第37卷第6期中國電力Vol. 37, No. 62004年6月ELECTRIC POWERJun., 2004發(fā)電技術中干法迸料煤氣化技術在中國的迸展與發(fā)展超勢任永強l,許世森2,郜時旺2(1.西安交通大學,陜西西安710049; 2.國電熱工研究院,陜西西安710032)摘要:煤氣化技術是燃煤聯(lián)合循環(huán)、煤化工、綜合利用系統(tǒng)和零排放系統(tǒng)的關鍵技術之一。介紹中國煤氣化技術的應用和發(fā)展現(xiàn)狀，包括固定床氣化(常壓UCI爐和加壓Lurgi 爐)、流化床氣化(U-gas 爐和中國科學院山西煤炭化學研究所開發(fā)的常壓灰熔聚流化床爐)和氣流床氣化(國電熱工研究院提出的2段式干煤粉加壓氣化爐)，并對這3種床態(tài)的優(yōu)缺點進行了對比。通過比較認為，2段式干煤粉加壓氣化爐氣化和灰熔聚流化床氣化優(yōu)勢明顯。關鍵詞:煤氣化，干法進料;流化床氣化中國分類號: TQ546.2文獻標識碼: A文章編號: 1004-9649(2004)06-0049-04動的。因而,將要離開氣化爐的熱灰渣可在運動過程0前言中加熱剛進入氣化爐的氣化劑，即將離開氣化爐的熱煤氣則可用來預熱剛進入氣化爐的煤。在進入氣煤氣化是潔凈、高效利用煤炭的主要途徑之一，化爐前,煤需經(jīng)破碎和篩分,除去直徑小于3.175 mm長期的生產實踐表明,在將煤炭轉變成更便利的能源的細煤塊。通常要求煤粒尺寸控制在6.35-38.00mm和產品形式的各種技術中,煤氣化是應優(yōu)先考慮的一間。為防止煤的熔結,可采用攪拌器或旋轉爐箅。固種加工方法。城市煤氣、化工合成用原料氣先進的聯(lián)定床氣化的局限性是對床層均勻性和透氣性要求較合循環(huán)發(fā)電用燃氣和綜合利用系統(tǒng)是煤氣化發(fā)展和高,人爐煤要有一定的粒(塊)度及均勻性。煤的機械應用的主要方向。氣化爐的分類按煤與氣化劑的相對強度、熱穩(wěn)定性、粘結性和結渣性等指標都與透氣性流動方式可分為逆流、并逆流和并流等3種。與這3有關,因此,固定床氣化爐對人爐煤有很多限制。種方式相對應的則是固定床.流化床和氣流床氣化爐。煤氣化工藝大多為德國人研發(fā)，至今已有100雖然國外已有多種煤氣化技術開發(fā)成功，但我多年歷史。第1臺常壓固定床空氣間歇氣化爐于國煤氣化技術及相應的煤氣高溫凈化技術都還處于1882年設計,1913年工業(yè)化后被美國UGI Corpora-開發(fā)階段,與世界先進技術相比差距甚遠。針對我國tion發(fā)展成現(xiàn)在的UGI爐(由UGI Corporation研發(fā),幅員廣大、煤種多、煙煤多、粉煤多、煤質變化大的特故名UGI爐)。該爐以焦碳為原料、蓄熱和氣化交替點,國家從“六五”(1980~1985年)至“十五"(2000~進行制取合成氣,國外已于20世紀60年代初廢棄。2005年)期間投人大量人力、物力,研制開發(fā)先進的我國于20世紀40年代引進UGI爐,50年代改煤氣化技術,以便在較短時間內趕上世界先進水平。燒無煙煤,主要用于制氨和甲醇,最多時有1 000余我國是繼德國以后研發(fā)和應用煤氣化工藝(技術)最家采用約數(shù)千臺爐子,至今尚有670余家,主要原料多的國家,幾乎遍及.上述3種床層的各個領域?，F(xiàn)總是無煙煤和土焦。UGI爐生產的氨(甲醇)大約占全結40多年來中國在煤氣化技術方面的研發(fā)和應用國煤基氨廠總產量的90%以上。由于UGI爐有諸多歷史,以此探求煤氣化工藝的發(fā)展方向。缺點，包括煤種限制、環(huán)保、氣化強度和效率,我國從60年代初至今曾研發(fā)過多種氣化工藝,而實現(xiàn)工業(yè)1固定床化的只有碎煤加壓氣化(Lurgi),而大部分試驗爐型僅處于試驗階段。在固定床氣化爐中用爐箅來支撐煤塊。氣化劑我國對碎煤加壓氣化技術的研究始于20世紀(O2或空氣與水蒸氣)與煤及其殘渣是彼此逆向流50年代。