氣流床煤氣化技術的現(xiàn)狀及發(fā)展分析

耿文杰

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

1 氣流床煤氣化技術的特點

氣流床煤氣化技術是煤炭氣化應用生產(chǎn)中的一種重要形式，不僅能夠有效提升煤炭的使用效率，還能降低煤炭燃燒過程中對空氣造成的污染問題，因此具有很強的應用優(yōu)勢。在正常的情況下進行煤炭氣化的過程中，會將原料煤處理成粉末的形式，之后粉末狀態(tài)的煤灰和氣化劑一起通過噴嘴送入氣化爐內(nèi)，在氣化爐中完成混合燃燒以及氣反應等過程。在氣流床煤氣化正常運行時，氣化爐內(nèi)的氣固流動速度相對而言比較低，氣體與氣體中夾帶的固體都會順著同一方向進行運動，因此將其稱為氣流床氣化或夾帶床氣化。在實際用的過程中，氣流床煤氣化具有很強的煤種適應性，具有非常廣泛的應用范圍，并且由于氣化時存在的高溫使液態(tài)排渣更加順暢，可以保證井下作業(yè)過程中的安全性和可靠性，當前氣流床煤氣化工藝技術也是煤炭氣化生產(chǎn)中應用最廣泛的技術之一。

2 氣流床煤氣化技術的分類

當前國內(nèi)應用比較常見的氣流床煤氣化技術主要有五種，分別為德士古水煤漿加壓氣化技術、殼牌煤氣化技術、GSP氣流床氣化技術、及多噴嘴對置式水煤漿氣化技術及HT-L氣化技術。這五種氣流床煤氣化技術在實際應用時具有很大的差別。根據(jù)氣流床煤氣化技術的進料方式，可以將這些技術分為兩類，分別為干煤粉進料和水煤漿進料。而根據(jù)氣化爐內(nèi)部氣流的運行方向進行分類，可以將這些氣流床煤氣化工藝技術分為上行類和下行類[1]。結(jié)合技術工藝流程的區(qū)別也可以將其流程煤氣化技術分為廢鍋型和直接水激冷型。根據(jù)噴嘴數(shù)量和布置上的區(qū)別可以將不同的氣流床煤氣化工藝技術分為單噴嘴直噴和多噴嘴對噴兩種類型。除此之外，根據(jù)氣化爐內(nèi)部是否含有耐火保溫材料也可以將不同的氣流床煤氣化技術分為熱爐壁和水冷壁兩種類型。在實際用的過程中，生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)自己的生產(chǎn)需求選用不同的氣流床煤氣化技術。

3 氣流床煤氣化技術的典型工藝

3.1 德士古水煤漿加壓氣化技術

相比于其他氣流床煤氣化技術，德士古水煤漿加壓氣化技術屬于一種比較基礎的煤氣化技術，應用范圍比較廣泛。實際操作時需要采取濕法進料的方式，并通過液體進行排渣。德士古水煤漿加壓氣化技術的核心工藝包括對煤塊的研磨、煤漿制備及儲運煤氣化以及合成氣洗滌等環(huán)節(jié)，在進行氣化爐熱量利用時主要分為三個類型，分別為激冷、廢鍋、激冷和廢鍋結(jié)合。

3.2 殼牌煤氣化技術

殼牌煤氣化技術屬于當前國內(nèi)應用的氣流床煤氣化技術中比較典型的技術類型，進料時使用干煤粉，并對其進行磨制和干燥處理，之后對煤粉進行加壓處理，通過進料煤氣化除渣凈化等環(huán)節(jié)實現(xiàn)煤氣化技術的有效應用。在生產(chǎn)時使干煤粉與氧氣充分發(fā)生化學反應，并利用熱量回收和合成氣凈化技術進行二次處理，最后將燃氣能量輸送給用戶。針對殼牌煤氣化技術應用的控制系統(tǒng)在自動化水平方面比較高，因此能夠一定程度上保證使用過程中的安全性和穩(wěn)定性。由于機械設備的使用壽命較長，因此在維護和保養(yǎng)工作方面的成本較少。

3.3 GSP氣流床氣化技術

GSP氣流床氣化技術早期是由德國所開發(fā)的一項煤氣化技術，能夠有效應對低品位褐煤等固體燃料的處理工作。隨著GSP氣流床氣化技術的深入研究和發(fā)展，當前GSP氣流床氣化技術對煤種的選擇和適用范圍非常廣泛，并且具有較高的氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率，能夠有效控制煤在轉(zhuǎn)換過程中對環(huán)境的污染問題。GSP氣流床氣化技術是目前國外普遍應用的煤氣化技術，但是由于技術應用較為復雜，因此目前國內(nèi)還不能完成獨立生產(chǎn)，在實際應用時需要從國外引進大部分設備，使得該項煤氣化工藝技術的應用成本大幅增加[2]。

3.4 四噴嘴對置式水煤漿氣化技術

GSP氣流床氣化技術對于國外引進依賴性比較高，因此雖然能夠有效提高效率，但是由于成本問題使得性價比整體較低。隨著國內(nèi)煤氣化基礎理論的深入研究，四噴嘴對置式水煤漿氣化技術應運而生，四噴嘴對置式水煤漿氣化技術屬于國內(nèi)完全自主研發(fā)的一種氣化技術，濕法進料并液態(tài)排渣，能夠有效控制廢渣中的含碳量，在實際用的過程當中具有比煤耗較低、產(chǎn)氣量大的優(yōu)點。四噴嘴對置式水煤漿氣化技術的應用對于提升國內(nèi)煤炭資源使用率有著非常重要的作用，在實際生產(chǎn)運行的過程當中，設備的負荷調(diào)節(jié)靈活，并且具有較長的運行周期，由于擁有自主產(chǎn)權(quán)因此成本得到了有效控制。綜合來看，當前四噴嘴對置式水煤漿氣化技術在穩(wěn)定性方面還存在著一定的發(fā)展空間，這也是當前國內(nèi)氣流床煤氣化工藝技術深入研究的主要對象之一。

