灰熔聚流化床粉煤气化技术原理

 

    摘要：煤气化是将固态煤转化为气态燃料或化工合成原料（CO+H2）的过程，由于煤炭的储量丰富，

特别是我国等一些国家富煤少油贫气，煤气化技术就变的更加重要。

 

    一、灰熔聚流化床粉煤气化技术的开发历程 

    针对我国能源以煤为主、煤种多、烟煤多、粉煤多、煤灰份高、灰熔点高的特点,国家从“六五”计划开始投入

大量人力、物力，研制开发先进煤气化技术（包括固定床、流化床、气流床）。中科院山西煤化所积极地进行

了灰熔聚流化床粉煤气化技术的研发。

 

    八十年代，在中国科学院（重点科技攻关项目专项）、国家科委(75-10-05)攻关计划支持下，在原有煤气

化和流化床技术的基础上，先后建立了

φ300mm（1 吨煤/天）气化试验装置、φ1000mm 冷态试验装置 、

φ1000mm（0.1～0.5 MPa ，24 吨煤/天）中间试验装置、φ145mm 实验室煤种评价试验装置。在理论研究、冷

态模试、实验室小试和中试试验基础上，系统地研究了灰熔聚流化床粉煤气化过程中的理论和工程放大特

性；通过对气化过程中煤化学、灰化学与气固流体力学的研究，研制了特殊结构的射流分布器，创造性地

解决了强烈混合状态下煤灰团聚物与半焦选择性分离等重大技术难题；设计了独特的

“飞灰”可控循环新工

艺，实现了多种煤的高效流化床气化。通过对工艺过程的系统集成和优化，在大量的实验验证基础上，取

得了完整的工业放大数据和丰富的运行经验，成功开发了灰熔聚流化床粉煤气化技术。

 

    九十年代，在中国科学院（重点科研项目）、国家计委(85-207)攻关计划支持下，建立了 φ200mm（1.0～

1.5MPa）加压试验装置和 φ2400mm 常压工业示范装置。氧/蒸汽鼓风制化工合成气的中试研究，为工业示

范装置提供了准确的工程设计方法和依据；

2001 年单炉配套 2 万吨合成氨/年规模工业示范装置成功运行，

实现了该技术的工业化应用，为我国中小化肥厂改变原料路线提供了具有自主知识产权的先进煤气化技术，

现已能设计单台处理量

100~300 吨煤/日的气化炉(0.03～0.5MPa，φ2.4 米，配套 2～6 万吨合成氨/年)。加压

试验研究获得了煤在灰熔聚流化床中的加压气化特性，为大型化工程开发奠定了坚实的基础，预计加压

（

1.0～2.5MPa）后单台气化炉（φ2400mm）处理量可达 500~1000 吨煤/日，将达到国际先进水平，可用

于大型化工合成和先进煤基发电系统。

 

    近年来，与企业结合进行了大量的煤种试验研究，试验煤样从褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦，灰含量 1%

～

37.88%，灰熔点 1160

℃～1500℃以上，挥发份 6.15%～32.15%，热值 15.24～36.15MJ/kg，焦渣特性 2

～

6，取得了不同煤种的气化特性和操作特性以及煤质对气化技术经济指标的影响规律，大大拓宽了煤种

适用范围。尤其是无烟煤、石油焦气化试验取得了突破性的进展，表明灰熔聚流化床粉煤气化技术以低活性

煤种为原料时，也能够达到合理的气化指标。

 

    二、灰熔聚流化床粉煤气化技术的基本原理及工艺特点 

    灰熔聚流化床粉煤气化以碎煤为原料(＜6～

8mm)，以空气或富氧或氧气为氧化剂，水蒸气或二氧化碳

为气化剂

,在适当的煤粒度和气速下，使床层中粉煤沸腾，床中物料强烈返混，气固两相充分混合，温度

到处均一，在部分燃烧产生的高温（

950～1100

℃）下进行煤的气化。煤在床内一次实现破粘、脱挥发份、气

化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解等过程。

 

    

 

流 化床反应器的混合特性有利于传热、传质及粉状原料的使用，但当应用于煤的气化过程时，受煤的气

 

化反应速率和宽筛分物料气固流态化特性等因素影响，炉内的强 烈混合状态导致了炉顶带出飞灰（上

吐）和炉底排渣（下泻）中的碳损失较高的缺点。常规流化床为降低排渣的碳含量，必须保持床层物料的

 

低碳灰比；而在这种高 灰床料工况下，为维持稳定的不结渣操作，不得不采用较低的操作温度

(＜

950

℃)，这又决定了传统流化床气化炉只适用于高活性的褐煤或次烟煤。灰熔聚流化床粉煤气化工艺根据

射流原理，设计了独特的气体分布器和灰团聚分离装置，中心射流形成床内局部高温区（

1200～

1300

℃），促使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下连续有选择地排

出低碳含量的灰渣，提高了床内碳含量和操作温度（达

1100

℃）,从而使其适用煤种拓宽到低活性的烟煤