邰學(xué)林

(北京興榮泰化工科技有限公司， 北京 100013)

1 概述

煤氣化是煤化工行業(yè)的基礎(chǔ)，煤氣化的投資和生產(chǎn)成本占煤化工企業(yè)投資和成本的比例很高，常常決定了煤化工企業(yè)的生存和發(fā)展。 影響煤氣化的最主要因素是原料煤，煤的反應(yīng)活性、黏結(jié)性、結(jié)渣性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、水分、灰分、粒度和煤的灰渣特性等對(duì)煤氣化裝置的設(shè)計(jì)和選擇起著決定性的作用。由于煤是一種混合物，煤的各種物理和化學(xué)性質(zhì)十分不穩(wěn)定，即便是同一個(gè)煤礦，甚至同一個(gè)煤層所生產(chǎn)的煤，其主要物性參數(shù)也會(huì)有較大的差別，使得煤的氣化難度極大，這就是現(xiàn)有氣化爐存在煤種適應(yīng)性差的根本原因，煤的高效利用、清潔氣化、煤種的廣泛適應(yīng)性和低成本氣化仍然是煤化工行業(yè)面臨的主要難題。

干粉煤氣流床氣化是現(xiàn)有煤氣化技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù)之一，由于采用了干粉煤和高溫熔渣氣化技術(shù)，使得干粉煤氣流床氣化技術(shù)的環(huán)保性能、碳轉(zhuǎn)化率、煤種適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合性能在現(xiàn)有煤氣化技術(shù)中居優(yōu)勢(shì)地位。但是，多數(shù)干粉煤氣流床氣化技術(shù)仍有不足：一是存在爆炸危險(xiǎn)、廢氣和粉塵排放，原因是在粉煤干燥磨粉過程中，必須向大氣排放高濕廢氣，同時(shí)帶走部分粉塵，干燥用的熱惰性氣中氧含量一旦超標(biāo)極易引起爆炸；二是存在黑水、飛灰難以處理和利用的問題，原因是氣化流場(chǎng)控制難，氣化效果不理想，一部分煤粉氣化不完全；三是存在原料的適應(yīng)性較差的問題，進(jìn)料是煤粉，氣化溫度不夠高，氣化爐的水冷壁在運(yùn)行過程中需要“掛渣”等，只能使用灰熔點(diǎn)相對(duì)較低、灰分低、研磨性和灰渣的“黏溫特性”好的優(yōu)質(zhì)氣化煤，甚至需要添加助熔劑才能順利實(shí)現(xiàn)熔渣氣化，既增加了能量消耗，又增加了成本；四是存在冷煤氣效率偏低的問題，原因是離開氣流床氣化爐的煤氣溫度高于灰熔點(diǎn)，煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)為煤氣中的熱能偏多；五是存在投資過大、成本過高的問題，原因是煤干燥磨粉系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、煤粉輸送系統(tǒng)、氣化爐和熱回收系統(tǒng)復(fù)雜，投資過大，消耗高。以上問題的存在，使得干粉煤氣流床氣化技術(shù)難以滿足日益增長(zhǎng)的煤化工發(fā)展的需要，同時(shí)也不能滿足現(xiàn)有的安全和環(huán)保要求。開發(fā)一種更加安全、更加環(huán)保、煤種適應(yīng)性更強(qiáng)和更加經(jīng)濟(jì)的新一代煤氣化技術(shù)，成為煤化工領(lǐng)域最為迫切的需求。

“復(fù)合粉煤氣化”無干燥磨煤爆炸危險(xiǎn)，無廢氣和粉塵排放，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，碳轉(zhuǎn)化率高，飛灰殘?zhí)嫉?，冷煤氣效率高，能耗低，更加安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)[1-2]。利用流化床粉煤部分氣化爐作為初級(jí)氣化爐，實(shí)現(xiàn)了原料煤不經(jīng)干燥和磨粉直接進(jìn)入氣化爐，避免了干粉煤氣化所需要的干燥和磨煤工序，徹底解決了干燥磨粉具有煤粉爆炸危險(xiǎn)、必須向大氣排放高濕廢氣和粉塵的問題；利用新開發(fā)的 “自熱式煤氣煤粉氣流床氣化爐”作為二級(jí)氣化爐，將煤粉和煤氣在二級(jí)氣化爐內(nèi)的高溫條件下完成氣化，提高了干粉煤的最終氣化溫度，達(dá)到了無需配煤和助熔劑，即可順利完成熔渣氣化的目的，具有更強(qiáng)的煤種適應(yīng)性，更高的碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率，更低殘?zhí)嫉臓t渣和飛灰，更好的環(huán)保性能，更低的煤氣成本。

