氣流床煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展分析

耿文杰

(陽(yáng)煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

1 氣流床煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)

氣流床煤氣化技術(shù)是煤炭氣化應(yīng)用生產(chǎn)中的一種重要形式，不僅能夠有效提升煤炭的使用效率，還能降低煤炭燃燒過(guò)程中對(duì)空氣造成的污染問(wèn)題，因此具有很強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在正常的情況下進(jìn)行煤炭氣化的過(guò)程中，會(huì)將原料煤處理成粉末的形式，之后粉末狀態(tài)的煤灰和氣化劑一起通過(guò)噴嘴送入氣化爐內(nèi)，在氣化爐中完成混合燃燒以及氣反應(yīng)等過(guò)程。在氣流床煤氣化正常運(yùn)行時(shí)，氣化爐內(nèi)的氣固流動(dòng)速度相對(duì)而言比較低，氣體與氣體中夾帶的固體都會(huì)順著同一方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此將其稱為氣流床氣化或夾帶床氣化。在實(shí)際用的過(guò)程中，氣流床煤氣化具有很強(qiáng)的煤種適應(yīng)性，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，并且由于氣化時(shí)存在的高溫使液態(tài)排渣更加順暢，可以保證井下作業(yè)過(guò)程中的安全性和可靠性，當(dāng)前氣流床煤氣化工藝技術(shù)也是煤炭氣化生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。

2 氣流床煤氣化技術(shù)的分類

當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較常見(jiàn)的氣流床煤氣化技術(shù)主要有五種，分別為德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)、殼牌煤氣化技術(shù)、GSP氣流床氣化技術(shù)、及多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)及HT-L氣化技術(shù)。這五種氣流床煤氣化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)具有很大的差別。根據(jù)氣流床煤氣化技術(shù)的進(jìn)料方式，可以將這些技術(shù)分為兩類，分別為干煤粉進(jìn)料和水煤漿進(jìn)料。而根據(jù)氣化爐內(nèi)部氣流的運(yùn)行方向進(jìn)行分類，可以將這些氣流床煤氣化工藝技術(shù)分為上行類和下行類[1]。結(jié)合技術(shù)工藝流程的區(qū)別也可以將其流程煤氣化技術(shù)分為廢鍋型和直接水激冷型。根據(jù)噴嘴數(shù)量和布置上的區(qū)別可以將不同的氣流床煤氣化工藝技術(shù)分為單噴嘴直噴和多噴嘴對(duì)噴兩種類型。除此之外，根據(jù)氣化爐內(nèi)部是否含有耐火保溫材料也可以將不同的氣流床煤氣化技術(shù)分為熱爐壁和水冷壁兩種類型。在實(shí)際用的過(guò)程中，生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)自己的生產(chǎn)需求選用不同的氣流床煤氣化技術(shù)。

3 氣流床煤氣化技術(shù)的典型工藝

3.1 德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)

相比于其他氣流床煤氣化技術(shù)，德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)屬于一種比較基礎(chǔ)的煤氣化技術(shù)，應(yīng)用范圍比較廣泛。實(shí)際操作時(shí)需要采取濕法進(jìn)料的方式，并通過(guò)液體進(jìn)行排渣。德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)的核心工藝包括對(duì)煤塊的研磨、煤漿制備及儲(chǔ)運(yùn)煤氣化以及合成氣洗滌等環(huán)節(jié)，在進(jìn)行氣化爐熱量利用時(shí)主要分為三個(gè)類型，分別為激冷、廢鍋、激冷和廢鍋結(jié)合。

3.2 殼牌煤氣化技術(shù)

殼牌煤氣化技術(shù)屬于當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的氣流床煤氣化技術(shù)中比較典型的技術(shù)類型，進(jìn)料時(shí)使用干煤粉，并對(duì)其進(jìn)行磨制和干燥處理，之后對(duì)煤粉進(jìn)行加壓處理，通過(guò)進(jìn)料煤氣化除渣凈化等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)的有效應(yīng)用。在生產(chǎn)時(shí)使干煤粉與氧氣充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并利用熱量回收和合成氣凈化技術(shù)進(jìn)行二次處理，最后將燃?xì)饽芰枯斔徒o用戶。針對(duì)殼牌煤氣化技術(shù)應(yīng)用的控制系統(tǒng)在自動(dòng)化水平方面比較高，因此能夠一定程度上保證使用過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。由于機(jī)械設(shè)備的使用壽命較長(zhǎng)，因此在維護(hù)和保養(yǎng)工作方面的成本較少。

