碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化技術(shù)推進(jìn)化工和燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)煤氣化技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí) （續(xù)）

田守國

（江西昌昱實(shí)業(yè)有限公司，江西南昌 330013）

4.3 環(huán)保措施

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化工藝完全符合國家低碳環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策和能源綜合利用發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略發(fā)展思路，屬于潔凈、高效、節(jié)能的煤氣化技術(shù)。

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣技術(shù)依據(jù)國家有關(guān)規(guī)范要求，本著節(jié)能、減排、安全、環(huán)保的原則，為達(dá)到清潔燃?xì)赓|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，避免煤氣燃燒過程中產(chǎn)生大量的SO2、氮氧化物（NOX）和黑色煙氣，并且避免煤氣管道的腐蝕以及煤焦油和塵埃在煤氣管道內(nèi)產(chǎn)生淤堵而影響正常供氣，需對(duì)煤氣進(jìn)行凈化處理，去除煤氣中的粉塵、煤焦油和硫化物。具體措施如下。

（1）水煤氣生產(chǎn)過程不產(chǎn)生廢氣，沒有廢氣排放。

（2）采用封閉式皮帶廊，避免原料煤輸送過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵。

（3）配置旋風(fēng)除塵器，將煤氣攜帶的粉塵予以去除并回收利用。

（4）采用灰渣箱加濕出灰、旋風(fēng)除塵器封閉式自動(dòng)排灰，避免傳統(tǒng)人工操作造成的大量揚(yáng)塵，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)極大地改善生產(chǎn)車間的現(xiàn)場操作環(huán)境，生產(chǎn)現(xiàn)場干凈、整潔、安靜，無灰塵、無異味。

（5）配置洗氣塔，對(duì)煤氣進(jìn)行清洗和降溫。

（6）配置靜電捕焦器去除并回收煤氣中的煤焦油。

（7）采用濕法脫硫技術(shù)去除煤氣中的硫化物。

（8）灰渣進(jìn)行無害化綜合利用。

（9）洗滌煤氣的冷卻水循環(huán)使用，即配套新型循環(huán)冷卻水凈化處理系統(tǒng)，使循環(huán)冷卻水水質(zhì)達(dá)到二次使用標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)及零排放。

以上環(huán)保集成技術(shù)中，靜電捕焦技術(shù)、濕法脫硫技術(shù)、循環(huán)冷卻水零排放新技術(shù)、灰渣資源化利用技術(shù)是碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣技術(shù)的主要環(huán)保措施，以下對(duì)這些關(guān)鍵環(huán)保技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

4.3.1 靜電捕焦技術(shù)

煤焦油混雜在煤氣中不僅造成煤氣燃燒時(shí)產(chǎn)生煙塵，而且久而久之會(huì)因?yàn)榻褂透街诠艿纼?nèi)壁粘附灰塵使管道有效通徑縮小，影響煤氣正常輸送，還會(huì)造成管道淤堵，影響整套裝置的正常運(yùn)行。而同時(shí)，煤焦油又是一種十分重要的化工原料，含有400多種化合物，是化工、鋼鐵、有色冶煉、醫(yī)藥、農(nóng)藥、航空、航海等行業(yè)的重要原料，其中很多化合物是國防工業(yè)的貴重原料，也有一部分多環(huán)烴化合物是石油化工所難以生產(chǎn)和替代的。因此，煤氣除焦凈化并將其充分回收利用，不僅是煤氣凈化所必須的，而且還是資源回收利用的必要措施。

靜電捕焦器的工作原理：經(jīng)變壓、整流后的高壓直流電接通電暈極后，在電暈極與沉淀極間形成不均勻強(qiáng)電場，電暈極為負(fù)極，沉淀極為正極，帶有灰塵、焦油的水煤氣從塔體下部進(jìn)入電濾器后，在電場作用下，灰塵及焦油粒子帶電向兩極運(yùn)動(dòng)，在電極上放電后成為不帶電灰塵粒子，依靠重力順壁流下，積聚于底部，然后從底部排污管排出，而凈化后的水煤氣從上部出口導(dǎo)出。

