大型干煤粉氣流床氣化技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用與展望

賀樹民 匡建平 姚敏 劉水剛 張鎵鑠 張煜 夏支文 張亞寧

摘 ?????要：煤氣化裝置是煤化工的核心工段，直接影響著整個(gè)裝置單元的穩(wěn)定操作運(yùn)行。本文介紹了國內(nèi)外大型干煤粉氣流床加壓氣化技術(shù)工藝流程、特點(diǎn)、應(yīng)用參數(shù)以及在中國市場的應(yīng)用現(xiàn)狀。粉煤加壓氣化包括Shell爐、GSP爐、Prenflo爐、CCG爐以及國內(nèi)的航天爐、神寧爐、東方爐、二段加壓氣流床粉煤加壓氣化爐。綜述了上述氣流床煤氣化技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望了氣流床加壓技術(shù)的應(yīng)用趨勢。

關(guān) ?鍵 ?詞：氣流床;干煤粉;大型化;應(yīng)用

中圖分類號：TQ 546 ???????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）0004-00000845-0006

Abstract： ?Coal gasification is the most important technology in coal chemical industrial plants， which involving stable operation of the entire coal plant.plant. In this paper paper，introduces application of modern entrained-bed pressurized coal gasification technology in China was introduced， . Characteristics of technology processes， application parameters， and market are were summarized. Dry pulverized coal entrained-bed pressurized coal gasification technologies contains Shell gasifier， GSP gasifier， Prenflo gasifier， CCG gasifier out of abroad and HTG， SNG， SEG， two-stage gasifier in China. This paper summarized upon Features and application status of the entrained-bed pressurized coal gasification technology features and application statuswere summarized， the application trend is was also forecasted.

Key words： ?entrainedeEntrained-bed; dry dDry pulverized coal; largelLarge-scale; applicationaApplication

煤氣化是煤化工裝置的龍頭工段，是發(fā)展煤制甲醇、煤制烯烴、煤制油、IGCC發(fā)電等煤化工行業(yè)的基礎(chǔ)，直接影響著裝置下游單元的平穩(wěn)運(yùn)行。在眾多煤氣化技術(shù)中，20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的氣流床加壓煤氣化技術(shù)因其煤種適應(yīng)范圍廣，碳轉(zhuǎn)化率高，液態(tài)排渣，氣化壓力高等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代煤基大容量、高效潔凈燃?xì)夂秃铣蓺庵苽涞氖走x技術(shù)[1，2]。

從煤氣化的基本原理來看，氣化技術(shù)的根本目的在于將固態(tài)煤，轉(zhuǎn)化成為合成氣。而合成氣相對煤來說，更加清潔，便于運(yùn)輸，有利于進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，除了利用其燃燒熱量外還可以在化工、化學(xué)、冶煉等領(lǐng)域有更多的用途，見圖1。當(dāng)前，煤氣化技術(shù)應(yīng)用最廣泛的兩個(gè)領(lǐng)域是煤化工和蒸汽煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合發(fā)電（IGCC）。