當時在中國科學院山西煤化所和錦州的石中國煤化工收稿日期: 2003-10-23; 修回日期: 200-12-29基金項目:“十五”國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)課題(2003AA522(MHCNMH G作者簡介:任永強(1974-),男,山西汾陽人,博士研究生,從事氣固兩相流、煤氣化和煤氣凈化技術的研究。E-mail:renyongqiang@tpri.com.cnI發(fā)電技術2004年第6期中國電力第37卷油工業(yè)部六廠研究所分別建立了2臺D80mm、世界最大。生產規(guī)模為產低熱值煤氣300x104 m'/天D150mm實驗裝置,用于不同煤種的試驗。1963年(煤氣高熱值5.827 MJ/m'),共開6臺爐子,每臺U-沈陽煤氣化研究所建立了第1臺D1200mm中試Cas爐產煤氣50x10*m?/天(另有2臺備用)。爐裝置,用于褐煤氣化試驗。1985 年在煤炭科學院上海焦化廠的U- -Cas氣化裝置已運行了幾年,目北京煤炭研究所又建立了1臺D 650 mm中試爐。這前的主要問題是氣體帶出物太多(200g/m2),還不能長些小試和中試裝置為國家開展碎煤加壓氣化的研究周期穩(wěn)定運行(- -般每運行1000h就要停車檢修)。奠定了理論基礎并積累了豐富的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。我國2.2灰熔聚流化床氣化爐正式使用碎煤加壓氣化技術的工業(yè)化裝置是在灰熔聚流化床氣化爐是由中國科學院山西煤炭1970年。20世紀50年代中期從前蘇聯(lián)轉手進口的化學研究所開發(fā)的。該所從80年代開始,在國家計22臺捷克產碎煤加壓氣化爐(相當于第1代魯奇委和科委及中國科學院的大力支持下，獨立研究開爐)，于1970年在云南開遠的解放軍化肥廠啟用4發(fā)了具有國際先進水平的“灰熔聚流化床粉煤氣化”臺,用于生產合成氨原料氣,后增加到11臺。進入20技術并先后建立了日處理能力為1t煤的小型試驗世紀50年代中期后,碎煤加壓氣化爐在我國得到了裝置和24t煤的中間試驗裝置及相配套的冷態(tài)試驗較大發(fā)展,國內現(xiàn)有32臺碎煤加壓氣化爐在5個廠模型。2001年該所建成1座灰團聚流化床氣化I業(yè)使用。示范裝置(規(guī)模100/天,相當于2萬t氨/年),以陜中國碎煤加壓氣化爐的國產化主要經(jīng)歷了2個西郴縣煙煤為原料,人爐煤粒度0~8mm。該示范裝過程:小試、中試逐步放大到工業(yè)化;引進、消化直接置于2002年10月通過驗收。轉移到工業(yè)化。這中間2者的結合起到了關鍵作用。2.2.1灰 熔聚流化床粉煤氣化技術基本原理流態(tài)化粉煤氣化是借助氣化劑(蒸汽.空氣或氧2流化床氣)的吹人，使爐內中的煤粒在流化狀態(tài)下氣化,在燃燒產生的高溫條件下.氣固2相充分混合接觸,發(fā)氣化劑由爐下部吹人，使細粒煤(小于6mm)在生煤的還原反應,最終實現(xiàn)煤的氣化。爐內呈并逆流反應,通常稱為流態(tài)化氣化。煤粒(粉灰熔聚流化床粉煤氣化工藝的特點:(1)主設備煤)和氣化劑在爐底錐形部分呈并流運動,在爐上簡氣化爐的結構簡單,是一個單段流化床。(2)高 溫煤體部分呈并流和逆流運動。為維持爐內流化狀態(tài)并氣夾帶的細粉絕大部分經(jīng)旋風除塵系統(tǒng)捕集下來，保證不結疤,氣化溫度應控制在灰軟化溫度(7)以并通過料腿返回氣化爐內,再次進行燃燒、氣化,這下。要避免煤顆粒相聚而變大以致破壞流態(tài)化,顯然樣有利于碳利用率的提高。(3)煤種適應性寬,可利不能使用粘結性煤。由于爐溫低、停留時間短,帶來用碎煤(小于8mm),對煤的灰熔點沒有特殊要求。的最大問題是碳轉化率低、飛灰多.殘?zhí)几?且灰渣(4)氣化爐的氣化強度高,氣化溫度適中。粗煤氣中分離困難。其次是爐溫不易控制。不含焦油，含酚低,廢水處理簡單。