采用無煙塊煤、半焦 （蘭炭）或型煤作氣化原料的，水煤氣中的焦油含量在1.0～2.0g／m3；采用焦炭作氣化原料的，水煤氣中的焦油含量≤1.0g／m3。而這些水煤氣經(jīng)靜電捕焦器處理后，水煤氣中的煤焦油含量≤1.0mg／m3、塵含量≤2.0mg／m3。

4.3.2 濕法脫硫技術(shù)

硫化物脫除是煤氣凈化的重要環(huán)節(jié)，是防止設(shè)備腐蝕和水煤氣作合成氣時(shí)后續(xù)系統(tǒng)溶液或媒介物 （催化劑）中毒的必要措施，同時(shí)也是將煤氣用作工業(yè)燃?xì)鈺r(shí)降低燃燒尾氣中SO2含量的必要手段。

環(huán)保集成技術(shù)中水煤氣中硫化物的脫除采用濕式氧化法脫硫 （PDS脫硫）技術(shù)，該技術(shù)以堿液為吸收劑，以PDS為催化劑。PDS催化劑對(duì)脫硫過程與再生過程均有催化作用，能快速地將液相中的HS－氧化成單質(zhì)硫，從而使液相中H2S的濃度大幅下降，進(jìn)而大幅度增加煤氣中的H2S溶解于液相中的速率，實(shí)現(xiàn)高效脫除煤氣中H2S之目的；同時(shí)，PDS催化劑對(duì)脫硫液所接觸的設(shè)備、管道均具有明顯的緩蝕作用。

氣柜來的水煤氣經(jīng)靜電捕焦器除去所含的部分粉塵、煤焦油等雜質(zhì)后，由羅茨鼓風(fēng)機(jī)增壓到脫硫系統(tǒng) （或壓縮機(jī)入口）所需壓力后送入氣體冷卻塔，冷卻后進(jìn)入脫硫塔，與塔頂噴淋而下的脫硫液逆流接觸，水煤氣中的硫化物被貧液吸收；脫硫后的氣體由脫硫塔上部出來，從清洗塔底部進(jìn)入，經(jīng)水噴淋洗凈后，水煤氣中的H2S含量 （＜3000mg／m3）降至達(dá)到二類天然氣國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn) （GB17820—2012）（20mg／m3以下），經(jīng)一級(jí)除滴塔除去煤氣中的水霧后去壓縮工段加壓外供。脫硫塔中，吸收了H2S的富液自塔底經(jīng)調(diào)節(jié)閥流入富液槽，然后由再生泵打入自吸噴射氧化器，與噴射器吸入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)后的溶液進(jìn)入再生槽繼續(xù)氧化再生，并浮選出硫泡沫；再生后的貧液經(jīng)液面調(diào)節(jié)器 （升降閥）進(jìn)入貧液槽，在貧液槽內(nèi)補(bǔ)充新鮮堿液后，經(jīng)貧液泵加壓進(jìn)入脫硫塔頂部，循環(huán)使用；氧化再生槽浮選出來的硫泡沫去硫泡沫槽，用硫泡沫泵輸送至板框壓濾機(jī)，分離掉清液后的硫膏去熔硫釜，在熔硫釜內(nèi)通過蒸汽加熱生產(chǎn)硫磺外售，板框壓濾機(jī)出來的清液則回收至系統(tǒng)繼續(xù)使用。

脫硫后的煤氣加壓外供時(shí)，若用戶距離氣化裝置達(dá)到2km，即屬于較遠(yuǎn)程輸送，需提高煤氣壓力至0.8MPa才能保證用戶正常使用，且煤氣壓力的提高可減小外送煤氣管道的直徑。因此，清潔燃?xì)馍a(chǎn)裝置后序需配套建設(shè)煤氣壓縮機(jī)。

4.3.3 循環(huán)冷卻水零排放新技術(shù)

（1）強(qiáng)化物理處理。經(jīng)沉淀池粗沉后一般污水中雜質(zhì)含量≤200mg／L，再經(jīng)新型微渦流澄清器深度凈化后，水中雜質(zhì)含量可降至20～30 mg／L，循環(huán)冷卻水濁度 （SS）＜70mg／L，達(dá)到二次使用標(biāo)準(zhǔn)。

