5種典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術特點比較

王 凱

(安徽華誼化工有限公司，安徽蕪湖 241000)

干法進料的氣流床煤氣化技術是當今最先進的煤氣化技術之一，相對于水煤漿加壓氣化技術，具有煤種適應性更廣、爐膛壽命更長、燒嘴壽命更長、原料消耗更低、碳轉化率更高、經濟指標更優及熱效率更高等方面的優勢，有很高的市場競爭力。對于粉煤氣化技術的工業應用、流程介紹、技術改造、技術考核等已有很多文獻進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的進料形式、流場原理、近壁面高溫區及高徑比等方面，對殼牌爐、航天爐、神寧爐、科林爐和東方爐等進行粉煤氣化技術比較還未見研究和報道，現針對這5種典型的下行水激冷粉煤加壓氣化技術進行技術特點的比較分析。

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氣化緩沖煤倉、稱重式給煤機后，由落煤管進入磨煤機內。經過磨煤機的干燥和研磨，磨制后的煤粉經旋轉分離器、粉煤過濾器后，制出合格的粉煤，再經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射罐送入氣化爐。通過燒嘴進入氣化爐燃燒的粉煤、氧氣和蒸汽在4.1 MPa(表壓)的壓力下進行氣化反應，生成主要成分為H2、CO及CO2的粗合成氣。反應后的高溫(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，沿激冷管進入激冷室的水浴中，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。氣化爐內的灰渣通過鎖斗循環排至渣池，由撈渣機撈出外送。氣化爐黑水和洗滌塔黑水通過減壓后送至閃蒸系統回收熱量，排入澄清槽高濃度的灰水經過濾機將濾餅排出；其余灰水返回系統自用，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，但是各有各的特點。5種下行水激冷粉煤加壓氣化技術特點比較見表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入多通道旋流角燒嘴，在爐內形成旋流場，有利于煤粉和氧氣的混合[5]。合理的高徑比讓爐內近壁面高溫區位于氣化爐中部，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。航天爐工程業績較多，最長連續運行時間已達360 d，這對于要求連續運行的大化工行業來說是非常有利的。此外，航天爐在之前的工程經驗的基礎上，通過增大燃燒室體積和減小渣口尺寸等措施可進一步提升物料的停留時間，有利于碳轉化率的提高，相信碳轉化率在98%以上也將是常態。航天爐燒嘴增設中心粉煤通道，有利于降低燒嘴頭部溫度及爐內火焰狀態的調節，更有利于燒嘴壽命的延長，同時具有更好的調節能力和操作彈性。水冷壁采用盤管式，水循環倍率高，能耗增加，副產中壓蒸汽。設置三級閃蒸，灰水與閃蒸汽直接換熱，防堵性和能效優于間接換熱式。

表1 5種下行水激冷粉煤加壓氣化技術特點的比較

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，碳轉化率高。火焰近壁面高溫區位于氣化爐中上部，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，水循環倍率低，能耗低，副產中壓蒸汽。設置兩級閃蒸，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，水循環倍率高，能耗增加。很多設計繼承了GSP的理念，單對于激冷水洗、燒嘴和閃蒸配置等部分做了優化，可靠性進一步提高。水冷壁采用不飽和水循環，副產低壓蒸汽。設置三級閃蒸，中壓閃蒸汽和灰水直接換熱，黑水循環能效較高。

3.4 科林爐

科林爐采用三燒嘴(以120°的角度分布)頂噴式進料，每個燒嘴內部有旋流塊，形成旋流場。火焰近壁面高溫區位于氣化爐中上部，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，水循環倍率高，能耗增加。水冷壁采用不飽和水循環，副產低壓蒸汽(也可根據要求產中壓蒸汽)。黑水循環和合成氣初步凈化系統采用華東理工大學的黑水循環專利，設置兩級閃蒸，為閃蒸汽和灰水直接換熱式，能效和防堵性優于間接換熱式[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，碳的轉化率和單噴嘴旋流場相當。火焰約束在爐膛中心，近壁面高溫區位于氣化爐中部偏下，有利于排渣，提高了煤種的適應性。水冷壁采用豎管式，水循環倍率低，能耗低，副產中壓蒸汽。設置兩級閃蒸，為閃蒸汽和灰水直接換熱式，防堵性優于間接換熱式[8-9]。

4 結語

經過對航天爐、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對比發現：進料形式、流場形式、近壁面高溫區位置、高

徑比、停留時間、副產蒸汽等級、初步凈化和閃蒸配置等方面有一定的差異性，各有優點，各有特色，造成碳轉化率、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。如：航天爐已有30多臺運行業績，其中A級最長連續運行時間已經超過390 d；殼牌爐已有28臺運行業績，其中A級最長連續時間超過180 d。

對于三高煤或成漿性較差的煤種，水煤漿氣化技術會有很大的制約，而粉煤氣化則顯示出其煤種適應性強的優勢，因此對于煤氣化技術來說，粉煤氣化應該是煤氣化技術發展的趨勢。

參考文獻

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