2 工藝簡(jiǎn)介

2.1 工藝說明

2.1.1 逆流氣冷激工藝

逆流氣冷激工藝是指二級(jí)氣化爐采用高溫煤氣煤粉逆流氣流床氣化爐，高溫煤氣采用冷煤氣冷激降溫的工藝。

原料煤經(jīng)皮帶送至破碎機(jī)破碎后，經(jīng)振動(dòng)篩篩分，將0～6 mm的原料煤通過皮帶輸送到煤斗，然后送到貯煤槽，貯煤槽內(nèi)的原料煤通過螺旋給料機(jī)進(jìn)入初級(jí)氣化爐，與通過噴嘴噴入的氧氣、蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，煤渣落入爐底，經(jīng)螺旋出渣機(jī)、冷渣機(jī)排出初級(jí)氣化爐；從氣化爐頂部出來的水煤氣以及其中夾帶的煤粉進(jìn)入二級(jí)氣化爐，與從煤氣煤粉氣化劑噴嘴進(jìn)入的氣化劑進(jìn)行高溫熔渣氣化反應(yīng)，反應(yīng)后的爐渣落入渣斗被水冷激冷卻后，通過撈渣機(jī)撈出，送至渣場(chǎng)作為建材使用，撈渣機(jī)1開1備；從二級(jí)氣化爐上部出來的約1 100 ℃的高溫煤氣通過冷激器冷激后，溫度降至約900 ℃，經(jīng)廢熱廢鍋和省煤器冷卻后，溫度降至150 ℃進(jìn)入旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器除塵，然后一部分煤氣進(jìn)入冷激氣風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入冷激器，另一部分進(jìn)入水洗塔，降溫至約40 ℃作為產(chǎn)品煤氣送出界區(qū)；從旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器出來的飛灰經(jīng)倉泵送到原料煤斗，進(jìn)入初級(jí)氣化爐二次氣化；廢熱鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，一部分進(jìn)入透平機(jī)組，驅(qū)動(dòng)冷激氣風(fēng)機(jī)，背壓后的蒸汽作為裝置的自用蒸汽，多余的蒸汽進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)。逆流氣冷激工藝示意圖見圖1。

圖1 逆流氣冷激工藝示意圖

2.1.2 并流水冷激工藝

并流水冷激工藝是指二級(jí)氣化爐采用高溫煤氣煤粉并流氣流床氣化爐，高溫煤氣和熔融的爐渣采用水冷激降溫的工藝。

原料煤經(jīng)皮帶送至破碎機(jī)破碎后，經(jīng)過振動(dòng)篩篩分，將0～6 mm的原料煤通過皮帶輸送到煤斗，然后送到貯煤槽，貯煤槽內(nèi)的原料煤通過螺旋給料機(jī)進(jìn)入初級(jí)氣化爐，與通過噴嘴噴入的氧氣、蒸汽發(fā)生氣化反應(yīng)，煤渣落入爐底，經(jīng)螺旋出渣機(jī)、冷渣機(jī)排出初級(jí)氣化爐；從氣化爐頂部出來的水煤氣以及其中夾帶的煤粉進(jìn)入二級(jí)氣化爐，與從煤氣煤粉氣化劑噴嘴進(jìn)入的氣化劑進(jìn)行高溫熔渣氣化反應(yīng)，反應(yīng)后的高溫煤氣和爐渣從二級(jí)氣化爐的底部排出，經(jīng)過水冷激，煤氣溫度降至900 ℃左右，通過廢熱廢鍋和省煤器冷卻后，溫度降至150 ℃進(jìn)入旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器除塵，進(jìn)入水洗塔降溫至40 ℃左右作為產(chǎn)品煤氣送出界區(qū)；從二級(jí)氣化爐底部排出的熔融爐渣，被水冷激凝固后，從渣斗排出用撈渣機(jī)撈出，排出爐渣作為建材或他用；廢熱鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)。并流水冷激工藝示意圖見圖2。