我國煤氣化技術(shù)的研發(fā)始于20世紀(jì)50年代，“文化大革命”期間因動亂而中止[3]。1978年隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國先后引進(jìn)Lurgi固定床氣化技術(shù)、Shell干粉煤氣流床氣化技術(shù)、GSP干粉煤氣流床氣化技術(shù)。早期引進(jìn)的煤氣化技術(shù)，在當(dāng)時(shí)大大促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是，由于我國煤種多元、煤質(zhì)差別較大的特點(diǎn)，引進(jìn)的煤氣化技術(shù)并不完善，出現(xiàn)“水土不服”。目前，世界上只有我國采用種類如此眾多氣化技術(shù)，不成熟的引進(jìn)令我國經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p失[3]。40年來，針對我國多元煤質(zhì)特點(diǎn)，在研究與開發(fā)、引進(jìn)消化、技術(shù)再創(chuàng)新等方面做了大量工作。目前國內(nèi)高校、科研院所和企業(yè)代表性的研究有：20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所進(jìn)行了灰融聚流化床煤氣化過程的一系列研究和開發(fā)工作[4];“九五”期間就“IGCC關(guān)鍵技術(shù)（含高溫凈化）”立項(xiàng);1999年科技部立項(xiàng)“973”項(xiàng)目“大規(guī)模高效氣流床氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究”也已完成;華東理工大學(xué)等共同承擔(dān)國家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃課題“粉煤加壓氣化制備合成氣新技術(shù)與開發(fā)”;“十五”期間，國電熱工研究院等承擔(dān)“863”，進(jìn)行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化工藝的開發(fā)[3，5];2008年北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司成功開發(fā)出單爐日投煤量720t的航天爐示范裝置[6];2012年神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)聯(lián)合中國五環(huán)工程公司開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的日投煤量2200t的神寧爐干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)[7]。

我國煤氣化技術(shù)的研發(fā)始于20世紀(jì)50年代，“文化大革命”期間因動亂而中止[3]。1978年隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國先后引進(jìn)Lurgi固定床氣化技術(shù)、Shell干粉煤氣流床氣化技術(shù)、GSP干粉煤氣流床氣化技術(shù)。早期引進(jìn)的煤氣化技術(shù)，在當(dāng)時(shí)大大促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是，由于我國煤種多元、煤質(zhì)差別較大的特點(diǎn)，引進(jìn)的煤氣化技術(shù)并不完善，出現(xiàn)“水土不服”。目前，世界上只有我國采用種類如此眾多氣化技術(shù)，不成熟的引進(jìn)令我國經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p失[3]。40年來，針對我國多元煤質(zhì)特點(diǎn)，在研究與開發(fā)、引進(jìn)消化、技術(shù)再創(chuàng)新等方面做了大量工作。目前國內(nèi)高校、科研院所和企業(yè)代表性的研究有：20世紀(jì)80年代，中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所進(jìn)行了灰融聚流化床煤氣化過程的一系列研究和開發(fā)工作[4];“九五”期間就“IGCC關(guān)鍵技術(shù)（含高溫凈化）”立項(xiàng);1999年科技部立項(xiàng)“973”項(xiàng)目“大規(guī)模高效氣流床氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究”也已完成;華東理工大學(xué)等共同承擔(dān)國家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃課題“粉煤加壓氣化制備合成氣新技術(shù)與開發(fā)”;“十五”期間，國電熱工研究院等承擔(dān)“863”，進(jìn)行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化工藝的開發(fā)[3，5];2008年北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司成功開發(fā)出單爐日投煤量720 t的航天爐示范裝置[6];2012年神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)聯(lián)合中國五環(huán)工程公司開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的日投煤量2 200 t的神寧爐干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)[7]。

本文回顧了國內(nèi)外粉煤加壓氣流床工藝技術(shù)及其在中國的應(yīng)用現(xiàn)狀。煤粉加壓氣化包括國外的Shell爐、GSP爐、Prenflo爐、科林爐干粉煤氣化以及國內(nèi)的航天爐、神寧爐、東方爐、二段加壓氣流床氣化技術(shù)。

1 ?國外干粉煤氣流床氣化工藝及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 ?Shell氣化工藝

Shell煤氣化技術(shù)起源于K-T氣流床煤氣化技術(shù)。1978年Shell和Koppers合作在德國建立了一套規(guī)模150t/d的中試裝置。1994年在荷蘭Buggenum建立了單爐2 000 t/d的Shell煤氣化裝置，配套253 MW的IGCC發(fā)電裝置[8，9]。

圖2是Shell爐氣化工藝的流程簡圖。原煤和助溶劑（一般為石灰石）通過稱重給料機(jī)按一定比例混和后（對于三高煤，一般助溶劑質(zhì)量比在3%左右）進(jìn)入磨煤機(jī)混磨和干燥脫水，過濾分離后，氣體外排放空，分離后的干煤粉進(jìn)入煤粉倉中貯存。

