清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于煤氣生產(chǎn)的環(huán)保優(yōu)勢

王才梅郝曉旭河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

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清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于
煤氣生產(chǎn)的環(huán)保優(yōu)勢

王才梅郝曉旭
河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

摘要:清潔粉煤氣化系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤氣化技術(shù)，可有效降低粉塵、SO2、NOX等大氣污染物的排放，避免焦油、酚水等污染物的生成，在改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量方面具有較好的作用。

關(guān)鍵詞:粉煤氣化；環(huán)保

0前言

2015年3月1日，工信部聯(lián)合財(cái)政部發(fā)布了《工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃（2015~2020年）》（以下簡稱《行動(dòng)計(jì)劃》）?！缎袆?dòng)計(jì)劃》提出，到2017年，實(shí)現(xiàn)節(jié)約煤炭消耗8 000萬噸以上，減少煙塵排放量50萬噸、二氧化硫排放量60萬噸、氮氧化物40萬噸。到2020年，力爭節(jié)約煤炭消耗1.6億噸以上，減少煙塵排放量100萬噸、二氧化硫排放量120萬噸、氮氧化物80萬噸。

《行動(dòng)計(jì)劃》以焦化、工業(yè)爐窯、煤化工、工業(yè)鍋爐等4個(gè)工業(yè)用煤領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)，以煤炭消耗量大的城市為載體，結(jié)合本地產(chǎn)業(yè)實(shí)際，綜合提升區(qū)域煤炭清潔高效利用水平，實(shí)現(xiàn)控煤、減煤。清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于陶瓷、玻璃、氧化鋁和冶金等多種行業(yè)，其提供的清潔煤氣，可替代燃油、天然氣、焦?fàn)t煤氣等能源，有效降低企業(yè)環(huán)保及燃料成本。

1煤氣化技術(shù)簡介

煤氣化技術(shù)是指把經(jīng)過適當(dāng)處理的煤送入反應(yīng)器如汽化爐內(nèi)，在一定的溫度和壓力下，通過氧化劑(空氣、氧氣和蒸氣)以一定的流動(dòng)方式(移動(dòng)床、流化床或攜帶床)轉(zhuǎn)化成氣體，得到粗制水煤氣,通過后續(xù)脫硫脫碳等工藝可以得到一氧化碳?xì)怏w。

煤氣化技術(shù)在我國已有近百年的生產(chǎn)歷史，但仍然落后且發(fā)展緩慢。就總體而言，我國煤氣化以傳統(tǒng)技術(shù)為主，工藝落后，環(huán)保設(shè)施不健全，煤炭利用效率低，污染嚴(yán)重。目前在國內(nèi)較成熟的煤氣化技術(shù)的仍然是常壓固定床氣化技術(shù),它廣泛用于冶金、化工、建材、機(jī)械等工業(yè)行業(yè)和民用燃?xì)猓訳GI、水煤氣兩段爐、發(fā)生爐兩段爐等固定床氣化技術(shù)為主。常壓固定床氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，投資小。但技術(shù)落后，效率低，污染重，急需技術(shù)改造。如不改變現(xiàn)狀，將影響經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2清潔粉煤氣化系統(tǒng)介紹

清潔粉煤氣化系統(tǒng)是由科達(dá)公司研制，綜合吸取多種汽化爐的優(yōu)勢，在循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上研究出的新的清潔煤氣化技術(shù)。清潔粉煤氣化系統(tǒng)主要由煤氣化系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)和DCS操作系統(tǒng)等組成。

清潔粉煤氣化技術(shù)采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，將固體燃煤顆粒在爐床內(nèi)經(jīng)氣體流化后進(jìn)行燃燒，燃煤顆粒在爐體內(nèi)及爐體外分離器之間循環(huán)運(yùn)行，使煤的燃燒更充分。該技術(shù)與傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)的加料及燃燒方式不同，汽化過程在高溫中進(jìn)行，煤炭中的有害成分發(fā)生裂解。

清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于煤氣生產(chǎn)的工藝流程為:原煤經(jīng)過破碎、篩分加工成0~10 mm的粉煤顆粒，粉煤通過輸送皮帶運(yùn)至煤氣發(fā)生爐煤斗，由螺旋輸送機(jī)送入汽化爐中，汽化劑（水蒸氣和空氣）經(jīng)高溫?fù)Q熱器預(yù)熱至700～750℃產(chǎn)生后進(jìn)入汽化爐。氣化劑與粉煤在950℃左右燃燒氣化反應(yīng)，反應(yīng)后生成的粗煤氣經(jīng)過高溫分離器、換熱器I、換熱器II、布袋除塵器除塵、換熱器III降溫后，干凈煤氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)和煤氣加壓系統(tǒng)后輸送至用戶。

3清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于煤氣生產(chǎn)的環(huán)保優(yōu)勢

3.1燃料適應(yīng)性強(qiáng)

