入文丘里洗涤器洗涤除尘，最后进入洗涤塔内，粗合成气内剩余的大部分灰尘在洗涤塔内被去除，最终得到180～260℃粗合成气从塔顶进入下一工序，为下游工序的使用，洗涤灰水从底部到灰水处理系统中。

灰水处理步骤：洗涤塔底的洗涤灰水通过塔底洗涤水循环泵进行加压，加压后的含部分灰的洗涤灰水除一部分引进入文丘里洗涤器外，其他循环回洗涤塔顶部。而从洗涤塔底部出来的灰水进入水力旋流器进行分离，从其顶部出来的灰水经过冷却器冷却后进入闪蒸罐进行闪蒸，闪蒸气体进入火炬，分离的液体进入澄清水槽，从水力旋流器底部出来的灰水经过减压管减压后进入沉降器再次分开，厚砂浆从沉降器的底部通过厚厚的泥浆泵，沉淀池的液体通过澄清的水槽溢出。WHG气化过程如图1所示。

图1WHG气化工艺流程

1—雾化喷射冷却装置；2—气化炉；3—水浴式激冷器；4—文丘里洗涤器；5—洗涤塔；6—水力旋流器；7—冷却器；8—闪蒸罐；9—澄清水槽；10—减压管；11—澄清槽

2．2主要工序

WHG煤粉气化过程用煤粉进料，纯氧加压，含灰的粗合成气上行、熔渣下行、水/蒸汽雾化喷射激冷、激冷罐、文丘里洗涤器和洗涤塔冷却。该流程包括备煤与加压计量输送系统、气化及气体冷却洗涤系统、黑水处理系统等单元。WHG气化过程如图2所示。

图2WHG气化工序

2．2．1备煤与加压计量输送系统

预先将破碎到≤25mm粒度的煤通过输送机送入磨煤机内，将煤磨碎到适于气化的粒度。磨煤的同时采用加热的惰性气流将其干燥到符合输送要求的水分含量。经研磨的干燥煤粉由低压氮气送到煤的加压和给料系统，此系统包括煤粉仓、锁斗和煤粉发送罐。通过煤粉发送罐由高压CO2（或氮气）作为底部流化板的流化用气，由罐体侧壁输送至设在气化炉本体上的4个煤烧嘴，必要时煤粉发送罐侧壁设置多个点式流化器，底部设置搅拌装置。

2.2.2气化和气体冷却清洗系统

经加压的干煤粉、氧气及少量过热蒸汽通过煤烧嘴进入到气化炉中，气化炉的操作压力为2．5～4．0MPa（g），气化操作温度可根据煤种灰熔点要求控制在1350～1650℃之间。在气化炉内燃烧和反应产生的熔融态的高温渣从气化炉反应室底部锥斗流入渣池，经喷水淬冷形成均匀的玻璃状细小颗粒，经破渣机、渣锁斗、渣收集器、捞渣机由输送带送出界区。高温含尘气体上行，被水/蒸汽雾化激冷到650℃左右，通过激冷罐内中心内筒降膜蒸发冷却和水浴，富含大量水汽的粗煤气经文丘里、湿洗塔再次洗涤后送往下游装置，激冷和洗涤产生的黑水送黑水闪蒸系统处理。。

2.2.3黑水处理系统

激冷罐和文丘里洗涤器、湿洗塔排出的黑水经减压后送入三级闪蒸罐去除黑水中的气体成分，闪蒸罐内的黑水则送入沉降槽，加入少量絮凝剂以加速灰水中细渣的絮凝沉降。沉降槽下部的沉降物经过滤机滤出并压制成渣饼装车外送，沉降槽上部的灰水与滤液一起送回激冷罐作激冷水使用。

2．3气化关键设备

WHG气化关键设备由气化炉和激冷罐刚性连接，呈门字形结构，其一端固定在钢筋混凝土平台上，另一端通过恒力吊及导向装置支撑在框架梁上。气化设备如图3所示。外壳承受静压力，由裙座、气化炉反应室外壳、激冷管外壳、气体返回室、输气管外壳、激冷罐组成，其主体材料是14Cr1MoＲ。内件主要由渣池、气化反应室、炉渣收集空间、高温水/汽激冷段、激冷管、气体返回室、输气管和激冷罐内件组成，管道和淬火槽部分，形成气化空间，气体冷却空间，气体输送通道，洗涤冷却室。气化炉反应室内件主要由15CrMoG管通过竖直排列构成的圆筒体、蛇形排列的顶锥和底锥组成的封闭式膜式水冷壁构成，反应室锥底材料为13CrMo44双Ω管。膜式水冷壁管向火面焊接销钉并覆有14～20mm的碳化硅保护层。反应室区域设置4个煤烧嘴、1个点火烧嘴、1个开工烧嘴、2个火焰检测口。激冷区由蛇形盘绕成，内表面堆焊IG625。2层雾化水喷嘴各8个均布在此区域。激冷管、气体返回室、输气管、膜式水冷壁内件由Ω管组成。输气管下部180°范围的圆筒膜式壁上焊接销钉并衬耐磨衬里。激冷管、气体返回室、输气管管壁设置振打除灰装置。激冷罐内设置喷水环、下降管、上升管等，采用降膜蒸发冷却粗合成气。

膜式水冷壁内的冷却水采用强制循环，受热后副产中压蒸汽。内件与压力壳体之间留有750～800mm的环形空间以便汽水管线的进出和分配器、集气箱的布置、内件的组装焊接，无损检测以及对内件进行定期维修。煤粉与氧气、过热蒸汽混合后通过4个侧向煤烧嘴进入炉内气化空间燃烧，在高温（1400～1650℃）下部分氧化生成合成气和灰渣，高温合成气由反应室顶部出来，在激冷区域被2层各8个均布的气液两相喷射雾化水喷嘴喷出的水冷激至750℃左右，通过激冷管、气体返回室、输气管进入激冷罐内，经激冷罐内中心筒内筒降膜蒸发冷却和过量水水浴洗涤后冷却至215℃左右，达到饱和的粗合成气进入湿洗工段和合成气净化单元。气化炉产生的大部分渣以熔融状态从反应室锥形底部流入渣池，经喷水淬冷形成均匀的玻璃状颗粒经破渣机借助一个锁斗系统送出界区。气化炉环隙和内件之间压力平衡采用氮气或二氧化碳，避免合成气对外壳和内件的腐蚀，特别是局部区域的氯化铵冷凝腐蚀。

3、结语

目前，世界上采用干煤粉气化水激冷高温合成气的加压气化技术有气化反应产生的合成气和熔渣同向流动的下行激冷粉煤气化技术、合成气上行、熔渣下行的上行激冷粉煤气化技术。两者的比较优势：上行激冷粉煤气化炉采用多烧嘴，寿命长；烧嘴水平布置，切向旋流，碳转化率高，能量利用相对合理；膜式壁结构，寿命长；下行激冷气化炉结构简单，投资省，建设周期短，耗水量大，能量利用不合理，环境不够友好。

参考文献：

［1］宫经德，何正兆，徐才福，等．一种水/气混合式全激冷的干粉燃料气化工艺及装置．中国200810047878．5［P］．2008－10－15

［2］郑振安．煤气化工艺的特点［J］．化肥设计，2004（6）：3－7．