來自空分的氧氣經(jīng)氧壓機(jī)加壓并預(yù)熱后與次高壓蒸汽混合后進(jìn)入燒嘴。多燒嘴采用偏角對置，形成撞擊旋轉(zhuǎn)流場。煤粉進(jìn)入鎖斗后，采用高壓氮?dú)鈱︽i斗升壓至4.2 MPa，并以氮?dú)庾鳛閯恿υ摧斔透擅悍壑翚饣癄t主燒嘴，與氧氣、次高壓蒸汽混合后進(jìn)入爐膛發(fā)生燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1 400～1 600 ℃。反應(yīng)后氣體和飛灰上行，爐渣通過重力下行至渣池。氣體和飛灰被來自循環(huán)壓縮機(jī)出口的激冷氣降溫至約850 ℃，通過廢鍋回收合成氣顯熱后降溫至350 ℃，降溫后的合成氣再進(jìn)入陶瓷過濾器濾去飛灰[10]。一部分過濾后的合成氣進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)作為激冷氣，一部分過濾后的合成氣經(jīng)過文丘里和碳洗塔進(jìn)行濕洗除灰，處理后的粗煤氣塵含量<1 mg/m3。

Shell煤氣化技術(shù)起源于K-T氣流床煤氣化技術(shù)。1978年Shell和Koppers合作在德國建立了一套規(guī)模150t/d的中試裝置。1994年在荷蘭Buggenum建立了單爐2000t/d的Shell煤氣化裝置，配套253MW的IGCC發(fā)電裝置[8，9]。

圖2是Shell爐氣化工藝的流程簡圖。原煤和助溶劑（一般為石灰石）通過稱重給料機(jī)按一定比例混和后（對于三高煤，一般助溶劑質(zhì)量比在3%左右）進(jìn)入磨煤機(jī)混磨和干燥脫水，過濾分離后，氣體外排放空，分離后的干煤粉進(jìn)入煤粉倉中貯存。

來自空分的氧氣經(jīng)氧壓機(jī)加壓并預(yù)熱后與次高壓蒸汽混合后進(jìn)入燒嘴。多燒嘴采用偏角對置，形成撞擊旋轉(zhuǎn)流場。煤粉進(jìn)入鎖斗后，采用高壓氮?dú)鈱︽i斗升壓至4.2MPa，并以氮?dú)庾鳛閯恿υ摧斔透擅悍壑翚饣癄t主燒嘴，與氧氣、次高壓蒸汽混合后進(jìn)入爐膛發(fā)生燃燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1400～

1600℃。反應(yīng)后氣體和飛灰上行，爐渣通過重力下行至渣池。氣體和飛灰被來自循環(huán)壓縮機(jī)出口的激冷氣降溫至約850℃，通過廢鍋回收合成氣顯熱后降溫至350℃，降溫后的合成氣再進(jìn)入陶瓷過濾器濾去飛灰[10]。一部分過濾后的合成氣進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)作為激冷氣，一部分過濾后的合成氣經(jīng)過文丘里和碳洗塔進(jìn)行濕洗除灰，處理后的粗煤氣塵含量<1mg/m3。

液態(tài)熔渣沿著氣化爐壁、下渣口掉入激冷渣池，遇水發(fā)生相變后生成玻璃狀態(tài)爐渣，通過渣收集器、渣鎖斗、渣脫水槽、撈渣機(jī)處理后送至渣場。過濾后的飛灰經(jīng)氣提并冷卻飛灰貯罐后出界區(qū)。氣化爐膜式壁內(nèi)和各換熱器由泵采用強(qiáng)制水循環(huán)，產(chǎn)生的5.4MPa次高壓飽和蒸汽進(jìn)人汽包，經(jīng)汽水分離后進(jìn)人蒸汽總管，循環(huán)使用。爐渣處理系統(tǒng)和濕洗系統(tǒng)產(chǎn)生的含渣灰的黑水進(jìn)入黑水處理單元，經(jīng)過氣提澄清處理，大部分作為循環(huán)水循環(huán)利用，小部分排出界區(qū)[10，11]。