（2）強(qiáng)化冷卻。采用冷卻塔強(qiáng)制降溫，夏季要求水溫＜35℃，冬季要求水溫＜30℃。

（3）強(qiáng)化水質(zhì)調(diào)整。循環(huán)冷卻水中的硫化物、氰化物，可采用向循環(huán)水中加藥將其分解的辦法予以去除；循環(huán)冷卻水長期運(yùn)行后，必然會(huì)使各種物質(zhì)富集，破壞原來的平衡，產(chǎn)生新的動(dòng)態(tài)平衡，可有針對(duì)性地加入化學(xué)藥品 （如絮凝劑、阻垢劑、緩蝕劑、剝離劑等）進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到防垢、防腐、防積泥之目的。簡言之，可通過水質(zhì)調(diào)整將循環(huán)冷卻水中的有害物控制在許可范圍內(nèi)，使水質(zhì)達(dá)到二次使用標(biāo)準(zhǔn)。

（4）控制水量平衡。循環(huán)冷卻水在冷卻塔降溫過程中有1%～2%的蒸發(fā)損失，而煤氣生產(chǎn)過程中有增水因素，可將未分解的蒸汽冷凝水和夾套鍋爐、余熱鍋爐定期排放爐水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水，從而達(dá)到水量平衡；另外，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用敞開式水池，水池設(shè)計(jì)時(shí)留有一定的裕量，雨季時(shí)雨水也是增水因素之一，但如果長時(shí)間干旱無雨，需適量補(bǔ)充新鮮水，以保持循環(huán)水系統(tǒng)的容量。

4.3.4 灰渣資源化利用

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化爐生產(chǎn)過程產(chǎn)生的灰渣，經(jīng)過1300℃高溫煅燒，無毒、無害，灰渣中的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等成分總含量占比96%左右，其他為殘?zhí)?（0～5%），屬第Ⅱ類工業(yè)固體廢棄物，其化學(xué)成分以及礦物組成與水泥生產(chǎn)中所用的粘土原料極為相近，且含有大量的富氧礦物和微量元素，活性很好，用作生料配料可以促進(jìn)熟料的燒成，用作水泥混合材料也有利于水泥的水化作用，對(duì)抗壓抗折強(qiáng)度的提高大有裨益。因此，氣化灰渣可以作為水泥生產(chǎn)的配料使用，也可用于磚瓦制造和道路鋪設(shè)。此外，氣化裝置開車投產(chǎn)階段煤氣爐負(fù)荷由低到高的過程中，灰渣殘?zhí)柯士赡軙?huì)有偏高一些的情況，可以將其破碎摻入動(dòng)力鍋爐的燃料煤中重復(fù)利用?？傊?，不論采用何種方法，均能實(shí)現(xiàn)灰渣資源化利用，使原料煤轉(zhuǎn)化利用率接近100%。

4.4 技術(shù)優(yōu)勢

4.4.1 原料適應(yīng)面廣

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣技術(shù)，氣化原料可采用無煙塊煤、冶金焦、氣化焦、半焦 （蘭炭）、型煤等。適宜的入爐粒度為6～100mm的大、中、小塊或小籽粒，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上較理想的粒度為10～30mm，但為了充分利用資源，粒度分級(jí)規(guī)則為小籽煤 （6～20mm）、小粒煤 （8～25mm）、小塊煤 （10～30mm）、中塊煤 （20～50mm）。實(shí)際應(yīng)用過程中，若原料煤粒度過大，其比表面積小、蓄熱能力小的特點(diǎn)使顯熱散失嚴(yán)重，導(dǎo)致氣化效率低、煤氣出口溫度高、灰渣殘?zhí)柯矢?、熱效率低，因此碎煤（UGI）純氧連續(xù)氣化要盡量少采用或不采用粒度50mm以上的原料煤。