20世紀50年代我國從前蘇聯(lián)引進牌號為rmun2.2.2灰 熔聚流化床粉煤氣化工藝流程的流化床氣化爐(相當于Winkler 爐),以褐煤為原灰熔聚流化床粉煤氣化工藝主要設備:進煤系料,用O2、H2O連續(xù)吹風制取合成氣。90年代又從美統(tǒng)、氣化爐、排灰系統(tǒng)、--級旋風降塵器、二級旋風除國引進U-Gas爐生產低熱值燃氣。這2種爐型的主塵器、廢熱回收(其中包括廢熱鍋爐、換熱器等設備)要缺點是碳轉化率太低,”飛灰多,爐子不能正常操作。和冷卻水洗塔等?；胰劬哿骰卜勖簹饣に嚵鞒讨袊茖W院山西煤化所研發(fā)的灰熔聚爐對普通見圖1。流化床爐作了重大改進,從中心管(射流區(qū))送人部2.2.3工業(yè)化示范裝置分氧氣,形成局部高溫,有利于灰渣分離,加上其它采用中國科學院山西煤化所灰熔聚流化床氣化措施(如回流),提高了碳轉化率。該爐首先在陜西城技術的工業(yè)化示范裝置建在陜西城固化肥廠。主要設固投人工業(yè)應用,取得了較好效果。備氣化爐內徑為~下部D2400mm、上 部D3600 mm,2.1 U-Gas 爐(由美國煤氣工藝研究院研發(fā))總高15m,氣化壓力0.03 MPa,氣化溫度1 000~.上海焦化總廠三聯(lián)供工程日產城市煤氣170x.1 100C,氣化爐內襯耐熱耐磨材料。配套制氧裝置104 m',年產甲醇18x10*t. 已建成投產多年。其中城能力2065 m?/h (氧濃度92%)，氧氣壓力大于等于市煤氣部分是引進U-Gas氣化技術,生產低熱值煤0.13中國煤化工: *能力4.2~5.0th,氣(高熱值5.80MJ/m2)作焦爐加熱用的燃料煤氣,要求二粒度小于8 mm,其原用于加熱焦爐的高熱值焦爐煤氣(高熱值20.50中小MHCNMH G在20%以下。氣化MJ/m'),被替代出來經(jīng)摻混后用作城市煤氣(高熱和空分全部用DCS(分散控制系統(tǒng))集中在一個控值15.90MJ/m')。本工程中U- -Gas 爐直徑2.6 m,為制室內操作。6|第37卷任永強等:干法進料煤氣化技術在中國的進展與發(fā)展趨勢2004年第6期發(fā)電技不士 d800t/天的工業(yè)示范裝置,預計2004年投運。煙臺250MW等級的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)示范電站正進行評標。為配合IGCC引進工程,國電熱|叫工研究院于2000年建成了國內第1套干煤粉加壓。自氣化特性試驗裝置并進行了試驗研究,其流程見圖2。該裝置氣化能力為每小時10-20 kg煤粉,壓力為3.0 MPao研究的目標是積累中國主要動力煤在干粉出4其它用檢=p預熱空氣氣化狀態(tài)下的氣化數(shù)據(jù)庫，形成- -套干煤粉加壓氣(2。蒸汽化評價方法。灰渣1-皮帶輸送機;2-破碎機;3-埋刮板; 4-篩分機;5- 回轉干燥爐;6-埋刮板;7--煤倉; 8- 給料器:9-斗提機:10-煤儲罐;11-平衡斗; 12- 進料斗;.0_- °9-化學教水13-螺旋進料器; 14- 氣化爐;15-上灰斗; 16- -下灰斗;90取樣口17--級旋風分離器;18-.二級旋風分離器:19- -級飛灰斗; 20- 二級飛灰斗; 21-廢熱鍋爐;→去火炬22-空氣預熱器; 23- -水洗塔24-砂子儲罐;25- -除塵器:26-除塵絞龍;27-砂子下儲罐;自來*gr0污水28-空氣分氣缸; 29- -蒸汽分氣缸圄1灰熔聚流化床煤氣化工藝流程 .水1- 煤粉倉;2-變壓倉; 3- 加壓倉;4- - -螺旋輸送機;設計規(guī)模:氣化爐進煤量4.2 t/h,粗煤氣產量.s- 氧氣緩沖罐; 6- -計量泵; 7-蒸汽發(fā)生器: 8一氮氣縵沖罐1;9 000 m/h,生產合成氨2.8th,年產合成氨2萬t(年9-氬氣緩沖罐2;10-電動往復泵;11-噴嘴;12-氣化爐; 13- 汽液分離器;14-焦炭過濾 器操作日按300天計)。