Shell氣化工藝相對于其他氣化工藝最顯著的特點(diǎn)是干法除灰，大大減少了黑水、灰水處理量和整個(gè)裝置的耗水量。但是，除灰單元的設(shè)備投資要求高，造價(jià)昂貴。

目前，國內(nèi)應(yīng)用最大Shell爐單臺日投煤量為3 200 t/d，坐落在山西潞安百萬噸煤制油項(xiàng)目，2017年年底已經(jīng)投產(chǎn)。具體見表1所示。2018年1月，空氣產(chǎn)品公司宣布成功收購荷蘭皇家殼牌有限公司的煤氣化業(yè)務(wù)及渣油氣化專利技術(shù)系列。

1.2 ?GSP粉煤氣化工藝

GSP氣化工藝又稱為Noell氣化技術(shù)，1976年原民主德國的黑水泵公司成功開發(fā)出GSP 粉煤氣流床加壓氣化技術(shù)[12～14]。2005年該技術(shù)被德國西門子成功收購。

GSP氣化技術(shù)是采用干煤粉進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程的氣流床氣化技術(shù)。主要工藝系統(tǒng)和單元包括：備煤系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、氣化單元、粗煤氣洗滌系統(tǒng)、渣水處理系統(tǒng)、黑水閃蒸系統(tǒng)，其工藝流程如圖3所示[15]。

1.2 ?GSP粉煤氣化工藝

GSP氣化工藝又稱為Noell氣化技術(shù)，1976年原民主德國的黑水泵公司成功開發(fā)出GSP 粉煤氣流床加壓氣化技術(shù)[12～14]。2005年該技術(shù)被德國西門子成功收購。

GSP氣化技術(shù)是采用干煤粉進(jìn)料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程的氣流床氣化技術(shù)。主要工藝系統(tǒng)和單元包括：備煤系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、氣化單元、粗煤氣洗滌系統(tǒng)、渣水處理系統(tǒng)、黑水閃蒸系統(tǒng)，其工藝流程如圖3所示[15]。

1-鎖斗;2-進(jìn)料倉;3-過濾器;4-NaOH;5-事故冷卻水罐;6-緩沖罐冷卻水;7、12、15、18、23、24-泵;8-氣化爐;9-文丘里洗滌器;10-渣鎖斗;11-澄清水儲槽;13-黑水閃蒸罐;14-閃蒸氣送焚燒爐;16-緩沖罐;17-蒸汽鍋爐;19- NaOH泵;20-火炬;21-氣液分離罐;22-激冷水罐;25-廢水罐

從備煤來的煤粉（63～200μm）輸送至干煤粉儲倉，煤粉通過重力作用進(jìn)入鎖斗，鎖斗升壓至4.35 MPa，兩個(gè)鎖斗交替向進(jìn)料倉供應(yīng)煤粉，煤粉輸送管線為3根，輸送介質(zhì)為N2或CO2。

5.4 MPa飽和蒸汽和預(yù)熱后氧氣在主燒嘴氧氣管線上混合后旋流從氣化室頂部噴出，在燒嘴出口與煤粉進(jìn)行充分混合與霧化，在燃燒室發(fā)生部分氧化反應(yīng)，產(chǎn)生富含H2和CO為主以及少量CO2、H2S的高溫粗合成氣，氣化溫度約1 400～1 600 ℃，氣化壓力4.1 MPa（g），高溫粗煤氣、飛灰和液態(tài)渣下行在激冷室被激冷水冷卻降溫后，液態(tài)熔渣迅速固化成玻璃態(tài)渣，通過鎖斗定期排至渣池，再由撈渣機(jī)撈出運(yùn)出氣化界區(qū)[16]。氣化室外部是膜式水冷壁，主要作用是抵抗高溫及熔渣的侵蝕，膜式水冷壁與承壓外殼間約有50 mm間隙，間隙間充滿一股流動的常溫合成氣[15]。

