5種典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點比較

王 凱

(安徽華誼化工有限公司，安徽蕪湖 241000)

干法進(jìn)料的氣流床煤氣化技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一，相對于水煤漿加壓氣化技術(shù)，具有煤種適應(yīng)性更廣、爐膛壽命更長、燒嘴壽命更長、原料消耗更低、碳轉(zhuǎn)化率更高、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更優(yōu)及熱效率更高等方面的優(yōu)勢，有很高的市場競爭力。對于粉煤氣化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用、流程介紹、技術(shù)改造、技術(shù)考核等已有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了較深入的對比分析，但從下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)的進(jìn)料形式、流場原理、近壁面高溫區(qū)及高徑比等方面，對殼牌爐、航天爐、神寧爐、科林爐和東方爐等進(jìn)行粉煤氣化技術(shù)比較還未見研究和報道，現(xiàn)針對這5種典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)進(jìn)行技術(shù)特點的比較分析。

1 典型的下行水激冷粉煤加壓氣化流程

下行水激冷的粉煤加壓氣化技術(shù)工藝流程主要包括：粉煤制備及輸送單元、氣化單元、排渣單元、初步凈化單元、閃蒸單元及公用工程單元。由輸煤皮帶來的原煤經(jīng)氣化緩沖煤倉、稱重式給煤機(jī)后，由落煤管進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)。經(jīng)過磨煤機(jī)的干燥和研磨，磨制后的煤粉經(jīng)旋轉(zhuǎn)分離器、粉煤過濾器后，制出合格的粉煤，再經(jīng)過粉煤緩沖倉和粉煤鎖斗，最后用高壓二氧化碳或高壓氮氣將粉煤從發(fā)射罐送入氣化爐。通過燒嘴進(jìn)入氣化爐燃燒的粉煤、氧氣和蒸汽在4.1 MPa(表壓)的壓力下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成主要成分為H2、CO及CO2的粗合成氣。反應(yīng)后的高溫(1 400～1 600 ℃)合成氣與熔融狀爐渣和灰分一起向下穿過激冷水分布環(huán)，沿激冷管進(jìn)入激冷室的水浴中，大部分灰渣冷卻后落入激冷室底部，洗滌后的粗合成氣離開氣化爐激冷室去初步凈化，然后送至下游工序。氣化爐內(nèi)的灰渣通過鎖斗循環(huán)排至渣池，由撈渣機(jī)撈出外送。氣化爐黑水和洗滌塔黑水通過減壓后送至閃蒸系統(tǒng)回收熱量，排入澄清槽高濃度的灰水經(jīng)過濾機(jī)將濾餅排出；其余灰水返回系統(tǒng)自用，少量灰水外排[1-4]。

2 典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點

殼牌爐、航天爐、神寧爐、科林爐和東方爐等雖然都是下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)，但是各有各的特點。5種下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點比較見表1。

3 特點分析

3.1 航天爐

航天爐通過兩路氧氣和四路粉煤管線進(jìn)入多通道旋流角燒嘴，在爐內(nèi)形成旋流場，有利于煤粉和氧氣的混合[5]。合理的高徑比讓爐內(nèi)近壁面高溫區(qū)位于氣化爐中部，一般情況下無需添加石灰水來降低灰熔點。對于三高煤，在配入適量的石灰石后也能很好地運行。航天爐工程業(yè)績較多，最長連續(xù)運行時間已達(dá)360 d，這對于要求連續(xù)運行的大化工行業(yè)來說是非常有利的。此外，航天爐在之前的工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過增大燃燒室體積和減小渣口尺寸等措施可進(jìn)一步提升物料的停留時間，有利于碳轉(zhuǎn)化率的提高，相信碳轉(zhuǎn)化率在98%以上也將是常態(tài)。航天爐燒嘴增設(shè)中心粉煤通道，有利于降低燒嘴頭部溫度及爐內(nèi)火焰狀態(tài)的調(diào)節(jié)，更有利于燒嘴壽命的延長，同時具有更好的調(diào)節(jié)能力和操作彈性。水冷壁采用盤管式，水循環(huán)倍率高，能耗增加，副產(chǎn)中壓蒸汽。設(shè)置三級閃蒸，灰水與閃蒸汽直接換熱，防堵性和能效優(yōu)于間接換熱式。

表1 5種下行水激冷粉煤加壓氣化技術(shù)特點的比較

3.2 殼牌爐

殼牌爐采用四燒嘴偏角對置式，形成撞擊旋轉(zhuǎn)流場，有利于煤粉和氧氣的混合，高徑比大、停留時間長、渣灰比較高，碳轉(zhuǎn)化率高?；鹧娼诿娓邷貐^(qū)位于氣化爐中上部，煤種流動溫度大于1 450 ℃以上，需要添加一定比例的石灰石。水冷壁采用豎管式，水循環(huán)倍率低，能耗低，副產(chǎn)中壓蒸汽。設(shè)置兩級閃蒸，灰水和中壓閃蒸汽間接換熱式，防堵性能略差。部分項目第二級閃蒸為低壓閃蒸，黑水經(jīng)過換熱器冷卻后直接排入澄清槽，該股黑水管道堵塞可能性增加[6]。