3.5 航天爐(HT-L)粉煤加壓氣化技術

技術主要是借鑒德士古、殼牌及GSP加壓氣化工藝的基礎上研發(fā)的一套具有獨特創(chuàng)新的新型粉煤加壓氣化技術。航天爐主要是由燒嘴、氣化爐激冷室、燃燒室及承壓外殼組成。所用燒嘴為點火燒嘴、粉煤燒嘴和開工燒嘴組成的組合式燒嘴，氣化壓力4.0 MPa，設計氣化溫度1 400 ℃～1 600 ℃。HT-L技術具有多方面的優(yōu)點：1) 煤種適應范圍廣，具有可選范圍寬(1 250 ℃～1 650 ℃)的煤的灰熔點，而且碳轉(zhuǎn)化率高，氣化原料可選范圍廣，CH4含量低，粗合成氣品質(zhì)好，碳轉(zhuǎn)化率設計值≥99.5%；2) 控制系統(tǒng)具有比較高的自動化程度，同時安保聯(lián)鎖系統(tǒng)比較完善；3) 排放的污染物少，環(huán)保性能好；4) 工藝成熟可靠，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，設備完全國產(chǎn)化，與同規(guī)模Shell工藝相比，可以大大降低投資成本；5) 大部分熱量都可以通過熔渣及粗煤氣帶入激冷水中，避免了熱量的大量損失。

4 氣流床煤氣化技術的發(fā)展

山西地區(qū)的礦產(chǎn)資源量非常豐富，是國內(nèi)的主要煤炭保有資源地，具有非常優(yōu)質(zhì)的煤礦、煤層氣、鋁土礦等資源，因此山西地區(qū)也擁有著全國數(shù)量最多的中小型煤礦開采基點。結(jié)合當前氣流床煤氣化技術的應用現(xiàn)狀，當前氣流床煤氣化技術的發(fā)展趨勢主要有五個方向。第一，不斷加強對于煤氣化領域基礎理論的深入研究。煤氣化基礎理論作為任何煤氣化技術的技術指導都有著非常重要的作用，因此為了切實提升氣流床煤氣化技術的發(fā)展和創(chuàng)新，就需要有堅實的理論基礎支撐，通過不斷加強煤氣化領域基礎理論的研究工作能夠真正促進國內(nèi)煤氣化技術的規(guī)?；咝Щl(fā)展，為煤礦能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供助力。第二，針對國外引進的先進的煤氣化技術不僅需要加強研究和應用，更需要結(jié)合煤氣化基礎理論研究加強自主研發(fā)，通過消化吸收和再發(fā)展等過程真正實現(xiàn)關鍵設備的國產(chǎn)化，提升國內(nèi)煤氣化領域整體技術水平。第三，雖然說當前氣流床煤氣化技術具有很強的煤種適應性，但是結(jié)合國內(nèi)煤礦能源的實際情況而言能夠?qū)嶋H投入應用的煤種范圍還是有限的。因此，當前提高氣流床煤氣化技術的煤種適應性是非常重要的研究方向，也是煤氣化技術面臨的最為復雜的問題之一。結(jié)合當前國內(nèi)已經(jīng)工業(yè)化應用的煤氣化工藝技術實際情況來看，以干煤粉進料、水冷壁氣化爐的氣流床氣化工藝是多種氣流床氣化工藝中煤種適應性最強的技術類型，具有很強的應用前景和發(fā)展前景[3]。第四，在煤氣化技術發(fā)展的過程中大型化是技術發(fā)展的關鍵問題，而結(jié)合氣流床技術的特點可以發(fā)現(xiàn)，氣流床技術能夠有效提高溫度增加壓力，實現(xiàn)煤料和氣化劑強力混合的生產(chǎn)應用目標，因此也是大型化發(fā)展的重要技術方向。最后，在煤氣化技術逐漸深入研究發(fā)展的過程中，能量的高效轉(zhuǎn)化和合理回收是當前國內(nèi)氣流床煤氣化技術應用亟待解決的重要問題。相比于廢熱鍋爐工藝，激冷工藝在設備操作方面比較簡單，因此能夠有效控制投資成本，但是整體的能量回收效率較低。而廢熱鍋爐技術雖然具有很高的熱量回收效率，但是在應用時需要大型設備參與，因此在投資成本方面比較大，這就對當前國內(nèi)煤氣化技術的發(fā)展提出了新的要求，需要不斷開發(fā)新的熱量回收技術提升經(jīng)濟效益和社會效益，切實促進國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的合理分配。

5 結(jié)語

綜上所述，當前國內(nèi)氣流床煤氣化技術的應用水平還處于初級階段，氣流床煤氣化具有很強的煤種適應性，因此在實際用的過程當中能夠有效提升氣化效率和碳轉(zhuǎn)化率。作為一種高效清潔燃氣制備應用的首選技術，在未來氣流床煤氣化技術還會不斷擴大應用優(yōu)勢，開發(fā)新的熱量回收技術，真正滿足社會生產(chǎn)生活對于新能源燃氣的需求。