圄2干煤粉加壓氣化試驗裝置工藝流程該裝置于2000年4月土建開工,2001年3月全部建成,4月開始聯(lián)動試車,6月中旬開始第1次現(xiàn)在，熱工研究院聯(lián)合國內煤科總院北京煤化投煤試車,至2001年12月先后實驗4次,停車整改所、西北化工研究院等6個單位正聯(lián)合攻關,建設- -3次。2002年2月上旬完成了實驗,工業(yè)化示范取得套1.5Uh的中試裝置。為取得中國自主開發(fā)的知識成功,煤氣送人合成氨生產系統(tǒng)。2002 年3月21-產權,中試氣化爐采用2段進煤方案。氣化爐結構見26日通過陜西省科技廳組織的驗收。圖3。2.2.4灰熔聚氣化技術的展望. 煤氣出口氣化爐壓力P的提高有利于增加生產能力。壓力提高亦降低了爐內氣流速度，而降低氣流速度使,水汽去汽包煤氣夾帶物量減少。作為合成原料氣生產時.壓力爐+上聯(lián)箱產生的煤氣可減少合成氣壓縮功的耗量。中國科學院山西煤化所正在進行加壓灰熔聚氣化技術研究。通過試驗發(fā)現(xiàn),提高壓力,反應速度增加,相應地氣化強度增加。從煤氣組成看,壓力提高，二次粉煤和水蒸汽進口鍋爐水進口下聯(lián)箱煤氣中CO+H2含量有所改善。而甲烷含量在0.5~1.4 MPa(表壓)壓力下變化不大。氣化壓力提高,碳冷卻水出口+粉煤(氨氣夾帶)轉化率和冷煤氣效率明顯增加。而排灰碳含量隨壓水蒸汽和氧氣.水蒸汽和氧氣力增加而減少。由此可看出灰熔聚流化床氣化技術.冷卻水進-渣口碳回流入爐將朝著提高壓力的方向發(fā)展。3氣流床接鎖渣罐中國煤化工國外研究開發(fā)干煤粉氣流床氣化技術已有50，爐膣分為上爐多年歷史,其代表是K-T爐(Koppers-Totzek) .Shell膛和:MYHCN MH G應區(qū),為一個兩端爐和PRENFLO爐。國內在該技術領域剛起步,湖北窄中間寬的腔體,4個對稱的用于輸入粉煤、水和氧應城化肥廠引進Shell公司技術正建設1臺規(guī)模為氣噴嘴設在下爐膛兩側壁上，渣口設在下爐膛底部5共眾電技示2004年第6期中國電力第37卷高溫段,采用液態(tài)排渣,在下爐膛內壁面上設有用于回收部分熱量的水冷壁;上爐膛為第2反應區(qū)，5討論高度較長,在上爐膛的側壁開有2個對稱的二次粉煤和水進口,同時在上爐膛內壁面也設有用于回收(1)從國內外煤氣化工藝發(fā)展趨勢看,氧氣氣化熱量的水冷壁。工作時,由氣化爐下段噴人干煤粉、必然取代空氣氣化。國外雖研發(fā)多種空氣氣化爐型，氧氣(純氧或富氧)以及蒸汽,所噴人的煤粉量占總真正實現(xiàn)工業(yè)化并還在沿用(中國)的只有UGI爐。煤量的80%-85%，在上爐膛噴入過熱蒸汽夾帶的為推動煤氣化工藝的技術進步，必須發(fā)展氣流床氣粉煤, ,噴人量占總煤量的15%-20%。該裝置中.上段化、灰團聚氣化等第2代爐型，逐步減少直至淘汰爐的作用:一是代替循環(huán)合成氣使溫度高達1 400 CUGI爐,提高煤氣化工藝水平。(2)K-T 爐從工業(yè)化的煤氣急冷至約900 C;二是利用下段爐煤氣顯熱到停止發(fā)展只有不足30年歷史,這是因常壓操作而進行熱裂解和部分氣化,提高總的冷煤氣效率和熱引起的?；覉F聚爐(常壓)比UGI爐是一個進步,如效率。果不研發(fā)加壓爐必將走K-T爐的老路,生命力不會太強。(3)Shell爐、PRENFL0爐雖屬先進爐型,但由4我國煤氣化工藝的發(fā)展方向于專利費過高,一般企業(yè)無法接受.降低造價的辦法是采用國內專利、走國產化之路,這對國內科研設計當前煤氣化技術發(fā)展趨勢:(1)適當提高氣化壓單位提出了更高的要求，國家應在干法進料加壓氣力對提高單爐生產能力、提高效率、降低成本都意義流床氣化技術開發(fā).上增加投資，爭取開發(fā)自主知識重大。(2)擴大煤種和粒度適應范圍。(3)擴大單爐生產權的專利技術。產能力。(4)氣化效率(含碳轉化率.有效氣含量、冷煤氣效率)要高,氧煤單耗要低。(5)合理生產,綜合參考文獻:利用。把煤氣化技術與發(fā)電(如IGCC) .