3.3 神寧爐

神寧爐采用多通道旋流角燒嘴，形成旋流場，有利于煤粉和氧氣的混合。水冷壁采用盤管式，水循環(huán)倍率高，能耗增加。很多設(shè)計繼承了GSP的理念，單對于激冷水洗、燒嘴和閃蒸配置等部分做了優(yōu)化，可靠性進(jìn)一步提高。水冷壁采用不飽和水循環(huán)，副產(chǎn)低壓蒸汽。設(shè)置三級閃蒸，中壓閃蒸汽和灰水直接換熱，黑水循環(huán)能效較高。

3.4 科林爐

科林爐采用三燒嘴(以120°的角度分布)頂噴式進(jìn)料，每個燒嘴內(nèi)部有旋流塊，形成旋流場?；鹧娼诿娓邷貐^(qū)位于氣化爐中上部，煤種流動溫度大于1 450 ℃以上，需要添加一定比例的石灰石。水冷壁采用盤管式，水循環(huán)倍率高，能耗增加。水冷壁采用不飽和水循環(huán)，副產(chǎn)低壓蒸汽(也可根據(jù)要求產(chǎn)中壓蒸汽)。黑水循環(huán)和合成氣初步凈化系統(tǒng)采用華東理工大學(xué)的黑水循環(huán)專利，設(shè)置兩級閃蒸，為閃蒸汽和灰水直接換熱式，能效和防堵性優(yōu)于間接換熱式[7]。

3.5 東方爐

東方爐采用多通道單燒嘴頂噴式進(jìn)料，形成直流場。氣化爐高徑比較大，增加了煤粉停留時間，碳的轉(zhuǎn)化率和單噴嘴旋流場相當(dāng)?；鹧婕s束在爐膛中心，近壁面高溫區(qū)位于氣化爐中部偏下，有利于排渣，提高了煤種的適應(yīng)性。水冷壁采用豎管式，水循環(huán)倍率低，能耗低，副產(chǎn)中壓蒸汽。設(shè)置兩級閃蒸，為閃蒸汽和灰水直接換熱式，防堵性優(yōu)于間接換熱式[8-9]。

4 結(jié)語

經(jīng)過對航天爐、殼牌爐、神寧爐、科林爐和東方爐等5種典型的下行水激冷粉煤氣化技術(shù)對比發(fā)現(xiàn)：進(jìn)料形式、流場形式、近壁面高溫區(qū)位置、高

徑比、停留時間、副產(chǎn)蒸汽等級、初步凈化和閃蒸配置等方面有一定的差異性，各有優(yōu)點，各有特色，造成碳轉(zhuǎn)化率、運行成本等方面略有差異，但都是成熟可靠的下行水激冷粉煤氣化技術(shù)。如：航天爐已有30多臺運行業(yè)績，其中A級最長連續(xù)運行時間已經(jīng)超過390 d；殼牌爐已有28臺運行業(yè)績，其中A級最長連續(xù)時間超過180 d。

對于三高煤或成漿性較差的煤種，水煤漿氣化技術(shù)會有很大的制約，而粉煤氣化則顯示出其煤種適應(yīng)性強的優(yōu)勢，因此對于煤氣化技術(shù)來說，粉煤氣化應(yīng)該是煤氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜賽紅，楊珂，唐鳳金，等．典型的激冷流程干粉氣流床煤氣化技術(shù)比較[J]．化肥設(shè)計，2014，52(4)：8- 12．

[2] 張臘，米金英．干煤粉加壓氣化技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]．潔凈煤技術(shù)，2012，18(2)：74- 78．

[3] 趙小倩，胡長勝．科林高壓干粉煤氣化工藝技術(shù)分析[J]．化肥工業(yè)，2011，38(3)：6- 9．

[4] 王軍，陸峰，林彬彬．國內(nèi)工程應(yīng)用的幾種煤氣化技術(shù)簡介[C]∥2009中國煤化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研討會論文集，2009．

[5] 孫永才，劉偉．航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)淺析[J]．化肥工業(yè)，2010，37(1)：18- 20．

[6] 王文富，程更新．殼牌爐氣化工藝技術(shù)的應(yīng)用情況[J]．氮肥技術(shù)，2010，31(5)：36- 41．

[7] 李建兵．煤氣化技術(shù)工業(yè)應(yīng)用概況及工藝選擇(下)[J]．化肥工業(yè)，2014，41(5)：30- 33．

[8] 梁永煌，游偉，章衛(wèi)星．我國潔凈煤氣化技術(shù)現(xiàn)狀與存在的問題及發(fā)展趨勢(上)[J]．化肥工業(yè)，2014，41(1)：30- 36．

[9] 楊玉輝，郭曉鐳，張煒，等．淮南煤在SE-東方爐上的試燒運行總結(jié)[J]．大氮肥，2016，39(6)：369- 371．