2.2 性能指標(biāo)

2.2.1 逆流氣冷激工藝

原料：無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦等各種粉煤。

單套規(guī)模：30 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，40 000 m3/h

圖2并流水冷激工藝示意圖

(標(biāo)態(tài))，60 000 m3/h(標(biāo)態(tài))；可按用戶要求設(shè)計(jì)。

裝置占地：25 m×100 m (單套煤氣化裝置，不含煤場(chǎng))。

氣化壓力：0.02 MPa(表壓)，或≤ 4.0 MPa(表壓)。

煤氣組成為φ(CO)(體積分?jǐn)?shù)，下同)：55%～60%，φ(H2)：30%～35%，φ(CO2)：7%～15%，φ(CH4)≤ 0.1%。

碳轉(zhuǎn)化率≥99%。

爐渣：流化床排渣占灰分總量的 15%以下，殘?zhí)?質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)≤1%～10% (與原料煤有關(guān))； 氣流床熔渣占灰分總量的60%～80%，殘?zhí)肌?.1%～0.5%(與原料煤有關(guān))。 飛灰占灰分總量的10%～35%，殘?zhí)肌?%～4%(與原料煤有關(guān))。

消耗指標(biāo)[km3(CO+H2)，標(biāo)態(tài)]:原料煤用量≤520 kg (煙煤，標(biāo)煤)或原料煤用量≤550 kg(褐煤，標(biāo)煤)，用電量≤25 kW·h(電冷激風(fēng)機(jī))或用電量≤5 kW·h(透平冷激風(fēng)機(jī))，氧氣≤310 m3(煙煤，標(biāo)態(tài))或氧氣≤330 m3(褐煤，標(biāo)態(tài))，新鮮水≤0.4 t(褐煤)或新鮮水≤0.6 t(煙煤)，蒸汽(0.5 MPa)≤0.25 t，副產(chǎn)蒸汽(3.82 MPa)為-1.25 t，氣化裝置合計(jì)外送蒸汽為1 t。

2.2.2 并流水冷激工藝

原料：無煙煤、煙煤、褐煤、石油焦等各種粉煤。

單套規(guī)模：30 000m3/h(標(biāo)態(tài))，40 000m3/h(標(biāo)態(tài))，60 000m3/h(標(biāo)態(tài))；可按用戶要求設(shè)計(jì)。

裝置占地：25 m×100 m (單套煤氣化裝置，不含煤場(chǎng))。

氣化壓力：0.02 MPa(表壓)，或≤ 4.0 MPa(表壓)。

煤氣組成為φ(CO)：55%～60%，φ(H2)：30%～35%，φ(CO2)：7%～15%，φ(CH4)≤ 0.1%。

碳轉(zhuǎn)化率≥99%。

爐渣：流化床排渣占灰分總量的15%以下，殘?zhí)肌?%～10% (與原料煤有關(guān))； 氣流床熔渣占灰分總量的60%～80%，殘?zhí)肌?.1%～0.5%(與原料煤有關(guān))； 飛灰占灰分總量的10%～35%，殘?zhí)肌?%～4%(與原料煤有關(guān))。

消耗指標(biāo)[km3(CO+H2)，標(biāo)態(tài)]:原料煤用量≤520 kg (煙煤，標(biāo)煤)或原料煤用量≤550 kg(褐煤，標(biāo)煤)；用電量≤7 kW·h，氧氣≤310 m3(煙煤，標(biāo)態(tài))或氧氣≤330 m3(褐煤，標(biāo)態(tài))，新鮮水≤0.8 t(褐煤)或新鮮水≤1.0 t(煙煤)，蒸汽(0.5 MPa)≤0.25 t，副產(chǎn)蒸汽(3.82 MPa)為-1.0 t，氣化裝置合計(jì)外送蒸汽為0.8 t。

2.3 煤氣成本測(cè)算

2.3.1 測(cè)算基礎(chǔ)

