干煤粉加壓氣化技術(shù)

宋 營(yíng)

（兗礦貴州開陽化工有限公司,貴州 開陽 550300）

煤碳資源的清潔使用是當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的必然選擇。為滿足當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的需求，煤炭的潔凈使用應(yīng)以科學(xué)發(fā)展觀為主旨，采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以開拓煤炭資源發(fā)展的新型化工業(yè)道路。作為清潔煤發(fā)電與煤化工行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，干煤粉加壓氣化技術(shù)具有比氧耗小、冷煤氣效率高、自耗功小、凈化系統(tǒng)與煤氣冷卻器成本低等特點(diǎn)。因此，加強(qiáng)有關(guān)干煤粉加壓氣化技術(shù)的研究，對(duì)于改善煤氣化技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 干煤粉加壓氣化技術(shù)特點(diǎn)

干煤粉加壓氣化爐通常選用冷壁結(jié)構(gòu)。氣化爐內(nèi)的某段反應(yīng)區(qū)安設(shè)4個(gè)對(duì)稱的燒嘴，煤粉與氣化劑利用燒嘴流通進(jìn)入氣化爐，在爐內(nèi)產(chǎn)生撞擊流，以在呢剛強(qiáng)傳質(zhì)與傳熱進(jìn)程，保證氣化反應(yīng)順利完成。另一段反應(yīng)區(qū)安設(shè)2個(gè)對(duì)稱燒嘴，將水蒸氣與煤粉通入進(jìn)去，采用高溫煤氣顯熱段實(shí)施煤熱解和焦炭的氣化反應(yīng)。渣口一般安設(shè)在底部高溫段，選用液態(tài)排渣技術(shù)。氣化爐二段反應(yīng)是指在采用高溫煤氣顯熱段開展氣化與熱解的同時(shí)，減小高溫煤氣溫度，以降低激冷煤氣量與激冷壓縮機(jī)載荷。

干煤粉加壓氣化技術(shù)的特點(diǎn)有：（1）氣化爐選用水冷壁結(jié)構(gòu)，以渣抗渣，不存在耐火磚襯里，具有較長(zhǎng)的使用壽命；（2）兩段反應(yīng)區(qū)實(shí)行焦炭的氣化反應(yīng)、煤的揮發(fā)分與熱解，采用一段高溫煤氣進(jìn)行顯熱，且同時(shí)能減小煤氣溫度，進(jìn)而降低激冷氣壓縮機(jī)系統(tǒng)規(guī)模；（3）選用多個(gè)燒嘴方式，改善了氣化工作的穩(wěn)定性與負(fù)荷調(diào)節(jié)性能；（4）反應(yīng)區(qū)溫度多控制在1400～1600℃之間，氣化壓力可達(dá)到3MPa，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99%，煤氣中的CO與H2含量等氣成分能夠高達(dá)90%。相比國(guó)外發(fā)達(dá)技術(shù)，冷煤氣效率可提升2%，比氧耗可降低15%～20%。煤氣品質(zhì)較高，不存在酚及焦油等雜質(zhì)；（5）后續(xù)工藝可配合采用激冷流程或廢鍋流程，以適用于不同工藝方案[1]。

2 干煤粉加壓氣化流程

干煤粉加壓氣化工藝流程通常包含兩個(gè)工藝流程：

2.1 干煤粉密相加料系統(tǒng)

將采購(gòu)的優(yōu)質(zhì)干煤粉使用槽罐車運(yùn)輸至工作現(xiàn)場(chǎng)，使用氣力輸送方式將其輸至煤粉儲(chǔ)倉(cāng)。然后經(jīng)過煤粉泵輸送至加煤常壓倉(cāng)。常壓倉(cāng)底部通常安設(shè)兩個(gè)出煤口，一個(gè)用于對(duì)供煤鎖斗供煤，另一個(gè)用于對(duì)二段輸送罐供煤。供鎖斗采用每小時(shí)一次的供煤方式，各次將800kg的粉煤按照固定時(shí)間填入計(jì)量倉(cāng)，然后再按照固定時(shí)間定量輸入常壓變壓罐，待罐內(nèi)煤粉填滿后將閥門關(guān)閉并提升輸送罐壓力，再將閥門打開將煤粉填入輸送罐。

常壓倉(cāng)采用每小時(shí)每次800kg的供煤方式向二段輸送罐提供煤粉。待裝滿輸送罐后將工作壓力升到設(shè)定值，然后向氣化爐二段的固定噴嘴進(jìn)行煤粉供應(yīng)。待罐內(nèi)煤粉供應(yīng)完成后，將壓力降低與常壓一致后再進(jìn)行佳美。為確保煤粉正常流通，可將均壓管安設(shè)在罐和倉(cāng)之間，以控制壓力平衡[2]。

2.2 氣化系統(tǒng)