燃料適應(yīng)性強(qiáng)是清潔粉煤氣化系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。循環(huán)流化床的流體動(dòng)力特性使得氣體與固體、固體與固體燃料混合非常好，燃料進(jìn)入爐膛后能很快與大量床料混合，燃料被迅速加熱至明火溫度，同時(shí)床層溫度沒有明顯改變。裝置既可以燃用優(yōu)質(zhì)煤，也可以燃燒低熱值燃料，如褐煤、高灰分煤、高硫煤、高灰高硫煤。

圖1　清潔粉煤氣化系統(tǒng)煤氣生產(chǎn)工藝流程

3.2燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單

清潔粉煤氣化系統(tǒng)的給煤粒度一般小于10 mm,因此與煤粉爐煤粉（顆粒直徑為0.05~0.1 mm）相比，燃料的制粉系統(tǒng)較為簡化，燃料在破碎、篩分過程中粉塵產(chǎn)生量相對較少。

3.3粉塵和H2S含量低

設(shè)備采用干法布袋除塵，布袋收集的飛灰可二次利用。袋式收塵器是目前治理粉塵的主要除塵措施，袋式收塵的濾料利用網(wǎng)孔阻留塵粒間產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象及碰撞、攔截、擴(kuò)散、靜吸收和重力沉降等作用，使粉塵很快被纖維捕集，收塵效率極高，除塵效率99%以上，含塵量可降至10 mg/Nm3以下。

采用濕法脫硫工藝,系統(tǒng)脫硫效率90%以上,出口煤氣H2S含量小于20 mg/Nm3。與燃燒過程不同，脫硫反應(yīng)進(jìn)行得較為緩慢。為了使氧化鈣（煅燒后的石灰石）充分轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，煙氣中的二氧化硫氣體必須與脫硫劑有充分長的接觸時(shí)間和盡可能大的反應(yīng)面積。循環(huán)流化床設(shè)備中石灰石粒徑通常為0.1~0.3 mm，無論是脫硫劑的利用率還是二氧化硫的脫除率，都比單段及兩段式汽化爐優(yōu)越。

3.4氮氧化物（NOX）排放低

氮氧化物排放低是其又一個(gè)特點(diǎn)。清潔粉煤氣化系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，氮氧化物排放范圍為5~50 PPM。氮氧化物排放低的原因:一是低溫燃燒，此時(shí)空氣中的氮一般不會(huì)生成氮氧化物;二是分段燃燒，抑制燃燒中的氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮，并使部分已生成的二氧化氮得到還原。

3.5不產(chǎn)生酚水和焦油

以兩段式煤氣發(fā)生爐為例介紹固定床汽化爐，爐內(nèi)從下到上依次為灰層、氧化層、還原層、干餾層和干燥層。爐內(nèi)煤自上而下移動(dòng)，產(chǎn)生的煤氣自下而上排出。在干餾層（300～600℃），煤中酚氰類物質(zhì)、焦油揮發(fā)出來，并通過干燥層進(jìn)入上段煤氣，在煤氣凈化（冷卻和電捕焦油）過程中得到收集。兩段式煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的焦油是優(yōu)質(zhì)的化工原料，可以出售，但酚水較難處理，部分違法企業(yè)直排溝道，嚴(yán)重污染地表水、土壤和地下水。

循環(huán)流化床汽化爐，整個(gè)爐膛溫度基本都在950～1 050℃。原煤顆粒在950～1 050℃的流化床中汽化，焦油、酚氰類物質(zhì)裂解比較完全，從根源上解決了酚氰類廢水問題。

3.6易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用

系統(tǒng)燃燒過程屬于低溫燃燒，同時(shí)爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件，使得鍋爐灰渣含碳量低，易于實(shí)現(xiàn)灰渣的綜合利用。灰渣可作為水泥摻和料或用作建筑材料。

3.7煤炭能源綜合利用率高

整個(gè)系統(tǒng)碳的綜合轉(zhuǎn)化率在90%以上，同時(shí)系統(tǒng)可以調(diào)整產(chǎn)氣熱值范圍，以適應(yīng)不同客戶需求。普通空氣煤氣熱值在1 300～1 400 kcal/Nm3，而富氧煤氣熱值可達(dá)1 650 kcal/Nm3,完全可以滿足工業(yè)生產(chǎn)中不同的工藝和產(chǎn)品對燃料的需求。

4結(jié)論

清潔粉煤氣化系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤氣化技術(shù)應(yīng)用于提供清潔煤氣,可有效的降低粉塵、SO2、NOX等大氣污染物的排放，避免焦油、酚水等污染物的生成，在改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量方面具有較好的作用。

因此，建議國家加大對煤炭清潔高效利用技術(shù)項(xiàng)目的財(cái)政和政策支持，并制定統(tǒng)一的行業(yè)清潔能源升級改造政策,保證競爭環(huán)境的相對公平，從而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)全面升級。