GSP氣化爐存在煤粉流量波動大，氣化爐投煤不穩(wěn)定，點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)火成功率低，水冷壁燒損等突出問題。

目前國內(nèi)在運(yùn)行的GSP氣化爐規(guī)模最大為2 000 t/d，在神華寧煤集團(tuán)寧東化工基地的煤制烯烴已經(jīng)成功投產(chǎn)。具體見表2所示。：

1.3 ?Prenflo干粉煤氣化工藝

與Shell煤氣化技術(shù)一樣，Prenflo氣化爐源自于K-T氣流床氣化，因此在結(jié)構(gòu)上與Shell氣化爐相似。氣化爐分為兩部分，下部為氣化室，氣化爐水冷壁為盤管，氣化室中有4個(gè)噴嘴，在同一水平面上對稱布置;上部為輻射廢鍋，用回流冷煤氣或水進(jìn)行激冷，副產(chǎn)高壓蒸汽;氣化爐下部為排渣口[8，17]。圖4為Prenflo氣化工藝流程簡圖。

1-常壓旋風(fēng)過濾器;2-閘式料斗;3-加壓料斗;4-Prenflo氣化室;5-集渣器;6-鎖渣斗;7，8-余熱廢鍋;9-汽包;10-過濾器;11-集灰器;12-加壓料斗;13-合成氣循環(huán)機(jī);14-洗滌塔

1-常壓旋風(fēng)過濾器;2-閘式料斗;3-加壓料斗;4-Prenflo氣化室;5-集渣器;6-鎖渣斗;7，8-余熱廢鍋;9-汽包;10-過濾器;11-集灰器;12-加壓料斗;13-合成氣循環(huán)機(jī);14-洗滌塔

與Shell煤氣化技術(shù)一樣，Prenflo氣化爐源自于K-T氣流床氣化，因此在結(jié)構(gòu)上與Shell氣化爐相似。氣化爐分為兩部分，下部為氣化室，氣化爐水冷壁為盤管，氣化室中有4個(gè)噴嘴，在同一水平面上對稱布置;上部為輻射廢鍋，用回流冷煤氣或水進(jìn)行激冷，副產(chǎn)高壓蒸汽;氣化爐下部為排渣口[8，17]。圖4為Prenflo氣化工藝流程簡圖。

1997年西班牙Puertollano建成了單爐日處理量3 000 t/d的氣化裝置，配套300 MW的IGCC發(fā)電。目前還沒有在國內(nèi)應(yīng)用的例子。

1.4 ?科林爐氣化工藝（CCG）

與GSP氣化爐一樣，科林爐氣化技術(shù)也起源于前東德黑水泵公司。1979 年在德國弗萊貝格建立了一套3 MW的小型中試裝置，以此為基礎(chǔ)在黑水泵市建成了日投煤量達(dá)到720 t的工業(yè)應(yīng)用氣化爐，氣化原料煤為褐煤，生產(chǎn)的合成氣主要用作城市燃?xì)鈁18]。

圖5為科林爐粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)工藝流程簡圖，過程包括備煤系統(tǒng)、煤粉加壓輸送系統(tǒng)、氣化與激冷系統(tǒng)，粗煤氣洗滌系統(tǒng)及黑水閃蒸處理等[19]。

科林爐氣化技術(shù)與GSP氣化技術(shù)類似。主要區(qū)別在科林爐為三燒嘴頂置下噴的形式，分為引燃燒嘴和煤粉燒嘴，三股煤粉在爐膛中心通過旋流作用相互碰撞可實(shí)現(xiàn)充分燃燒，而GSP燒嘴采用單噴嘴頂置。