氣化是指在固定壓力與溫度條件下，采用氣化劑開展熱化學(xué)反應(yīng)，最終將煤轉(zhuǎn)換成煤氣的過程。

（1）噴嘴供料：采用載氣方式按照密相將加煤罐的干煤粉填入噴嘴中心管，待過熱蒸汽與氧氣送入混合氣進(jìn)行充分混合后，在送入噴嘴環(huán)管。若在供料時(shí)產(chǎn)生干煤粉供料中止，過熱蒸汽與氧氣供應(yīng)會(huì)即刻停止，且在同一時(shí)間啟動(dòng)高壓反吹N2，以避免發(fā)生意外傷害事故。

（2）噴嘴冷卻保護(hù)：噴嘴冷卻水系統(tǒng)主要用于保護(hù)噴嘴，以避免氣化爐內(nèi)的高溫引發(fā)噴嘴產(chǎn)生熱損傷。噴嘴冷卻水槽的軟水利用軟水通過泵分別送至兩端噴嘴實(shí)施冷卻，而噴嘴的冷卻水在經(jīng)過減壓冷卻后可重新進(jìn)入冷卻槽進(jìn)行循環(huán)利用。

（3）氣化反應(yīng)：在將干煤粉投入進(jìn)料后其會(huì)發(fā)生氣化反應(yīng)，主要位于氣壓為3MPa，溫度在1300～1500℃的氣化爐段內(nèi)，煤和水進(jìn)行氧化反應(yīng)，以產(chǎn)生CO和H2為主要成分的粗煤氣，隨后粗煤氣被送入到另一段1000～1200℃的氣化爐內(nèi)，煤與蒸汽進(jìn)行煤的干餾熱解、揮發(fā)分二次裂解和水蒸氣分解等反應(yīng)以形成粗煤氣。

（4）煤氣冷卻處理：將兩段氣化爐產(chǎn)生的粗煤氣混合，采用噴淋冷卻水將混合粗煤氣激冷直到900℃，以充分固化熔融態(tài)的灰渣顆粒雜質(zhì)。待粗煤氣被輸送至廢熱鍋爐后，在廢熱鍋爐內(nèi)讓其同溫度在40℃左右的脫氧水進(jìn)行熱交換，使其冷卻溫度控制在300℃。

（5）熔渣冷卻與排渣：反應(yīng)生成的大量煤渣依靠自身重力流入渣池，利用循環(huán)冷卻水對(duì)渣池內(nèi)的煤渣進(jìn)行淬冷固化，隨后將其排至底部渣鎖斗，按照固定周期進(jìn)行排出。在排渣工作進(jìn)行時(shí)，影響將渣鎖斗頂部的進(jìn)口閥和均壓管處的平衡閥關(guān)閉，然后啟動(dòng)渣鎖斗的減壓閥，待渣鎖斗內(nèi)的壓力恢復(fù)到常壓狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)渣鎖斗底部的排渣閥，且同時(shí)開啟鎖斗水箱內(nèi)的沖洗加水閥，進(jìn)行渣池排渣。待排渣完成后，將渣鎖斗底部的排渣閥、沖洗加水閥和減壓閥關(guān)掉，開啟渣鎖斗加壓閥，待壓力回歸至標(biāo)準(zhǔn)值后，在開啟均壓管的平衡閥與進(jìn)口閥，同時(shí)關(guān)閉加壓閥以進(jìn)行集渣[3]。

（6）干法除塵：將粗煤氣輸送至干式除塵器，飛灰則進(jìn)入飛灰收集罐。飛灰收集罐的飛灰進(jìn)行處理后可再次進(jìn)入氣化爐進(jìn)行循環(huán)利用。均壓管設(shè)置在集灰罐同飛灰收集罐之間，可用于罐內(nèi)壓力調(diào)試。在排灰時(shí)，先將均壓管的平衡閥和收集罐進(jìn)口閥關(guān)掉，待收集罐壓力恢復(fù)至常壓后，將排氣過濾器連通，并啟動(dòng)收集罐出口閥，將飛灰輸送至專用收集車，待充分處理后再次輸送至煤粉儲(chǔ)倉(cāng)。

3 結(jié)束語

干煤粉加壓氣化技術(shù)的應(yīng)用水平將直接關(guān)系著煤炭發(fā)電與清潔能源企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)干煤粉加壓氣化技術(shù)的研究，總結(jié)干煤粉加壓氣化技術(shù)原理及關(guān)鍵工藝處理措施，以逐步提升干煤粉加壓氣化技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量。

[1]曲春輝.干煤粉氣化技術(shù)淺談[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,05(35):57-58.

[2]王劍釗.干煤粉加壓氣化工藝的控制策略[J].熱力發(fā)電,2010,06(10):61-62.

[3]曹小玲,皮正仁,彭好義,蔣紹堅(jiān).干煤粉分級(jí)氣流床的氣化特性[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,13(14):74-75.