新型粉煤氣化爐的研究與探索

唐 勇

(貴州盤江投資控股〔集團〕有限公司 貴州貴陽 550081)

新型粉煤氣化爐的研究與探索

唐 勇

(貴州盤江投資控股〔集團〕有限公司 貴州貴陽 550081)

介紹了現有煤氣化爐的運行情況、存在的問題及攻關難點。針對現有煤氣化爐存在的不足，提出了研發新型氣化爐的設計構想，以達到氣化爐開停車操作方便、安全，運行成本低，節能環保的目的。

氣化爐；新型；節能；環保

經過10年的發展，曾經的煤化工熱潮現已經冷落，尤其是原油價格的大幅跌落，更使煤化工產業受到嚴重打擊。發展煤化工產業最關鍵的設備是氣化爐，需能滿足后續產品大型化、規模化生產的要求。現針對氣化爐進行研究及探索，以緩解我國對國外大型煤氣化爐的依賴程度，同時解決進口設備、技術水土不服的問題，實現設備國產化并降低投資。

1 主要氣化爐情況

按固體與氣體接觸的方式區分，煤氣化爐可分為固定床、流化床、氣流床和熔融床，其中熔融床技術還沒有實際應用開發，氣流床氣化是目前煤氣化技術的主流，代表著今后煤氣化技術的發展方向。因此，本文主要介紹具有代表性的德士古氣化爐、殼牌氣化爐、GSP爐等大型氣化爐[1]。

1.1 德士古氣化爐

德士古氣化爐為濕法進料的氣流床氣化爐。國內最早引進德士古氣化爐的是山東魯南化肥廠，投運的裝置有山東魯南、上海焦化、陜西渭化、安徽淮化、金陵石化、南化公司等近3 0臺(套)裝置，其中一些裝置已有10年以上的運行經驗，運行狀況良好，代表了水煤漿氣化技術的先進性。但德士古氣化爐對煤質限制比較嚴格，如煤的成漿性、灰分含量等，且存在耐火磚成本高、使用壽命短、燒嘴易磨損等問題。

1.2 殼牌氣化爐

殼牌氣化爐屬于干粉煤氣流床氣化爐，可氣化不同種類的煤，包括劣質的次煙煤和褐煤以及生物燃料和廢棄物等。殼牌氣化工藝于1972年開始研究，1978年在德國漢堡建成中試裝置，1987年在美國建成日投煤量250～400 t的示范裝置；1996年在荷蘭建成大型IGCC裝置，氣化爐為單系統操作，日處理煤量2 000 t[2]。從2006年開始，國內先后有湖北雙環、岳陽洞氮、廣西柳州、貴州天福等10余家企業引進該技術，已建成或在建的氣化爐超過20臺。

1.3 GSP爐

GSP爐發展于1979年，前民主德國燃料研究所建設了1套熱負荷為3 MW的煤氣化中試裝置，氣化爐內有耐火材料襯里。GSP氣化爐早期只有6年氣化褐煤的業績，沒有氣化高灰分、高灰熔點煤的業績，商業化運行的裝置較少，國外有加拿大能源公司及美國安全能源公司合成天然氣項目，單爐日投煤量為2 000 t；國內有神華寧煤甲醇制烯烴項目和山西蘭花氨醇項目，單爐日投煤量2 000 t，以無煙煤為原料。

1.4 氣化爐存在的問題或缺陷

殼牌等干粉煤氣化爐整個系統流程長，設備結構復雜，N2(或CO2)消耗量大；須配套超高壓氮壓機、高壓氮壓機、低壓氮壓機及激冷氣壓縮機，導致投資大、能耗高；煤的干燥、磨粉及中壓過熱蒸汽等所增加的煤耗、動力能耗，提高了生產成本；存在爐內掛渣不均、積灰(爐頂輸氣管換熱器和廢熱鍋爐)、飛灰過濾器除塵效率不高、激冷氣壓縮機故障等問題，易造成工藝管線堵塞或磨穿；氣化爐的點火燒嘴或噴嘴易損壞。

德士古水煤槳氣化爐燒嘴使用壽命較短，一般使用2個月后需停車檢查、維修或更換噴嘴頭部，影響氣化爐的穩定性、安全性，使氣化爐難以達到“安、穩、長、滿、優”運行。

另外，氣化爐開車及升溫過程中需消耗大量的天然氣或柴油等燃料，將產生大量的廢氣，既不環保又浪費資源；生產過程中需消耗燃料或合成氣，以維持氣化爐的正常運轉。

2 國內氣化爐的發展

在引進國外氣化爐的基礎上不斷消化吸收，國內出現了許多氣化爐，具有代表性的主要有兩段式粉煤氣化爐、清華爐、航天爐等，實現了日氣化原煤千噸級的規模，正進行千噸以上規模的氣化爐建設及工業示范。