該工藝存在煤種適應(yīng)范圍較寬的優(yōu)點(diǎn)，氣化溫度1400～1700℃[18]。

2013年，科林爐應(yīng)成功用于貴州開陽化工有限公司50萬t/a噸/年合成氨項(xiàng)目，現(xiàn)成功運(yùn)行兩套投煤量為1500t/d的氣化爐，開創(chuàng)了三高劣質(zhì)煤綜合利用的先例。見表3所示。：

2013年，科林爐應(yīng)成功用于貴州開陽化工有限公司50萬t/a合成氨項(xiàng)目，現(xiàn)成功運(yùn)行兩套投煤量為1 500 t/d的氣化爐，開創(chuàng)了三高劣質(zhì)煤綜合利用的先例。見表3所示。

2 ?國內(nèi)干粉煤氣流床氣化工藝及應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 ?航天爐

航天爐是由北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司（后改制為航天長征化學(xué)工程股份有限公司）在2008年自主開發(fā)的干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)。航天爐粉煤加壓氣流床氣化是直接按照工藝設(shè)計(jì)建設(shè)工業(yè)化示范裝置，該項(xiàng)技術(shù)沒有經(jīng)過小試、中試試驗(yàn)。2008年先后在安徽臨泉、河南濮陽建成兩套單爐日投煤量為720 t噸的工業(yè)示范裝置[6]。

與GSP氣化爐煤粉進(jìn)料一樣，單臺航天爐氣化爐對應(yīng)三條煤粉管線。燒嘴采用低壓點(diǎn)火的方式進(jìn)行點(diǎn)火，渣水處理系統(tǒng)上鎖渣閥采用雙遠(yuǎn)程切斷閥，合成氣洗滌系統(tǒng)采用“一級文丘里+洗滌塔”，黑水閃蒸系統(tǒng)采用二級閃蒸間接換熱[19， 20]。

設(shè)計(jì)工藝參數(shù)如下：氣化爐操作壓力3.7～4.0 MPa，氣化爐操作溫度1 400～1 700 ℃。

目前，航天爐是國內(nèi)推廣應(yīng)用最多的氣化爐，大型航天爐在國內(nèi)推廣應(yīng)用見表4所示。

2.2 ?神寧爐

神寧爐是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)和中國五環(huán)工程公司聯(lián)合開發(fā)的一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉加壓氣化技術(shù)。2012年7月開始概念設(shè)計(jì)，2017年3月第一臺神寧爐在神華寧煤400萬噸/年t/a煤制油項(xiàng)目投料試車，2017年11月28臺神寧爐全部達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，其中4臺為3 000 t/d級，另24臺為2 500 t/d級。2018年5月13日至16日，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會專家組對神寧爐進(jìn)行72h連續(xù)運(yùn)行考核，專家委員會鑒定認(rèn)為：“神寧爐在3 000 t噸級單噴嘴干煤粉加壓氣化技術(shù)領(lǐng)域填補(bǔ)了國際空白，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，建議加大推廣力度”。

神寧爐解決了煤粉流量波動大，氣化爐投煤不穩(wěn)定，點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)火成功率低，水冷壁燒損等突出問題。反應(yīng)室采用盤管繞制而成的膜式水冷壁，其向火面內(nèi)襯銷釘和注料，采用冷卻水強(qiáng)制循環(huán)換熱副產(chǎn)低壓蒸汽，保證了氣化反應(yīng)時(shí)在膜式水冷壁表面形成固態(tài)和液態(tài)渣層，實(shí)現(xiàn)“以渣抗渣”。外殼及環(huán)形空間側(cè)的水冷壁管抗腐蝕性強(qiáng)，下降管上部采用水冷盤管進(jìn)行保護(hù);采用新型組合式燒嘴，可實(shí)現(xiàn)帶壓點(diǎn)火，點(diǎn)火成功率>98%，主燒嘴使用壽命3a年以上，主燒嘴跳車30 min分鐘內(nèi)可聯(lián)投;并集成三合一火焰在線監(jiān)測系統(tǒng)（火焰、溫度、圖像），實(shí)現(xiàn)氣化室運(yùn)行全程監(jiān)控，提高了燒嘴使用壽命及操作的可靠性[21]。神寧爐具有高效的合成氣洗滌分離系統(tǒng)，采用“兩級文丘里+洗滌塔”進(jìn)行分級洗滌，洗滌工藝流程短壓降損失?。?0.2 MPa），洗滌塔液位穩(wěn)定（波動<2%），出界區(qū)合成氣正常含塵量≤0.5 mg/m3 [22]。黑水閃蒸采用三級閃蒸直接換熱，閃蒸熱效率高，可節(jié)約大量循環(huán)冷卻水及蒸汽[23]。