煙煤(23 022 kJ/kg)的價(jià)格：600元/t，褐煤(14 650 kJ/kg)的價(jià)格：250元/t；水蒸氣：150元/t；電價(jià)：0.6元/kW·h；氧氣：0.4元/m3(標(biāo)態(tài))；鍋爐給水：8元/t，冷卻循環(huán)水：2元/t，新鮮水：5元/t； 折舊：10年；維修費(fèi)：3%(投資)；其他制造費(fèi)用：15%(折舊+維修)；人工工資：10萬元/a；氣化島設(shè)計(jì)規(guī)模：60 000 m3/h(標(biāo)態(tài))；空分規(guī)模： 20 000 m3/h(標(biāo)態(tài))；投資：25 000萬元(逆流氣冷激)，20 000萬元(并流水冷激)。

2.3.2 測(cè)算結(jié)果

(1) 逆流氣冷激工藝煤氣(11 302 kJ/ m3，標(biāo)態(tài))成本

煙煤：0.497元/ m3(標(biāo)態(tài))；折算成35 580 kJ/ m3(標(biāo)態(tài))天然氣為1.54元/m3(標(biāo)態(tài))。

褐煤：0.373元/m3(標(biāo)態(tài))； 折算成35 580 kJ/ m3(標(biāo)態(tài))天然氣為1.16元/m3(標(biāo)態(tài))。

(2) 并流水冷激工藝煤氣(11 302 kJ / m3，標(biāo)態(tài))成本

煙煤：0.516元/ m3(標(biāo)態(tài))；折算成35 580 kJ/m3(標(biāo)態(tài))天然氣為1.62元/m3(標(biāo)態(tài))。

褐煤：0.392元/m3(標(biāo)態(tài))；折算成35 580 kJ/m3(標(biāo)態(tài))天然氣為1.23元/m3(標(biāo)態(tài))。

3 氣化原理

復(fù)合粉煤氣化的原理是將原料煤在初級(jí)氣化爐中進(jìn)行部分氣化生產(chǎn)出高溫煤氣煤粉，然后將高溫煤氣煤粉送到二級(jí)氣化爐中先進(jìn)行煤氣燃燒產(chǎn)生2 000 ℃左右的超高溫“熱島”，在“熱島”內(nèi)煤粉和二氧化碳、水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，從而完成粉煤的氣化過程。

3.1 初級(jí)氣化爐氣化原理

初級(jí)氣化爐內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)：

C+O2=CO2+Q

2C+O2=2CO+Q

C+H2O=CO+H2-Q

C+2H2=CH4-Q

CO+H2O=CO2+H2+Q

2H2+O2=2H2O+Q

初級(jí)氣化爐氣化原理是干粉煤的部分氧化氣化。

3.2 二級(jí)氣化爐氣化原理

二級(jí)氣化爐內(nèi)進(jìn)行的主要反應(yīng)：

2CO+O2=2CO2+Q

2H2+O2=2H2O+Q

CH4+O2=CO2+2H2O+Q

C+CO2=2CO-Q

C+H2O=CO+H2-Q

CO+H2O=CO2+H2+Q

二級(jí)氣化爐采用“自熱式”煤氣煤粉氣流床氣化爐，氣化原料是初級(jí)氣化爐所生產(chǎn)的高溫煤氣(CO、H2、CO2、H2O等)和煤粉，氣化劑是新加入的氧氣和水蒸氣。氣化過程是初級(jí)氣化爐送來的900 ℃左右的高溫煤氣和新加入的氧氣進(jìn)行混合燃燒，在二級(jí)氣化爐膛內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)2 000 ℃左右的超高溫“熱島”，在“熱島”內(nèi)煤粉(隨初級(jí)氣化爐煤氣送來的)和二氧化碳、水蒸氣(初級(jí)氣化爐所生產(chǎn)的，煤氣燃燒產(chǎn)生的)進(jìn)行反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，最終完成粉煤氣化過程。只要控制下渣口溫度高于灰熔點(diǎn)(T4)就可保證氣化爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 復(fù)合粉煤氣化試驗(yàn)簡(jiǎn)介

4.1 40 000 m3/h(標(biāo)態(tài))煙煤粉煤氣化試驗(yàn)