國內氣化爐都借鑒了國外氣化爐的設計原理及理念，均采用中高壓氣化方式以提高處理煤量，但同時也提高了設備的加工難度，制造成本成倍提高。

3 新型氣化爐的設計構想

新型氣化爐從設計方面應打破現有模式，以克服現行氣化爐存在的問題及難點，從設備制造的難易度、成本高低以及設備的操作性、環保及物耗方面著手，以達到降低設備投資、便于開停車、運行安全、節約物料的目的。

3.1 設計壓力

新型氣化爐采用常壓式設計，可大幅降低設備的制造難度和成本。氣化反應是體積增大的反應，反應速率隨著壓力的增大而減緩。新型氣化爐不采用中高壓方式，有利于固態粉煤的氣化，可提高反應速率。

3.2 點火方式

目前，氣化爐主要以天然氣、柴油等燃料進行點火和升溫，操作過程中點火燒嘴很容易損壞，且需消耗大量的燃料并產生大量的工業廢氣。以日處理原煤2 000 t的單臺GSP爐為例，天然氣為點火開車的燃料，氣化爐系統升溫達到熱備狀態約需24 h以上，每小時消耗天然氣約1 220 m3。河南龍宇煤化工有限公司殼牌氣化爐僅開、停車就需220萬元。

新型氣化爐采用先進的技術進行點火和升溫，操作方便、安全，且不消耗燃料，也不產生工業廢氣，節能又環保，不僅節約了資源，而且降低了開車成本。

3.3 進料與排氣方式

新型氣化爐采用爐頂進料，進入氣化爐的煤與氧化劑等充分混合后，依靠重力從上往下依次經過預熱區、反應區、排渣區，完成氣化過程。反應產生的氣體從氣化爐的中下部排出進入廢熱鍋爐回收利用熱量，渣落入爐底激冷池中并經撈渣機排出。新型氣化爐能有效減少飛灰及粉煤進入廢熱鍋爐的量，減輕對管道的磨損，且不存在返回的激冷氣，工藝流程短，有效減少了高壓設備，大大降低了系統建設投資。

3.4 粉煤噴嘴

新型氣化爐高溫反應區在爐體中部，爐頂溫度較低，且熱量大部分被煤帶走(預熱)，粉煤噴嘴的溫度被有效降低，不易損壞。取消開工燒嘴和工藝燒嘴，采用先進、可靠、低成本的燃燒方式，確保煤氣化所需的溫度，大大降低了設備投資和開車成本。

3.5 新型氣化爐的優勢及進展

新型氣化爐易制造，開停車方便、安全，建設投資低，同等規模氣化爐建設成本僅為殼牌、GSP等爐的20%左右；氣化溫度高，理論值可達4 000 ℃左右，適應煤種廣泛。目前，新型氣化爐項目研究正進入中試階段。

4 結語

新型氣化爐在節能環保方面優于現有的各種氣化爐，可以達到節能環保、低成本運行的目的。我國擁有豐富的煤炭資源，其中高灰分、高硫、高灰熔點的煤儲量巨大，新型氣化爐的研發有利于提高資源的利用率[3]。

[1] 郭文元.大型干煤粉氣化爐的技術特點[J].石油化工設備技術，2005(5)：19- 21.

[2] 唐宏青.現代煤化工新技術[M].北京：化學工業出版社,2009.

[3] 唐勇.發展煤炭循環經濟提高資源綜合利用度[J].煤炭技術，2006(9)：1- 2.

Study and Exploration of New Coal Gasifier

TANG Yong

(Guizhou Panjiang Investment Holding 〔Group〕 Co., Ltd., Guiyang 550081, China)

The operation conditions of present coal gasifier, existing problems and difficulties to be tackled are introduced.In connection with shortcomings of current coal gasifier, design ideas of developing new gasifier are proposed, with the goal of easy operation of startup and shutdown of gasifier, safety, low operation cost, energy saving and environmental protection.

gasifier; new type; energy saving; environmental protection

唐勇(1979—)，高級工程師，經濟師，從事煤化工技術管理及項目前期咨詢工作；tangyongtang2005@126.com

TQ545

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1006- 7779(2017)01- 0053- 02

2015- 07- 24)