3.3 GSP氣流床氣化技術(shù)

GSP氣流床氣化技術(shù)早期是由德國(guó)所開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)煤氣化技術(shù)，能夠有效應(yīng)對(duì)低品位褐煤等固體燃料的處理工作。隨著GSP氣流床氣化技術(shù)的深入研究和發(fā)展，當(dāng)前GSP氣流床氣化技術(shù)對(duì)煤種的選擇和適用范圍非常廣泛，并且具有較高的氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率，能夠有效控制煤在轉(zhuǎn)換過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。GSP氣流床氣化技術(shù)是目前國(guó)外普遍應(yīng)用的煤氣化技術(shù)，但是由于技術(shù)應(yīng)用較為復(fù)雜，因此目前國(guó)內(nèi)還不能完成獨(dú)立生產(chǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要從國(guó)外引進(jìn)大部分設(shè)備，使得該項(xiàng)煤氣化工藝技術(shù)的應(yīng)用成本大幅增加[2]。

3.4 四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)

GSP氣流床氣化技術(shù)對(duì)于國(guó)外引進(jìn)依賴性比較高，因此雖然能夠有效提高效率，但是由于成本問(wèn)題使得性價(jià)比整體較低。隨著國(guó)內(nèi)煤氣化基礎(chǔ)理論的深入研究，四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)屬于國(guó)內(nèi)完全自主研發(fā)的一種氣化技術(shù)，濕法進(jìn)料并液態(tài)排渣，能夠有效控制廢渣中的含碳量，在實(shí)際用的過(guò)程當(dāng)中具有比煤耗較低、產(chǎn)氣量大的優(yōu)點(diǎn)。四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提升國(guó)內(nèi)煤炭資源使用率有著非常重要的作用，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，設(shè)備的負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活，并且具有較長(zhǎng)的運(yùn)行周期，由于擁有自主產(chǎn)權(quán)因此成本得到了有效控制。綜合來(lái)看，當(dāng)前四噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)在穩(wěn)定性方面還存在著一定的發(fā)展空間，這也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)氣流床煤氣化工藝技術(shù)深入研究的主要對(duì)象之一。

3.5 航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術(shù)

技術(shù)主要是借鑒德士古、殼牌及GSP加壓氣化工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)的一套具有獨(dú)特創(chuàng)新的新型粉煤加壓氣化技術(shù)。航天爐主要是由燒嘴、氣化爐激冷室、燃燒室及承壓外殼組成。所用燒嘴為點(diǎn)火燒嘴、粉煤燒嘴和開(kāi)工燒嘴組成的組合式燒嘴，氣化壓力4.0 MPa，設(shè)計(jì)氣化溫度1 400 ℃～1 600 ℃。HT-L技術(shù)具有多方面的優(yōu)點(diǎn)：1) 煤種適應(yīng)范圍廣，具有可選范圍寬(1 250 ℃～1 650 ℃)的煤的灰熔點(diǎn)，而且碳轉(zhuǎn)化率高，氣化原料可選范圍廣，CH4含量低，粗合成氣品質(zhì)好，碳轉(zhuǎn)化率設(shè)計(jì)值≥99.5%；2) 控制系統(tǒng)具有比較高的自動(dòng)化程度，同時(shí)安保聯(lián)鎖系統(tǒng)比較完善；3) 排放的污染物少，環(huán)保性能好；4) 工藝成熟可靠，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，設(shè)備完全國(guó)產(chǎn)化，與同規(guī)模Shell工藝相比，可以大大降低投資成本；5) 大部分熱量都可以通過(guò)熔渣及粗煤氣帶入激冷水中，避免了熱量的大量損失。

