基于殼牌煤氣化工藝中的流態(tài)化技術(shù)

肖震南

摘 要：隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)化調(diào)整工作的陸續(xù)開(kāi)展，殼牌煤氣化工藝技術(shù)在煤氣化生產(chǎn)中的應(yīng)用規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的煤氣化生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，流態(tài)化技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式。本文首先介紹了流態(tài)化技術(shù)的定義與應(yīng)用現(xiàn)狀，其次探討了流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于煤氣化工藝中的特征以及相應(yīng)的應(yīng)用策略，希望可以有效提升流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用管理水平，促進(jìn)我國(guó)能源生產(chǎn)領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：殼牌煤氣化;流態(tài)化技術(shù);概述

0 引言

現(xiàn)階段我國(guó)的煤氣化生產(chǎn)項(xiàng)目中多采用流化床生產(chǎn)模式替代傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，由于流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的滿足環(huán)境保護(hù)、能源節(jié)約的客觀要求，同時(shí)投資成本低、回報(bào)效率高，所以得到了大規(guī)模的應(yīng)用。為了進(jìn)一步探討流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于煤氣化生產(chǎn)的途徑，現(xiàn)就流態(tài)化技術(shù)的相關(guān)定義與技術(shù)特征分析如下。

1 流態(tài)化技術(shù)概述

1.1 基本定義

流態(tài)化又被稱(chēng)之為假液態(tài)化，該技術(shù)能夠充分利用流體作用來(lái)實(shí)現(xiàn)固體顆粒的懸浮控制，從而使得一些固體的顆粒在階段內(nèi)獲得流體的某些特征，此時(shí)就可以更好的滿足生產(chǎn)過(guò)程中的接觸表面積，確保生產(chǎn)的效率。流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的解決固態(tài)處理問(wèn)題，整個(gè)過(guò)程中固體物質(zhì)就像是沸騰的液體，在床層上下翻轉(zhuǎn)，內(nèi)部接觸效率更高且能夠快速傳遞熱能，所以無(wú)論是反應(yīng)工程還是現(xiàn)代能源生產(chǎn)中都具有廣泛的應(yīng)用。特別針對(duì)一些特殊領(lǐng)域，由于流態(tài)化技術(shù)可以顯著減輕催化劑的使用負(fù)擔(dān)，所以對(duì)于環(huán)境保護(hù)以及提升生產(chǎn)效率都具有一定的幫助。

1.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

流態(tài)化技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用起步相對(duì)較晚，目前國(guó)內(nèi)的煤氣化領(lǐng)域大多采用流化床模式，其本質(zhì)上就是通過(guò)氣化介質(zhì)的處理方式來(lái)達(dá)到氣體、固體更高熱傳遞效率的功能，從而使得整個(gè)混合物混合更為充分，得到穩(wěn)定均勻的物質(zhì)。目前，美國(guó)、日本都具有較高標(biāo)準(zhǔn)的流態(tài)化技術(shù)，我國(guó)目前這個(gè)領(lǐng)域以借鑒學(xué)習(xí)為主，并且嘗試進(jìn)行流態(tài)化技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，已經(jīng)取得了階段性的成果，相信未來(lái)國(guó)內(nèi)流態(tài)化技術(shù)設(shè)備會(huì)得到廣泛推廣應(yīng)用。

2 流化床煤氣化的特征

流化床煤氣化是現(xiàn)階段煤氣化生產(chǎn)主要技術(shù)類(lèi)型，其具有如下幾個(gè)方面的特征：

2.1 對(duì)原煤質(zhì)量要求低

流化床煤氣化技術(shù)的應(yīng)用很好的解決了組織不均勻的問(wèn)題，由于均勻的組織處理起來(lái)難度更低，所以能夠去除掉大量的雜質(zhì)，這也就降低了對(duì)于原煤的要求。一些冶金后剩余的焦煤以及無(wú)煙煤等，在過(guò)去基本無(wú)法實(shí)施煤氣化處理，而通過(guò)流化床煤氣化后則可以滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求，煤種更不需要經(jīng)過(guò)破碎以及碾磨就可以直接進(jìn)行處理，有效提升了經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 工藝流程簡(jiǎn)單

工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單主要體現(xiàn)在設(shè)備的選擇與結(jié)構(gòu)工藝類(lèi)型上。目前來(lái)看，流化床煤氣化技術(shù)實(shí)施過(guò)程中氣化爐配套設(shè)備的數(shù)量不多，造價(jià)較為低廉，爐內(nèi)也沒(méi)有復(fù)雜多余的設(shè)備與金屬構(gòu)件，整體的維修工作量相對(duì)較小。

2.3 氣化強(qiáng)度高

通過(guò)均勻穩(wěn)定的加熱，流化床煤氣化環(huán)境氛圍內(nèi)的溫度控制更為精準(zhǔn)，能夠準(zhǔn)確維持在1100℃左右，從而有效提升了氣化強(qiáng)度。

2.4 碳的綜合利用效率高

整個(gè)設(shè)備構(gòu)成科學(xué)、合理，飛出來(lái)的渣會(huì)通過(guò)除塵設(shè)備處理后再一次進(jìn)行氣化，從而有效提升了碳的綜合利用效率。除此之外，產(chǎn)物當(dāng)中不具有焦油、酚類(lèi)有害物質(zhì)，所以處理的污染小，穩(wěn)定性強(qiáng)，更能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境要求。