2.2 神寧爐

神寧爐是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)和中國五環(huán)工程公司聯(lián)合開發(fā)的一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉加壓氣化技術(shù)。2012年7月開始概念設(shè)計(jì)，2017年3月第一臺神寧爐在神華寧煤400萬噸/年t/a煤制油項(xiàng)目投料試車，2017年11月28臺神寧爐全部達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，其中4臺為3000 t/d級，另24臺為2500t/d級。2018年5月13日至16日，中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會專家組對神寧爐進(jìn)行72h連續(xù)運(yùn)行考核，專家委員會鑒定認(rèn)為：“神寧爐在3000 t噸級單噴嘴干煤粉加壓氣化技術(shù)領(lǐng)域填補(bǔ)了國際空白，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平，建議加大推廣力度”。

神寧爐解決了煤粉流量波動大，氣化爐投煤不穩(wěn)定，點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)火成功率低，水冷壁燒損等突出問題。反應(yīng)室采用盤管繞制而成的膜式水冷壁，其向火面內(nèi)襯銷釘和注料，采用冷卻水強(qiáng)制循環(huán)換熱副產(chǎn)低壓蒸汽，保證了氣化反應(yīng)時(shí)在膜式水冷壁表面形成固態(tài)和液態(tài)渣層，實(shí)現(xiàn)“以渣抗渣”。外殼及環(huán)形空間側(cè)的水冷壁管抗腐蝕性強(qiáng)，下降管上部采用水冷盤管進(jìn)行保護(hù);采用新型組合式燒嘴，可實(shí)現(xiàn)帶壓點(diǎn)火，點(diǎn)火成功率>98%，主燒嘴使用壽命3a年以上，主燒嘴跳車30 min分鐘內(nèi)可聯(lián)投;并集成三合一火焰在線監(jiān)測系統(tǒng)（火焰、溫度、圖像），實(shí)現(xiàn)氣化室運(yùn)行全程監(jiān)控，提高了燒嘴使用壽命及操作的可靠性[21]。神寧爐具有高效的合成氣洗滌分離系統(tǒng)，采用“兩級文丘里+洗滌塔”進(jìn)行分級洗滌，洗滌工藝流程短壓降損失?。?0.2MPa），洗滌塔液位穩(wěn)定（波動<2%），出界區(qū)合成氣正常含塵量≤0.5 mg/m3[22]。黑水閃蒸采用三級閃蒸直接換熱，閃蒸熱效率高，可節(jié)約大量循環(huán)冷卻水及蒸汽[23]。

目前3 000 t/d神寧爐是我國自主日投煤量最大的干煤粉氣化爐。已經(jīng)投產(chǎn)和簽約如下表5所示。

2.3 ?東方爐

東方爐是2007年由華東理工大學(xué)牽頭，聯(lián)合中石化寧波技術(shù)研究院和寧波工程公司共同開發(fā)的干煤粉氣化技術(shù)。氣化爐結(jié)構(gòu)采用對置式水冷壁，無耐火磚襯里[8，18]。最大日投煤量1 500 t，應(yīng)用于中安聯(lián)合化工有限公司的170萬t甲醇/年項(xiàng)目（7臺氣化爐）。