4 氣流床煤氣化技術(shù)的發(fā)展

山西地區(qū)的礦產(chǎn)資源量非常豐富，是國(guó)內(nèi)的主要煤炭保有資源地，具有非常優(yōu)質(zhì)的煤礦、煤層氣、鋁土礦等資源，因此山西地區(qū)也擁有著全國(guó)數(shù)量最多的中小型煤礦開(kāi)采基點(diǎn)。結(jié)合當(dāng)前氣流床煤氣化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，當(dāng)前氣流床煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要有五個(gè)方向。第一，不斷加強(qiáng)對(duì)于煤氣化領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的深入研究。煤氣化基礎(chǔ)理論作為任何煤氣化技術(shù)的技術(shù)指導(dǎo)都有著非常重要的作用，因此為了切實(shí)提升氣流床煤氣化技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，就需要有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)支撐，通過(guò)不斷加強(qiáng)煤氣化領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的研究工作能夠真正促進(jìn)國(guó)內(nèi)煤氣化技術(shù)的規(guī)模化高效化發(fā)展，為煤礦能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供助力。第二，針對(duì)國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)的煤氣化技術(shù)不僅需要加強(qiáng)研究和應(yīng)用，更需要結(jié)合煤氣化基礎(chǔ)理論研究加強(qiáng)自主研發(fā)，通過(guò)消化吸收和再發(fā)展等過(guò)程真正實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，提升國(guó)內(nèi)煤氣化領(lǐng)域整體技術(shù)水平。第三，雖然說(shuō)當(dāng)前氣流床煤氣化技術(shù)具有很強(qiáng)的煤種適應(yīng)性，但是結(jié)合國(guó)內(nèi)煤礦能源的實(shí)際情況而言能夠?qū)嶋H投入應(yīng)用的煤種范圍還是有限的。因此，當(dāng)前提高氣流床煤氣化技術(shù)的煤種適應(yīng)性是非常重要的研究方向，也是煤氣化技術(shù)面臨的最為復(fù)雜的問(wèn)題之一。結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的煤氣化工藝技術(shù)實(shí)際情況來(lái)看，以干煤粉進(jìn)料、水冷壁氣化爐的氣流床氣化工藝是多種氣流床氣化工藝中煤種適應(yīng)性最強(qiáng)的技術(shù)類型，具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景和發(fā)展前景[3]。第四，在煤氣化技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中大型化是技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，而結(jié)合氣流床技術(shù)的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，氣流床技術(shù)能夠有效提高溫度增加壓力，實(shí)現(xiàn)煤料和氣化劑強(qiáng)力混合的生產(chǎn)應(yīng)用目標(biāo)，因此也是大型化發(fā)展的重要技術(shù)方向。最后，在煤氣化技術(shù)逐漸深入研究發(fā)展的過(guò)程中，能量的高效轉(zhuǎn)化和合理回收是當(dāng)前國(guó)內(nèi)氣流床煤氣化技術(shù)應(yīng)用亟待解決的重要問(wèn)題。相比于廢熱鍋爐工藝，激冷工藝在設(shè)備操作方面比較簡(jiǎn)單，因此能夠有效控制投資成本，但是整體的能量回收效率較低。而廢熱鍋爐技術(shù)雖然具有很高的熱量回收效率，但是在應(yīng)用時(shí)需要大型設(shè)備參與，因此在投資成本方面比較大，這就對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)煤氣化技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求，需要不斷開(kāi)發(fā)新的熱量回收技術(shù)提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，切實(shí)促進(jìn)國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的合理分配。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前國(guó)內(nèi)氣流床煤氣化技術(shù)的應(yīng)用水平還處于初級(jí)階段，氣流床煤氣化具有很強(qiáng)的煤種適應(yīng)性，因此在實(shí)際用的過(guò)程當(dāng)中能夠有效提升氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率。作為一種高效清潔燃?xì)庵苽鋺?yīng)用的首選技術(shù)，在未來(lái)氣流床煤氣化技術(shù)還會(huì)不斷擴(kuò)大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)新的熱量回收技術(shù)，真正滿足社會(huì)生產(chǎn)生活對(duì)于新能源燃?xì)獾男枨蟆?/p>