40 000 m3/h(標(biāo)態(tài))煙煤粉煤氣化工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目，以山西附近的煙煤粉煤為原料，氣化島設(shè)計(jì)能力40 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，配套的空分由當(dāng)?shù)氐拿駹I(yíng)企業(yè)建設(shè)，最終空分設(shè)計(jì)能力為6 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，為保證裝置運(yùn)行，購買液氧以滿足試驗(yàn)的最低要求。從2013年6月29日成功生產(chǎn)出合成氣至2014年1月25日共進(jìn)行5次試驗(yàn)，累計(jì)運(yùn)行33 d，從生產(chǎn)合格煤氣并入系統(tǒng)到計(jì)劃正常停車，最長(zhǎng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行154 h，因液氧用完，氧氣不足，調(diào)節(jié)困難，計(jì)劃停車。

因空分能力限制、尿素市場(chǎng)價(jià)格太低和工廠需要搬遷等原因，裝置未能完成全部建設(shè)。

試驗(yàn)的主要技術(shù)指標(biāo)如下。

原料煤中全水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.5%；灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.21%；固定碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.07%；低溫發(fā)熱量為23 374 kJ/kg；灰熔點(diǎn)T4(弱還原性氣氛條件下)為1 340～1 500 ℃；煤氣組成為φ(H2)35.2 %，φ(CO)48.9%，φ(CO2)15%，φ(CH4)0.1%，φ(N2)0.8%；爐渣殘?zhí)? 0.3 %(分析值為0)；

[km3(CO+H2)，標(biāo)態(tài)]消耗：煤為0.50～0.54 t( 標(biāo)煤)，蒸汽為-0.7 t，氧化為300 m3(標(biāo)態(tài))，碳轉(zhuǎn)化率為99.1%。

4.2 625 000 m3/h褐煤粉煤氣化試驗(yàn)

625 000 m3/h(標(biāo)態(tài))工業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目，以內(nèi)蒙古霍林河煤礦的褐煤粉煤為主要原料，在原有20 000 m3/h(標(biāo)態(tài))恩德爐的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，由專利商提供技術(shù)條件，工程公司負(fù)責(zé)施工圖設(shè)計(jì)，設(shè)備采購和安裝由業(yè)主自行負(fù)責(zé)。從2015年12月9日成功生產(chǎn)出合成氣至2016年6月2日，合格煤氣并入系統(tǒng)到計(jì)劃正常停車，最長(zhǎng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行192 h，因后續(xù)系統(tǒng)變換能力的限制和低溫省煤器的改造，氣化爐完成各種工況的運(yùn)行試驗(yàn)后按計(jì)劃停車。

初步的試驗(yàn)結(jié)果如下。

(1) 典型的煤分析數(shù)據(jù)

全水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.62%，灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.79%，固定碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.52%；低溫發(fā)熱量為855.5 kJ/kg。

T1， T2，T3，T4的灰熔點(diǎn)分別為1 093，1 361，1 389，1 427℃。

溫度為750，800，850，900，950，1 000，1 050℃時(shí)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)活性分別為0，8.6%，25.7%，46%，72.7%， 90.1%，10%。

(2) 煤氣組分

φ(H2)：30%～35%，φ(CO)：40.0%～44.5%，φ(CO2)：19.6%～21.0 %，φ(CH4)：0.1%，φ(N2)：2.6%～4.0%。

(3) 灰渣殘?zhí)?/p>

飛灰/爐渣< 0.5； 飛灰殘?zhí)紴?0.87%；初級(jí)氣化爐下渣：基本上不排。 二級(jí)氣化爐渣：玻璃體未做殘?zhí)挤治觥?/p>

(4) 1 km3(CO+H2) (標(biāo)態(tài))消耗

原料煤：570 kg(標(biāo)煤)；蒸汽：-1 000 kg；氧氣: 340 m3(標(biāo)態(tài))。

(5) 水洗塔排水指標(biāo)

pH：7.74～7.92；NH3-N 增加值：53.93 mg/L(為1#恩德爐的30 %左右); 洗滌塔水中懸浮物增加值：16 mg/L(為1#恩德爐的0.1%左右)。

原料煤粒徑設(shè)計(jì)值為0～6 mm，實(shí)際為0～12 mm，大于10 mm入爐煤近20%(1#、2#恩德爐運(yùn)行粒徑要求和現(xiàn)場(chǎng)位置限制， 3#爐暫時(shí)沒有上破碎篩分設(shè)備)，由于氧氣采用了PSA制氧，氧氣體積分?jǐn)?shù)只有97%，造成氮?dú)夂科摺⒂行夂科?，消耗偏高。粒徑指?biāo)和氧氣純度達(dá)到設(shè)計(jì)要求以后，預(yù)計(jì)消耗指標(biāo)還能下降10%左右，有效氣能夠達(dá)到85%～90%。