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣技術(shù)的入爐原料煤基本技術(shù)要求見表2。可以看出，表2所示的技術(shù)指標(biāo)，中等質(zhì)量的原料煤就能達(dá)到要求。簡言之，碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化對(duì)原料煤沒有特殊的要求，相較于間歇?dú)饣?（UGI煤氣發(fā)生爐），其對(duì)原料煤的適應(yīng)面更廣，特別是適宜于氣化小籽粒煤、劣質(zhì)煤或型煤，會(huì)有更高的生產(chǎn)效率和更好的經(jīng)濟(jì)效益。碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化能夠消化利用6～20mm的小籽粒煤，進(jìn)一步提高原料煤的利用率，使原本的“燃料煤”提質(zhì)為氣化原料煤，提質(zhì)升價(jià)1000元／t左右，從而大幅度地降低生產(chǎn)成本。

表2 入爐原料煤的基本技術(shù)要求

4.4.2 消化利用低階煤和小粒原料方面更具優(yōu)勢

4.4.2.1 小粒煤更有利于氣化反應(yīng)

由于碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化技術(shù)的設(shè)備配置和工藝條件得到優(yōu)化，因此其適用于粒度較小的原料煤，這樣不僅原料的采購成本大幅降低，且相較于氣化大塊煤，相同煤氣爐物容量的條件下，原料煤的表面積呈幾何倍數(shù)增加，而原料煤表面積的增加會(huì)使氣化效率同步提升。

氣化過程中，蒸汽先與原料煤表面接觸，被原料煤表面吸附，在高溫作用下，氫與氧分子斷鏈脫附形成單質(zhì)氣體，而氧與碳分子組合生成一氧化碳，從化學(xué)反應(yīng)原理角度而言，原料煤表面吸附的蒸汽越多，蒸汽分解率就越高。蒸汽被原料煤表面吸附的數(shù)量在很大程度上取決于蒸汽與原料煤表面的接觸面積，而蒸汽與原料煤表面接觸的面積又取決于原料煤表面積的大小。

分析表明，擴(kuò)大床層內(nèi)原料煤的表面積，有利于增大氣化劑與原料煤表面的接觸幾率，有利于氧化反應(yīng)和蒸汽分解以及二氧化碳還原反應(yīng)。

4.4.2.2 適于粒度小且粒度相對(duì)均勻原料煤的消化利用

間歇?dú)饣簹鉅t設(shè)計(jì)的入爐原料煤粒度下限為20mm，為提高原料煤的利用率，一些企業(yè)將入爐原料煤粒度下限降為10mm，此舉雖然使原料煤的利用率有所提高，但卻是以犧牲生產(chǎn)能力、增加單位產(chǎn)品能耗、降低煤氣質(zhì)量為代價(jià)的，而且間歇?dú)饣∽蚜Ｔ蠈?duì)煤氣爐工況也會(huì)造成一定的負(fù)面影響，容易出現(xiàn)火層分布不均勻，進(jìn)而發(fā)展為偏灰、偏火、局部結(jié)疤現(xiàn)象頻發(fā)，為穩(wěn)定工況只好降負(fù)荷生產(chǎn)，系統(tǒng)產(chǎn)能下降，紛紛被迫增建煤氣爐，可謂得不償失。

原則性的問題不能違背，間歇?dú)饣霠t原料粒度下限的確定是有科學(xué)依據(jù)的，因?yàn)楦吡髁康拇碉L(fēng)過程對(duì)床層的透氣性和透氣的均勻性均有嚴(yán)格的要求。而純氧連續(xù)氣化取消了吹風(fēng)過程，相較于間歇?dú)饣拇碉L(fēng)過程，氣化劑的流速降至其1／4左右，避免了床層吹翻和帶出物增多的問題，適合粒度小且粒度相對(duì)均勻的原料煤的消化利用，并且能夠保證煤氣爐的長周期、穩(wěn)定運(yùn)行?？偟膩碚f，小籽粒原料煤純氧連續(xù)氣化的突出優(yōu)勢是氣化效率高、出氣溫度低和灰渣殘?zhí)柯实汀?/p>