3 ?發(fā)展方向

我國煤氣化的發(fā)展應(yīng)該順應(yīng)大型、節(jié)能、節(jié)水、運(yùn)行可靠、環(huán)境友好的煤氣化技術(shù)方向。加速開發(fā)出一批立足我國國情，煤炭氣化的特點(diǎn)，開發(fā)出具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的、先進(jìn)的粉煤加壓氣流床技術(shù)。根據(jù)我國“十三五”煤化工發(fā)展規(guī)劃，盡快實(shí)現(xiàn)氣流床大規(guī)模、高效化的跨越，滿足為我國新型煤化工和能源轉(zhuǎn)化提供龍頭技術(shù)。

3.1 ?裝置大型化

現(xiàn)代煤化工“十三五”發(fā)展指南指出，先進(jìn)煤氣化重點(diǎn)技術(shù)集中在以下四個(gè)方面：

（1）8.7 MPa高壓大型水煤漿氣化技術(shù)（單爐投煤量3 000 t/d）;

（2）4.0 MPa高壓大型干粉煤氣化技術(shù)（單爐投煤量3 000 t/d）;

（3）水煤漿水冷壁氣化技術(shù)（單爐投煤量2 000 t/d以上）;

（4）單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化（單爐投煤量2 000 t/d以上）。

在這種背景下，研制大型氣化爐可以減少氣化爐的數(shù)量，從而降低整體裝置投資。目前國內(nèi)最大的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化爐是3 000 t/d神寧爐，已于2016年在神華寧煤400萬噸/t/a年煤制油裝置開始運(yùn)行;華東理工大學(xué)的3 000 t/d多噴嘴水煤漿氣化爐，也于2014年在兗礦鄂爾多斯能化公司開始運(yùn)行。

3.2 ?廢鍋氣流床氣化技術(shù)的開發(fā)

粉煤加壓氣化技術(shù)因其煤種適應(yīng)性好、氣化效率高、環(huán)保性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)從而成為工業(yè)運(yùn)行的主流技術(shù)，但該技術(shù)在節(jié)能、節(jié)水、規(guī)?；б娴确矫嫒匀淮嬖诤艽蟀l(fā)展空間。高品位熱能回收，水資源消耗少是煤氣化的重要目標(biāo)。采用廢熱鍋爐系統(tǒng)對氣化后合成氣顯熱與熔渣相變熱進(jìn)行余熱回收能大大提高整體能源利用效率，可使能源利用效率提高10-～15個(gè)百分點(diǎn)。

4 ?結(jié)論

干煤粉氣流床煤氣化技術(shù)因其煤種適用性廣、有效氣含量高、氣化效率高、智能化控制等特點(diǎn)，成為目前煤氣化技術(shù)中的主要選擇。國外的干煤粉氣化技術(shù)主要有荷蘭的Shell氣化技術(shù)、GSP氣化技術(shù)、CCG氣化技術(shù);國內(nèi)的干煤粉氣化技術(shù)主要有航天爐、神寧爐、東方爐、華能兩段式干煤粉加壓氣化爐等。除Shell氣化技術(shù)和華能兩段爐氣化技術(shù)推出廢鍋流程外，現(xiàn)階段國內(nèi)干煤粉煤氣化技術(shù)以激冷流程為主。相較于上述兩家?guī)U鍋流程的氣化技術(shù)，激冷流程氣化技術(shù)具有工藝流程短，固定投資低、操作維護(hù)簡單的優(yōu)勢;但是，激冷流程煤氣化技術(shù)又普遍存在能源利用率低、水耗高的缺點(diǎn)，這與我國發(fā)展現(xiàn)代煤化工的要求存在一定差距。

因此，裝置大型化和廢鍋氣流床氣化技術(shù)的開發(fā)是粉煤加壓氣流床氣化技術(shù)的發(fā)展方向。

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