聯(lián)產化工產品聯(lián)系起來,以提高總熱效率,降低產品成本。(6)滿[1]唐宏青.媒化工工藝技術評述與展望[J].燃料化學學報.2001 ,29足環(huán)保要求。(1):1-5.在固定床氣化爐方面，常壓UGI爐屬淘汰爐[2]黃戒介,房倚天,王洋現(xiàn)代煤 氣化技術的開發(fā)與進展[J].燃料型,加壓Lurgi爐雖然冷煤氣效率較高,氧耗較低，化學學報,2002 ,30(5 ):385-390.但低溫焦油污染嚴重,環(huán)境治理較困難,人爐煤基本[3]王洋,張建民,黃戒介,等,加壓灰熔聚流化床粉煤氣化技術的是13mm以上的小塊煤,若用Lurgi爐生產合成氣，研究與開發(fā)[A].全國清潔能源技術研討會論文集[C].2001.因分離和轉化煤氣中甲烷生產流程較長，操作可靠[4] 許世森,任永強.兩段式干煤粉氣化爐[P].中國. 實用新型:性和穩(wěn)定性降低。ZL012404071 ,2001-11-30.加壓氣流床和流化床應是煤氣化首選工藝。(責任編輯孫家振)Development status and tendency of coal gasification technology with dry coal feed in ChinaREN Yong-qiang', XU Shi-sen', GAO Shi-wang2(1.Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China; 2.Thermal Power Research Institute, Xian 710032, China)Abstract: Coal gasification technology is the key technology of coal-fired combined cyecle, coal chemical industry, comprehensive utilizationsystem and zero draining system. This paper introduces the applications and development status of coal gasifcation technology in China, in-cluding fixed bed gasification (atmospheric UGI gasifers and pressurized Lurgi gasifer), fluidized bed gasification (U-gas gasifers and atmo-spheric ash agglomerating fluidized bed gasifier) and entrained flow gasification (two-stage pressured entrained flow gasifer put forward byThemal Power Research Institute). By comparison, the entrained flow gasification of dry coal feding and ash agglomerating fluidized bed gasi-fication are evidently predominant.Key words: coal gasification; dry coal fed; fluidiged bed gasification電力科技信有權中國煤化工k營權則交給了國家電網(wǎng)YH了權和經(jīng)營權的分▲意大利欲將國家電網(wǎng)的所有權和經(jīng)營權離。目. CN M HC雄電網(wǎng)所有權和經(jīng)統(tǒng)一自意大利政府實行電力改革后，其國家電網(wǎng)的所營權的統(tǒng)- - ,并推進其私有化進程,將議案提交議會討論。52|