4.4.3 氣化裝置的自動(dòng)化程度較高

純氧連續(xù)氣化裝置自動(dòng)化程度較高，配套使用自動(dòng)加煤、自動(dòng)排渣、液位自調(diào)、自動(dòng)調(diào)節(jié)氣化劑流量、自動(dòng)探測床層高度及旋風(fēng)除塵器、有自動(dòng)清灰裝置的余熱鍋爐，工藝調(diào)節(jié)控制方便，檢測設(shè)施齊全，炭層高度、氣化劑流量、汽包液位能夠保持在允許范圍內(nèi)，為穩(wěn)定和優(yōu)化氣化工況奠定了良好的基礎(chǔ)，進(jìn)而保證系統(tǒng)的長周期、滿負(fù)荷運(yùn)行。

提高生產(chǎn)裝置的自控水平是提高生產(chǎn)效率的重要措施之一。純氧連續(xù)氣化系統(tǒng)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制技術(shù)較完善，配置了多項(xiàng)安全檢測、安全聯(lián)鎖、自動(dòng)報(bào)警和聯(lián)鎖停車裝置：① 加煤采用全自動(dòng)控制，輸送帶將原料煤輸送至各煤氣爐貯煤倉，DCS系統(tǒng)按照工藝要求控制自動(dòng)加煤機(jī)定量定時(shí)將煤加入煤氣爐內(nèi)；② DCS控制變頻調(diào)速爐條機(jī)自動(dòng)按照工藝要求定量排出灰渣，不停爐下灰裝置在保證煤氣爐正常運(yùn)行的條件下將噴淋濕的灰渣排至爐外，然后灰渣箱通過V形管將灰渣卸至輸送帶上，由輸送帶送至灰渣場；③配套使用全密閉水力自動(dòng)除灰或氣體輸灰裝置，自動(dòng)排出上行旋風(fēng)除塵器和廢熱鍋爐底部的細(xì)灰，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除人工操作帶來的揚(yáng)塵，避免形成污染。

4.4.4 利于實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的綜合利用

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化技術(shù)配套使用深冷制氧裝置，生產(chǎn)的氧氣純度高，且副產(chǎn)純度很高的氮?dú)夂蜌鍤?（≥98%），由于氮?dú)夂蜌鍤馐歉碑a(chǎn)品，生產(chǎn)成本很低，利用空分裝置副產(chǎn)品替代原有專門制造或市場采購的原材料 （如：鋁材加工生產(chǎn)需要氮?dú)夂蜌鍤?，多?shù)企業(yè)氮?dú)庥蓪ｉT建設(shè)的制氮機(jī)供給，制氮裝置功耗高且生產(chǎn)效率較低，氮?dú)馍a(chǎn)成本較高；所有燃?xì)庀钠髽I(yè)氬氣都是靠市場采購的，目前氬氣的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，其市場價(jià)格較高），屬資源的綜合利用，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

5 碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣替代天然氣作工業(yè)燃?xì)獾男б娣治?/h2>

5.1 水煤氣鍋爐替代天然氣鍋爐

5.1.1 環(huán)保效益

5.1.1.1 降低氮氧化物排放濃度

天然氣屬化石能源，是目前公認(rèn)的較為清潔的能源，但也存在清潔燃燒的問題，主要是燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，相較于清潔、高熱值的水煤氣，其燃燒氮氧化物產(chǎn)生量大。

環(huán)保部2016年燃?xì)忮仩t氮氧化物 （NOX）排放標(biāo)準(zhǔn) （上限）為：新建燃?xì)忮仩t200mg／m3，在用燃?xì)忮仩t400mg／m3。但據(jù)環(huán)保部門公布的資料顯示，天然氣鍋爐運(yùn)行中氮氧化物排放濃度小于200mg／m3的僅占35%，小于400mg／m3的占94%，大部分天然氣鍋爐氮氧化物排放濃度在300mg／m3左右。而水煤氣鍋爐可以將氮氧化物排放濃度控制在100mg／m3以下，大多能夠穩(wěn)定在75～80mg／m3?？梢姡簹忮仩t替代天然氣鍋爐可有效降低氮氧化物的排放濃度。

5.1.1.2 燃燒配空氣量較少

由于氣體組分、濃度等的差異，天然氣燃燒相較于碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)的水煤氣燃燒，需氧量差異很大；以1000kcal發(fā)熱量作為基準(zhǔn)，天然氣燃燒所需氧量為水煤氣燃燒所需氧量的175%。