5 復(fù)合粉煤氣化特點(diǎn)

5.1 煤種適應(yīng)性強(qiáng)

對(duì)原料煤的粒徑無要求；水含量(褐煤≤25%，其他煤≤15%)不需要干燥；對(duì)煤的活性指標(biāo)、灰熔點(diǎn)、研磨性、成漿性、熱穩(wěn)定性、揮發(fā)分、硫含量等無特殊要求，熱值在12 558 kJ/kg以上的煤種幾乎可全部氣化。

5.2 環(huán)保

粗合成氣不含有機(jī)物，凈化不產(chǎn)生含酚廢水，渣水不含有機(jī)物，能循環(huán)使用，爐渣和飛灰含碳量很低，可用于建材行業(yè)。80%左右的灰分從二級(jí)氣化爐熔融排出，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.2%，實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果接近零；飛灰量非常少，占總灰分的10%～30%，煙煤飛灰殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)小于4%，褐煤飛灰殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，可以直接作為建材或水泥原料使用；初級(jí)氣化爐排灰占總灰分的10%～20%，不同的煤種產(chǎn)生的爐渣含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，大多數(shù)煤種排灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%，可以直接作為建材使用，高于5%的爐渣摻入原料再次使用，無廢氣、廢水排出。

5.3 節(jié)能

煤利用率高，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上，每1 000 m3(標(biāo)態(tài))有效氣標(biāo)煤消耗約在500 kg；每1 000 m3(標(biāo)態(tài))有效氣的氧氣消耗305～330 m3(標(biāo)態(tài))；熱利用率為96%～98%。

5.4 操作安全、方便、可靠

操作系統(tǒng)采用低壓，且系統(tǒng)中設(shè)多處水封，既可以解決系統(tǒng)密封問題，又可以兼作安全設(shè)施使用，加壓系統(tǒng)工藝流程、主要設(shè)備及其操作條件均優(yōu)于現(xiàn)有的加壓煤氣化系統(tǒng)，操作非常安全。

氣化爐進(jìn)煤通過變頻器調(diào)節(jié)控制進(jìn)煤量，系統(tǒng)負(fù)荷通過調(diào)節(jié)氣化劑量和進(jìn)煤量控制生產(chǎn)負(fù)荷、調(diào)節(jié)氣化爐各段爐溫和氣體組成，排渣采用熔融爐渣在重力作用下自然流入水中冷激凝固，用撈渣機(jī)撈出，生產(chǎn)操作十分方便。

常壓氣化和其他加壓粉煤氣化技術(shù)相比，沒有各種要求高的原料煤、渣鎖，特別是沒有耐高溫和耐磨損的特殊材料的渣閥，運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備少、控制簡(jiǎn)單。進(jìn)煤系統(tǒng)無復(fù)雜的煤干燥、粉碎、除塵等操作，輸煤系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單，排渣系統(tǒng)減少了技術(shù)和材料要求高的渣斗，無耐高溫、耐磨損又易損壞和價(jià)格昂貴的煤燒嘴，大大降低了投資，提高了系統(tǒng)的可靠性，因而運(yùn)行周期長(zhǎng)、可靠性高。

并流水冷激工藝二級(jí)氣化爐采用煤氣煤粉并流氣流床氣化爐，煤氣和爐渣采用水冷激，無激冷氣風(fēng)機(jī)，裝置運(yùn)行更加可靠。

5.5 投資少、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)

一套產(chǎn)氣量為30 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的常壓氣化裝置，總投資(不含空分)12 000～15 000萬元；一套產(chǎn)氣量為60 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的常壓氣化裝置，總投資(不含空分)20 000～25 000萬元。由于采用低壓高溫氣化、無復(fù)雜的原料煤預(yù)處理系統(tǒng)和爐渣、渣水處理系統(tǒng)，粗煤氣消耗指標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于先進(jìn)的粉煤氣化裝置。單位有效氣投資較低，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較好。

6 應(yīng)用

6.1 城市采暖的技術(shù)改造

目前為解決大氣污染問題，城市廣泛采取“煤改氣工程”，由于天然氣價(jià)高量少，采暖成本居高不下，我國(guó)天然氣緊張已經(jīng)嚴(yán)重影響居民的生活。

