粉煤氣化技術應用及相關問題研究

＊馬琳 盧彥 姜甜甜 郭興建 劉明君

（1.航天長征化學工程股份有限公司 北京 101111 2.新疆中能萬源化工有限公司 新疆 832200）

粉煤氣化的工藝技術流程表現很復雜，其中關鍵包含粉煤材料的熱解轉化過程、揮發分的燃燒反應、焦炭氣化的反應等?，F階段的化工生產技術正在逐步致力于獲得全面的整改，客觀上體現了環保與綠色粉煤氣化工藝的優勢地位。具體針對粉煤氣化的化工生產形式，在促進必要的完善改進中，最為根本的工藝優化思路應當落實在嚴格限定粉煤氣化全過程的生態污染風險，促使形成可循環利用的粉煤氣化工藝。由此可見，深入推動實現粉煤氣化的現有工藝技術流程完善具有顯著的必要性。

1.粉煤氣化的基本技術原理

粉煤氣化的化工原料物質轉化過程較為復雜，粉煤材料的氣化反應通常包含粉煤熱解、粉煤干燥、焦炭氣化反應與揮發分的燃燒反應等。具體而言，粉煤化工材料的氣化反應在整個運行實施過程尤為重要，其中非常關鍵的粉煤氣化實現前提是采取干燥粉煤原料的處理工藝技術，確保氣化爐反應空間溫度在130℃左右[1]。顆粒狀的粉煤材料主要經過煤粉顆粒的破碎加工過程，采取氣流床的反應裝置設備來促進形成良好的粉煤氣化實施效果。

化工企業目前常用的煤氣化工藝集中體現在粉煤氣化、水煤漿的氣化轉化、塊煤氣化的工藝實現方案，其中粉煤氣化的技術實現方案整體上具有相對好的氣化反應效率，并且能夠有力支撐實現粉煤化工材料完全轉化的目標。現階段的化工材料轉化工藝技術正在逐步實現環保與低能耗的創新轉化，技術人員應當積極致力于構建粉煤氣化的反應過程空間模型，進而實現精確展現粉煤氣化整個實施步驟的良好效果，保證燃燒后的粉煤材料能夠得以徹底的轉化[2]。

2.粉煤氣化的常見影響要素

(1)反應壓力與溫度

粉煤氣化中的裝置反應壓力會在根本上關系到氣化反應的總體實施效果，因此決定了粉煤氣化的反應容器壓力指標應當得到實時性的合理控制調節。通常來講，處于氣化狀態中的粉煤化工材料將會持續進行反應熱量的吸收，因此必須要采取適當措施進行反應裝置的壓力提升來促使反應空間內部形成相對更高的環境空間溫度，促使粉煤材料的氧化還原反應得以順利的進行。氣化爐的粉煤反應裝置在持續增加反應壓力的情況下，氣化爐的化學混合物整體濃度將表現為明顯增加的特征，有助于提高合成氣的生成效率。

按照化工生產工藝的現有技術指標規定，對于氣化爐的粉煤氣化裝置爐內反應溫度應當限定在150℃左右，最高不要超出200℃。在粉煤氣化的整個反應實施過程中，主要伴隨著爐內熱量的快速耗散與釋放，必須要實時測定一氧化碳與氫氣的氣化反應產物濃度。應當全面考慮到粉煤化工材料在實現氣化的整個反應階段中，化學反應容器的安全性能是關鍵影響要素，以此達到嚴格防范化學反應事故的目的[3]。

(2)粉煤原料特性

現階段經常用到的粉煤化工材料具有多樣化的材料品種及其表現形式，其中最為常用的粉煤材料品種主要包含褐煤、無煙煤、石油焦、煙煤等。粉煤材料在進入氣流床的基礎上，能夠促使形成更加穩定可靠的反應轉化過程，并且還需要做到合理限定煤粉的含水率指標。水冷壁的氣化爐目前已經能夠普遍采用粉煤氣化的化學工業轉化實施過程，水冷壁的氣化爐能夠促進實現較為良好的氣化轉化效率[4]。

在考慮粉煤材料的各項化學指標特性過程中，關鍵是要視情況來限定粉煤工業材料的化學元素比例含量，盡可能選擇具有較高純凈程度指標的粉煤化學材料。技術人員通過測定粉煤材料的熱值指標數據，能夠客觀評估得出粉煤材料的熱值變化程度，實現了全面控制化工反應進程的目標[5]。對于氣流床的專用裝置設備應當密切重視液態排渣的具體實施步驟，確?；胰埸c限定于150℃左右，具有較低灰熔點的優質粉煤材料應當考慮重點采用。

表1為粉煤原料的元素構成特性。

表1 粉煤原料的化學元素構成特性

(3)氣化爐的空間條件

氣化爐構成了粉煤氣化的常用反應容器，氣化爐的空間環境條件是否得到合理程度的把控，直接決定了粉煤氣化的整體實施運行效果。在多數的情況下，采取氣化爐的反應專用設備裝置主要限定在合理程度的氣化反應溫度指標條件，同時還要做到靈活實現反應空間爐內溫度的調整。從氣化爐的轉化反應全面實施過程來進行分析，發現過低的爐內溫度將會阻礙粉煤氣化的順利進行，并且導致存在過小的氧煤比。

在涉及氣化燃燒的粉煤材料轉化反應階段，合理進行粉煤氣化的各項指標數據設計要集中體現在控制氧氣通入的濃度指標。通入爐內的氧氣能夠保持持續性及充足性，確保針對氧氣及粉煤材料的體積比例進行適當程度的優化。煤灰在結渣反應的基礎上，要在較短的時間里快速促進實現還原反應。技術人員目前有必要采取動態監測的設備系統，確保做到實時測定粉煤氣化的反應進程溫度與材料純凈程度。