天然氣燃燒需氧量大，配入的助燃空氣量大，空氣中約78%的氮?dú)庠诟邷叵卵趸a(chǎn)生大量有害物質(zhì)——氮氧化物 （NOX），同時(shí)帶走部分熱量使燃燒過程的熱效率降低，不僅浪費(fèi)了能源，而且污染了環(huán)境。

5.1.1.3 用于燃?xì)獍l(fā)電更清潔、高效

純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)水煤氣，水煤氣中CO、H2、CH4、CnHm等可燃成分高達(dá)85%左右，用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電比煤炭直接燃燒發(fā)電可減少43%的CO2排放，而且主要成分H2燃燒主要生成H2O和少量NH3，不會(huì)產(chǎn)生CO、CO2和碳?xì)浠衔锏龋c其他燃料相比更清潔、高效。

5.1.2 經(jīng)濟(jì)效益

天然氣鍋爐蒸汽生產(chǎn)成本：生產(chǎn)1t（1.0 MPa）蒸汽需82.4m3天然氣，按工業(yè)天然氣熱值 8000kcal／m3、價(jià)格 3.0元／m3、天然氣鍋爐熱效率91%計(jì)算，蒸汽的生產(chǎn)成本為247元／t。

水煤氣鍋爐蒸汽生產(chǎn)成本：生產(chǎn)1t（1.0 MPa）蒸汽需248m3水煤氣，按水煤氣熱值2600kcal／m3、價(jià)格 0.45元／m3、水煤氣鍋爐熱效率93%計(jì)算，蒸汽生產(chǎn)成本為114元／t。

天然氣鍋爐蒸汽生產(chǎn)成本247元／t，水煤氣鍋爐蒸汽生產(chǎn)成本114元／t，兩者成本差異133元／t，則1臺(tái)20t／h的燃?xì)忮仩t，以水煤氣為燃料相較于以天然氣為燃料年可節(jié)約生產(chǎn)成本2100萬元左右。

目前，為鼓勵(lì)鍋爐減排改造，政府會(huì)給予一定的資金補(bǔ)貼。據(jù)相關(guān)政策，在減排幅度不小于50%的前提下，氮氧化物排放濃度達(dá)30mg／m3以下的，政府按改造投資額的1／3予以補(bǔ)貼；氮氧化物排放濃度在30～80mg／m3之間的，政府按改造投資額的1／4予以補(bǔ)貼。

目前不少地方在推動(dòng)燃煤鍋爐改天然氣鍋爐，結(jié)合上述分析來看，若將燃煤鍋爐直接改為水煤氣鍋爐，在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)等方面將具有更加明顯的優(yōu)勢。

5.2 水煤氣用作工業(yè)窯爐燃?xì)?/h3>

清潔、高熱值水煤氣替代天然氣作熔煉爐、焙燒爐、燒結(jié)爐、烘干爐等工業(yè)窯爐的燃?xì)猓?jié)能減排效果十分明顯，經(jīng)濟(jì)效益好，社會(huì)效益好。以下以河南省某有色金屬型材加工企業(yè)為實(shí)際案例進(jìn)行效益分析。