復(fù)合粉煤氣化緩解天然氣緊張最簡(jiǎn)單的方法就是將復(fù)合粉煤氣化生產(chǎn)的清潔煤氣直接送到鍋爐作為燃料替代天然氣，或替代工業(yè)燃?xì)庥玫奶烊粴?。?fù)合粉煤氣化生產(chǎn)同熱值的煤氣成本大大低于煤制天然氣和進(jìn)口天然氣。以600元/t的23 022 kJ/kg的煙煤為原料生產(chǎn)的11 302 kJ/ m3(標(biāo)態(tài))的煤氣成本約為0.48元/m3(標(biāo)態(tài))，折算成35 580 kJ/ m3(標(biāo)態(tài))的天然氣成本約為1.48元/ m3(標(biāo)態(tài))；以250元/t的14 650kJ/kg(標(biāo)態(tài))的褐煤為原料生產(chǎn)的煤氣成本約為0.35元/ m3(標(biāo)態(tài))，折算同熱值的天然氣成本約為1.10元/ m3(標(biāo)態(tài))。從經(jīng)濟(jì)角度看，復(fù)合粉煤氣化生產(chǎn)清潔煤氣替代天然氣完全可行。

建設(shè)一套生產(chǎn)能力為65 000 m3/h(標(biāo)態(tài))[配套建設(shè)20 000 m3/h(標(biāo)態(tài))的空分]低壓復(fù)合粉煤氣化裝置生產(chǎn)的煤氣，裝置投資(含空分)3.5億元左右，可以替代20 000 m3/h(標(biāo)態(tài))天然氣，與天然氣同熱值的煤氣成本在1.5元/ m3左右，每個(gè)采暖季按100 d計(jì)算，可替代0.48億m3的天然氣。

如果在全國(guó)200個(gè)左右的城市建設(shè)500套復(fù)合粉煤氣化裝置，總投資1 750億元左右，每個(gè)采暖季節(jié)可替代240億m3的天然氣。如果按現(xiàn)有天然氣價(jià)格2.0元/ m3(標(biāo)態(tài))計(jì)算，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益120億元。如果用于替代工業(yè)用的天然氣，每年按330 d生產(chǎn)計(jì)算，全年可替代工業(yè)用天然氣792億m3，經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)396億元。

因此，用復(fù)合粉煤氣化替代天然氣可以大大緩解我國(guó)天然氣緊張的局面，并節(jié)省購買進(jìn)口天然氣所需的大量外匯，還可以進(jìn)一步降低用氣企業(yè)的成本，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

6.2 采用流化床氣化工藝的合成氨或甲醇改造

在循環(huán)流化床氣化的基礎(chǔ)上新增加一臺(tái)煤氣煤粉氣流床氣化爐及廢熱鍋爐，改造后的工藝流程見圖3。

圖3改造后的工藝流程

在不增加原料消耗的前提下，將流化床氣化爐排出飛灰中的碳進(jìn)行氣化，增加有效氣10%～20%、副產(chǎn)蒸汽 40%～50%，煤氣成本下降15%～25%。

6.3 以塊煤為原料，采用UGI氣化的合成氨或甲醇改造

改造方案將原來的造氣廢棄，采用煙煤或褐煤粉煤為原料，新建一套或二套復(fù)合粉煤氣化裝置，變換及脫碳作相應(yīng)改造。

7 結(jié)語

復(fù)合粉煤氣化是一種不需要干燥磨煤、無廢氣粉塵排放、不產(chǎn)生黑色廢水、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、冷煤氣效率高、成本低、環(huán)保性能好，還可以處理部分工業(yè)廢渣和廢水，安全可靠的新一代干粉煤氣化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于煤化工、煤制天然氣、IGCC發(fā)電等新建的粉煤氣化裝置以及冶金、建材、化纖、城市熱電采暖等替代天燃?xì)夂同F(xiàn)有的流化床粉煤氣化爐、固定床煤氣化爐、焦?fàn)t氣等的環(huán)保、增產(chǎn)節(jié)能技術(shù)改造。復(fù)合粉煤氣化技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)的煤炭清潔利用技術(shù)和煤化工事業(yè)的健康發(fā)展。