3.粉煤氣化技術的應用工藝要點

(1)粉煤加壓氣化技術

近些年以來，對于粉煤化工材料采取加壓氣化的實踐技術正在全面趨于完善，客觀上體現了粉煤加壓氣化的良好反應實踐效率。采取氣化爐作為輔助實施碳轉化的設備系統，總體上能夠實現99%或者更高的轉化碳元素比例[6]。在多數的情況下，水冷壁組成結構的氣化反應裝置系統主要受制于材料物質的揮發分、煤炭顆粒的粒度、含硫量與含水量等多個層面的技術指標影響。因此，有必要適當提升粉煤在氣化階段中的環境溫度，更好地轉化粉煤效率。

(2)余熱回收技術

進行粉煤氣化的過程將會形成可以回收利用的余熱資源，必須充分關注全面回收粉煤的氣化轉化過程余熱?，F階段的回收粉煤氣化過程余熱資源技術手段正在逐步實現合理的整改，集中體現在回收合成氣與粗渣分離過程的反應熱量，以及回收鍋爐設備的系統余熱資源等。因此，現階段的化工生產企業必須要嚴格按照余熱資源的轉化利用總體實施思路，促使形成更高效率的系統設備余熱資源回收。余熱回收技術裝置見圖1。

圖1 余熱回收技術裝置

(3)整體煤氣化聯合循環發電技術

整體煤氣化聯合循環發電系統（IGCC）以煤為原料，能達到天然氣發電的環保標準，具備分離和處理二氧化碳的基礎，且發電效率高，是目前基于我國以煤為主的能源格局未來實現電力凈零碳排放的重要技術途徑。IGCC是將粉煤氣化技術和煤氣—蒸汽聯合循環發電系統高度整體化的潔凈煤發電技術，包括了粉煤氣化技術、煤氣凈化技術、燃氣輪機技術、余熱鍋爐技術、蒸汽輪機技術等，是化工和發電領域多工藝、多系統的高度集成。IGCC工藝流程見圖2。

圖2 IGCC發電裝置

4.粉煤氣化技術應用中的問題改進對策

在目前的情況下，粉煤氣化的化工生產技術仍然需要工藝流程的改進。粉煤材料在實現氣化反應的整個過程中，通常比較容易受到粉煤材料特性，以及反應空間條件等多個層面相關要素影響，進而決定了粉煤氣化的反應實施過程將會存在程度較為顯著的效率改變。現階段的清潔綠色化學工藝手段正在普遍應用于化工生產領域，尤其是涉及粉煤氣化的重要化學能源轉化反應過程。因此，當前階段的化工技術人員有必要深入探索粉煤氣化中的清潔綠色化工實踐完善路徑，促使形成更加良好的化工能源回收利用目標。

首先是發展生物質氣化技術。生物質氣化技術作為潔凈有效的熱化學轉化技術，在國家政策的指導下，取得了較大的進展，開展了許多示范項目，甚至朝著商業化和應用的方向發展。生物質原料由于含水較多，機械性能較差，需要經過預處理變成成型燃料，方便輸送。然后聯合氣化等熱化學過程，獲得粗合成氣，除去硫等雜質后，若合成氣熱值低則可以作為燃氣發電或者熱電聯產，若熱值高則可以作為化工原料合成甲醇等大宗化學品。相比于傳統的煤氣化技術而言，建立在生物化工技術支撐前提下的化工工程更加能夠達到優良的企業生產效益，同時還能杜絕化工生產實施全過程中的生態污染隱患。研究生物質的生產工藝及與粉煤氣化技術的匹配性，深化綠色能源氣化技術的發展。

其次是促進實現清潔綠色生產的宗旨。清潔生產的綠色化工技術宗旨在于降低污染排放、減輕化學污染物的毒害性、嚴格控制有害化學物質的處理技術過程等?；て髽I人員對于清潔生產的工藝實施方法必須要給予準確地掌握，旨在全面支撐實現清潔化工生產的良好綜合效益。具體在粉煤氣化的技術領域中，化工企業的技術人員應當致力于深入研發探索清潔生產的綠色化工技術，妥善處理并且循環回收利用粉煤氣化的物質能源?；て髽I對于排放廢水應當給予妥善的過濾處理，嚴格禁止化工企業人員進行隨意的傾倒化工排放廢水。

最后是循環利用可回收的粉煤轉化資源。企業技術人員目前應當側重于利用清潔環保的綠色工藝方法，通過展開全方位的資源回收利用技術手段來降低化工原料的浪費程度?；すこ痰奈镔|資源表現為稀缺的特征，從而決定了化工工程的實踐資源必須得到更加充分的配置利用。化工企業人員應當著眼于開發循環利用化學工業原料的設備系統，確保對循環利用可再生的化學工業原料提供必需的物質設備條件。對于粉煤燃燒廢渣中的可再生物質資源應當進行必要的過濾回收，將其轉化成為可再生的化工企業原料[7]。

5.結束語

經過分析可見，粉煤氣化作為化工生產技術中的重要組成部分，現階段的粉煤氣化工藝技術已經被廣泛采用于化學材料的轉化反應過程。從總體角度來講，粉煤氣化的具體影響要素存在較為復雜的多樣化特征，粉煤氣化的燃料轉化反應效率主要決定于粉煤材料本身的燃燒特性因素，并且還決定于反應裝置的壓力，以及溫度指標變化。在此基礎上，合理優化及創新改進粉煤氣化的技術實現方案應當側重體現在全面回收氣化反應的余熱能源，同時還必須致力于綠色化工的生產工藝改進目標，以期獲得充分的體現。