5.2.1 節(jié)能減排效益和社會(huì)效益

河南省某有色金屬型材加工企業(yè)，原采用天然氣作熔煉燃?xì)?，需求量?0000m3／h，企業(yè)增加1條生產(chǎn)線后，天然氣供給量不足，只能靠收購部分壓縮天然氣 （CNG）彌補(bǔ)約25%的缺口，時(shí)值天然氣價(jià)格大幅上漲，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營和經(jīng)濟(jì)效益均造成了極大的影響。2013年該企業(yè)聯(lián)同市環(huán)保部門經(jīng)過考察論證，決定建設(shè)1套能夠生產(chǎn)清潔、高熱值水煤氣的碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化裝置，用企業(yè)自產(chǎn)的水煤氣作工業(yè)燃?xì)?。氣化裝置于2014年5月份建成投產(chǎn)，生產(chǎn)實(shí)踐表明，自產(chǎn)水煤氣作工業(yè)燃?xì)獾趸铮∟OX）排放量大幅減少，節(jié)能減排效果顯著，環(huán)保性能優(yōu)越；同時(shí)，企業(yè)擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模，增加了營收，稅額增加貢獻(xiàn)于社會(huì)，還增加了就業(yè)崗位，減輕了社會(huì)負(fù)擔(dān)。投運(yùn)1a后，河南省環(huán)保部門組織召開現(xiàn)場辦公會(huì)，號(hào)召全省的燃?xì)庀M(fèi)企業(yè)以此為樣板加速推廣新興清潔燃?xì)馍a(chǎn)技術(shù)，加速淘汰或關(guān)停傳統(tǒng)低熱值燃?xì)馍a(chǎn)裝置。

5.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

3m3水煤氣的熱值相當(dāng)于1m3天然氣的熱值 （8000kcal／m3）。天然氣市場售價(jià)3.0元／m3，自產(chǎn)水煤氣成本0.45元／m3，3m3水煤氣成本1.35元，即天然氣與自產(chǎn)水煤氣兩者價(jià)差為1.65元／m3，以30000m3／h水煤氣生產(chǎn)裝置為例，30000m3／h水煤氣可以替代10000m3／h天然氣，合計(jì)年經(jīng)濟(jì)效益為1.32億元。而30000 m3／h水煤氣生產(chǎn)裝置 （包括空分系統(tǒng)、純氧氣化系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、煤氣壓縮機(jī)、燃?xì)饣蛉济哄仩t、氣柜、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、軟化水系統(tǒng)等全部設(shè)施）整體建設(shè)投資在1億元左右，建設(shè)周期約10個(gè)月，氣化裝置運(yùn)行不到1a即可收回全部建設(shè)投資。

除上述直接經(jīng)濟(jì)效益以外，碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)的水煤氣用作工業(yè)窯爐燃?xì)獾拈g接經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀：一是投資省、建設(shè)周期短、見效快；二是改用自產(chǎn)工業(yè)燃?xì)夂?，關(guān)掉了依賴多年的天然氣，真正實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的自主經(jīng)營，外部影響因素減少，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，鋁材加工的成本大幅降低；三是空分裝置副產(chǎn)的氮?dú)夂蜌鍤夤╀X材加工系統(tǒng)使用，可大幅減少外購開支，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用；四是煤炭氣化后產(chǎn)生的灰渣還可以通過綜合利用產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

可以看出，在目前的經(jīng)濟(jì)形勢下，碎煤（UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣用作工業(yè)窯爐燃?xì)鈱儆诤茈y得的效益較好的投資項(xiàng)目。

6 碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣技術(shù)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）在我國，常壓固定床煤氣發(fā)生爐廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、建材、城市燃?xì)獾刃袠I(yè)，目前總保有量10000余臺(tái)，其中約46%用于煤化工生產(chǎn)。值得一提的是，生產(chǎn)化工合成氣的UGI煤氣發(fā)生爐，與生產(chǎn)工業(yè)燃?xì)獾囊欢问交蚨问矫簹獍l(fā)生爐雖然都屬于常壓固定床煤氣發(fā)生爐，但其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理卻有著很大的區(qū)別，在煤氣生產(chǎn)成本、環(huán)境保護(hù)、煤氣質(zhì)量和單爐生產(chǎn)能力等方面其差距是很大的?？偟膩碇v，UGI煤氣發(fā)生爐在主體設(shè)備的設(shè)計(jì)和對(duì)配套裝置的要求等方面均優(yōu)于生產(chǎn)工業(yè)燃?xì)獾呐枋降妆P排渣式煤氣發(fā)生爐，其性價(jià)比也高于后者。

（2）UGI煤氣發(fā)生爐在我國有大量的應(yīng)用，其應(yīng)用始于上世紀(jì)60年代初，至今已有50a以上，目前在煤化工行業(yè)中有4600余臺(tái)的保有量。煤化工行業(yè)對(duì)技術(shù)裝備的節(jié)能、效率、環(huán)保、自動(dòng)化和生產(chǎn)連續(xù)性等方面的要求均十分嚴(yán)格，在長期的運(yùn)行中對(duì)原有裝置進(jìn)行了大量的技術(shù)改進(jìn)，使氣化工藝和各系列氣化裝置在熱效率、安全、環(huán)保等方面均已較為完善。

