灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣方案研究

畢可軍

（陜西華祥能源科技集團有限公司，陜西西安 710075）

工業燃氣是相對于民用和商業用氣而言的，一般是指工業上作為燃料用的氣體。工業燃氣廣泛應用到冶金、機械制造、玻璃陶瓷等行業，然而對于沒有副產煤氣或副產煤氣不足的企業，有目的地自建工業燃氣制備裝置是非常必要的。

我國石油資源短缺，但煤炭資源豐富，煤炭氣化是制備工業燃氣的一個主要方向。因此，應加快發展適合我國工業燃氣制備項目的煤氣化技術。其中，灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣技術可采用廉價的粉煤進行氣化，在原料成本及適中的規模等方面具有一定的技術優勢。

1 常用的工業燃氣制備方法

目前，常用的工業燃氣制備方法有以下。

（1）以煤或焦等固體物料采用氣化工藝制備工業燃氣。

（2）以煤或焦等固體物料采用熱解工藝制備工業燃氣。

（3）重油蓄熱熱裂解和蓄熱催化裂解制備工業燃氣。

工業燃氣制備方法的選擇，應視企業可利用的資源而定?；胰诰哿骰卜勖簹饣苽涔I燃氣方案，采用粉煤（粉焦）進行氣化，尤其可采用劣質的粉煤，使工業燃氣的生產成本顯著下降。

2 灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣工藝

2.1 灰融聚流化床粉煤氣化工藝

灰融聚流化床粉煤氣化工藝流程如圖1 所示。主要包括進煤、氣化、除塵、煤氣冷卻系統、中／深度除塵等系統。

（1）進煤系統

由備煤系統送入的粒徑為0～8mm 的原料粉煤（含水量控制在5%以下）依次進入煤斗、煤鎖、給煤斗，由螺旋給料機控制加煤量，用氮氣或二氧化碳吹送粉煤進入氣化爐下部。

圖1 灰融聚流化床粉煤氣化工藝流程圖

（2）氣化系統

粉煤在氣化爐中主要經過煤的干燥脫水、脫揮發分、煤的氣化、灰渣熔聚、從床內分離出灰渣等五個過程。由分布板進入蒸汽和氧氣，主要使床料流化起來；由中心管進入蒸汽和氧氣，在噴口附近形成一個射流高溫燃燒區，使灰渣團聚成球；由環管進入蒸汽和氧氣，在一定的氣速下，使灰團與半焦分離，在非結渣情況下，連續有選擇地排出低碳量的灰渣。粉煤在氣化爐中與氣化劑氧氣－蒸汽進行反應，生成CO、H2、CH4、CO2、H2S等氣體，生成的煤氣從上部引出。氣化爐上部直徑較大，含細灰的氣流氣速降低，大部分細灰及未反應完全的半焦回落至氣化爐下部繼續反應，只有一部分細灰及半焦隨氣流夾帶出氣化爐。

（3）除塵系統

從氣化爐上部導出的高溫煤氣依次進入兩級旋風分離器，從兩級分離器分出的熱飛灰，由特殊控制裝置，經料腿用水蒸氣或二氧化碳吹入氣化爐內部進一步燃燒、氣化，以提高碳轉化率。

（4）煤氣冷卻回收系統

從兩級旋風除塵器出來的高溫煤氣依次進入蒸汽發生器、蒸汽過熱器、鍋爐給水預熱器冷卻回收熱量，蒸汽過熱器產生的過熱蒸汽一部分供裝置自用，另一部分送入工廠管網。

（5）中度／深度除塵系統

來自鍋爐給水預熱器的煤氣依次經過環流式旋風除塵器、袋式除塵器進行中、深度除塵后，煤氣中的粉塵含量達到10.0mg／m3以下，然后進入粗煤氣洗滌、凈化系統。經環流式旋風分離器和深度除塵器收集的細灰，由氣流輸送至貯灰倉，然后由發送罐輸送至流化床粉煤氣化爐內進一步燃燒、氣化，以提高碳的轉化率。

（6）開停車系統

為了滿足灰融聚粉煤氣化爐烘爐及開車升溫的要求，氣化裝置中每個系列都設置一套開工預熱燒嘴。

開工預熱燒嘴產生的熱煙氣進入氣化爐進行氣化爐耐熱襯里烘爐及正常開車升溫，氣化爐升溫速率依照升溫曲線進行，預熱氣化爐的溫度達900～950℃并穩定3～5h后，氣化爐可進行投料操作。工況穩定后停止開工預熱燒嘴的燃料氣及空氣的供應。

氣化爐烘爐和升溫所產生的煙氣通過高點排放系統送至高點排放。

在氣化爐投料初期和事故停車時會產生不合格煤氣，為保證裝置安全生產、保護環境，裝置設置了不合格煤氣送至高點放空系統的管線。

2.2 后續配套工藝

灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣后續配套工藝如圖2所示。氣化爐產高溫煤氣經過旋風分離器初級除塵后，由煤氣冷卻系統冷卻回收熱量，然后經過環流式旋風分離器中度除塵，再經過袋式除塵器深度除塵，使煤氣含塵量小于10mg／m3，進入洗滌塔冷卻、除塵，使煤氣溫度降到32℃，含塵量小于5mg／m3，接著進入濕法脫硫系統脫硫，使硫含量達到50mg／m3以下，最后輸出工業燃氣。

3 工業燃氣工藝參數及制備能力

3.1 工業燃氣工藝參數

灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣可以達到如下要求：

（1）煤氣熱值 4.6～9.6MJ／m3

圖2 灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣工藝框圖

（2）煤氣溫度 ≤35℃

（3）煤氣壓力 0.03～1.0MPa

（4）煤氣含塵量 ＜5mg／m3

（5）含氧量 ＜0.4%

（6）煤氣含硫量 ＜50mg／m3

3.2 工業燃氣制備能力

不同富氧濃度下，單臺φ2400mm 常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業燃氣的能力如表1所示。

由表1可知，灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業燃氣的熱值可通過調節富氧空氣的氧濃度來改變工業燃氣中有效成分（H2＋CO＋CH4），從而實現煤氣熱值的調節。

可以通過增大氣化爐直徑和提高氣化爐操作壓力來增加單臺灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業燃氣的生產能力，如氣化爐直徑增加到φ3 000mm，生產能力達1.6倍。

表1 單臺φ2 400mm 常壓灰融聚流化床粉煤氣化爐制備工業燃氣能力

4 結 語

灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣方案，可為冶金、機械制造、玻璃陶瓷等行業工業燃氣用戶新建或改造現有固定床發生爐煤氣站提供良好的技術選擇。

（1）灰融聚流化床粉煤氣化制備工業燃氣，其熱值和產氣量比較適合冶金、機械制造、玻璃陶瓷等行業工業燃氣用戶需要。

（2）氣化爐操作負荷在60%～120%，對用氣量的波動調節靈活。

（3）需要氧氣規模一般在4 000m3／h以下，可選用投資較低的變壓吸附PSA 制氧。

（4）可采用廉價的劣質粉煤作為氣化原料，使工業燃氣的生產成本顯著下降。