2.5 爐內(nèi)物料混合更為均勻

爐內(nèi)物料混合均勻度主要與氣化爐的煤氣化生產(chǎn)工藝有關(guān)。對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)流程而言，選擇流化床煤氣化可以更好的保持爐內(nèi)的還原氣氛，同時(shí)也具有一定的含碳量。傳統(tǒng)的流化床氣化設(shè)備會(huì)出現(xiàn)大量飛灰導(dǎo)致碳浪費(fèi)，而選擇該技術(shù)后均勻混合的組織出現(xiàn)飛灰的概率有效降低，提升了生產(chǎn)的效率與效益。

3 基于殼牌煤氣化工藝中流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 溫克勒氣化床

流態(tài)化生產(chǎn)中最具有代表性的技術(shù)是溫克勒氣化床技術(shù)，該技術(shù)特征在于能夠在常溫下操作，但是也存在不小的問(wèn)題，包括生產(chǎn)能力不高，氣化穩(wěn)定較差等等，同時(shí)由于溫度控制不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)碳損失較大，飛灰較多，所以應(yīng)用的規(guī)模在持續(xù)縮小。該技術(shù)使用技術(shù)改造能夠一定程度克服其問(wèn)題，包括將氣化溫度調(diào)整到更大的范圍區(qū)間內(nèi)以及做好粗煤氣的分離提純后再進(jìn)行一次煤氣化處理，這樣就可以滿足基本的碳轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)也可以有效提升氣化爐的整體生產(chǎn)能力。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有隊(duì)溫克勒氣化床實(shí)施技術(shù)升級(jí)的案例，通過(guò)氣化爐底部增設(shè)噴嘴并提升氣化溫度等方式，不但能夠有效降低爐壁結(jié)渣問(wèn)題，同時(shí)也可以解決煤氣平整度不足、熱灰回收不到位的問(wèn)題，進(jìn)一步提升了物料的循環(huán)轉(zhuǎn)化效率，提升了經(jīng)濟(jì)效益。改造過(guò)程中如果能夠添加旋風(fēng)除塵裝置，則可以有效降低爐管的整體磨損水平，進(jìn)一步延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。通過(guò)技術(shù)改進(jìn)的方式能夠提升煤種的整體適應(yīng)性，確保氣化率水平，整體轉(zhuǎn)化率也會(huì)提升。

3.2 灰融聚流化床

灰融聚流化床是一種主要針對(duì)碎煤進(jìn)行的煤氣化處理技術(shù)，該技術(shù)能夠借助于空氣、富氧環(huán)境來(lái)達(dá)到氧化處理的目的，其中需要添加水蒸氣以及二氧化碳作為氣化材料，在選擇穩(wěn)定的氣速后就能夠達(dá)到粉煤沸騰的效果，從而滿足物料管理的要求，提升兩相混合的功能。整體來(lái)看，灰融聚流化床技術(shù)的應(yīng)用能夠確保高溫穩(wěn)定，煤會(huì)在流化床內(nèi)進(jìn)行一系列的反應(yīng)，包括有氣化、脫揮發(fā)分、裂解、分離等等，這些過(guò)程完成后，產(chǎn)品質(zhì)量就可以得到保障。一般來(lái)說(shuō)，灰融聚流化床的優(yōu)勢(shì)主要包括有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高效，操作便利，同時(shí)具有較強(qiáng)的煤種適應(yīng)性，無(wú)論是氣化原材料本地化還是實(shí)現(xiàn)碳轉(zhuǎn)化率的提升都可以采取該技術(shù)模式。另外，目前在國(guó)內(nèi)該技術(shù)的整體投資成本相對(duì)較低，實(shí)現(xiàn)常壓工業(yè)的優(yōu)勢(shì)更大。針對(duì)太原、西山等地的煤種進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的煤種采用灰融聚流化床都可以獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品，同時(shí)氣化強(qiáng)度與煤種的類(lèi)型具有一定的關(guān)系，但是并不會(huì)超過(guò)國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 循環(huán)流化床技術(shù)

循環(huán)流化床是一種主要解決爐膛內(nèi)物料飛出以及物流硫化燃燒不足問(wèn)題的流化床。相比于其他類(lèi)型的流化床，循環(huán)流化床技術(shù)能夠很好的滿足流化床燃燒控制的要求，同時(shí)其硫化速度更高，對(duì)于內(nèi)部的信息物控制也會(huì)更到位。采用循環(huán)流化床技術(shù)能夠滿足質(zhì)量與熱量交換的要求，同時(shí)可以取得不錯(cuò)的固體流速質(zhì)量，從而顯著改善設(shè)備的整體投資回報(bào)率。由于該技術(shù)能夠滿足能源利用效率以及原材料節(jié)約的要求，所以也成為未來(lái)行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)類(lèi)型之一。

4 總結(jié)

綜上所述，相比于傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)，流態(tài)化技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，特別針對(duì)一些劣質(zhì)的原煤而言，通過(guò)穩(wěn)定高效的均勻化處理，能夠很好的脫除雜質(zhì)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受到各種環(huán)境與投資規(guī)模的限制，需要進(jìn)行流態(tài)化技術(shù)類(lèi)型的選擇，從而更好的匹配生產(chǎn)實(shí)踐需求，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

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