（3）碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化爐屬于低壓氣化設(shè)備，其主體結(jié)構(gòu)和配套附件均較為簡單，經(jīng)過專用設(shè)計(jì)后主體設(shè)備各項(xiàng)性能進(jìn)一步增強(qiáng)，配套設(shè)施進(jìn)一步簡化，設(shè)備連續(xù)運(yùn)行周期較長，操作控制更加容易?？傊?，碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化工藝和技術(shù)裝備均成熟可靠。

（4）碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化工藝流程是在UGI煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)的基礎(chǔ)上升級(jí)發(fā)展而來，主要是對(duì)UGI煤氣發(fā)生爐主體部分和附屬配套設(shè)施進(jìn)行了大量的改進(jìn)和完善，相較于間歇?dú)饣に噯闻_(tái)煤氣爐減少了8臺(tái)工藝閥門，消除了頻繁的制氣階段轉(zhuǎn)換，其生產(chǎn)過程更加安全、穩(wěn)定、可靠，操作也簡單、方便。

（5）碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化裝置自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，生產(chǎn)環(huán)境安靜、衛(wèi)生，相較于間歇?dú)饣僮魅藛T可減少30%，氣化強(qiáng)度則提高1倍以上；同時(shí)，所產(chǎn)水煤氣中CO和H2含量高 （合計(jì)在82%以上）、氮?dú)夂康?（0.1%左右），煤氣成分明顯改善，且原料煤轉(zhuǎn)化利用率提高25%以上。

（6）碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化裝置采用了20項(xiàng)安全措施，增設(shè)了多個(gè)安全檢測和安全聯(lián)鎖，并且增設(shè)了防回火裝置，使氣化裝置的安全保障能力大幅提高。

（7）碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化裝置氣化強(qiáng)度大、原料煤適應(yīng)性廣、無吹風(fēng)氣排放、原料煤轉(zhuǎn)化利用率高，且實(shí)現(xiàn)了廢氣、廢水零排放和廢渣的資源化綜合利用，氣化裝置生產(chǎn)現(xiàn)場無灰塵、無泄漏，現(xiàn)場環(huán)境干凈、整潔、安靜，環(huán)保性能良好，完全符合國家有關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的要求，屬于允許發(fā)展的煤氣化技術(shù)之一。

（8）碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化技術(shù)和配套設(shè)施成熟可靠，其應(yīng)用遍及多個(gè)行業(yè)，有水煤氣產(chǎn)能在200000m3／h左右的大型裝置，或水煤氣產(chǎn)能在100000m3／h左右的中型裝置，或水煤氣產(chǎn)能在50000m3／h左右的小型裝置，均已經(jīng)過國內(nèi)多領(lǐng)域數(shù)十家生產(chǎn)單位多年的生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)。

7 結(jié)束語

碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化技術(shù)屬投資省、建設(shè)周期短、運(yùn)行成本低的氣化技術(shù)，十分適合我國國情和原料煤資源特點(diǎn) （隨著煤炭開采機(jī)械化程度的提高，粉煤占比越來越大，塊煤占比越來越?。?，十分適合目前煤化工行業(yè)和燃?xì)庀M(fèi)企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，是諸多行業(yè)新建和改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的首選氣化工藝，同時(shí)我國用氧技術(shù)的轉(zhuǎn)變和制氧技術(shù)的發(fā)展也為碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)前正值氮肥行業(yè)和燃?xì)庑袠I(yè)氣化技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的大好時(shí)機(jī)，相信碎煤 （UGI）純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)水煤氣技術(shù)必將在很大程度上替代間歇?dú)饣透谎踹B續(xù)氣化技術(shù)以及一段式煤氣發(fā)生爐、二段式煤氣發(fā)生爐，成為多個(gè)行業(yè)的主流氣化技術(shù)。