流化床气化技术在我国的应用现状及发展前景

褚晓亮，苗阳，付玉玲，张玉斌，苗雨旺

（1.烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台264006；2.阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司，山东淄博255400）

流化床气化技术在我国的应用现状及发展前景

褚晓亮1，苗阳2，付玉玲1，张玉斌1，苗雨旺1

（1.烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台264006；2.阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司，山东淄博255400）

从1954年第一台工业流化床投产以来，循环流化床得到了广泛的应用和快速的发展。近年来，使用循环流化床做气化炉的工艺得到了迅速发展，使燃烧效率、碳转换率等得到了较明显的提高。综述了现行的几大流化床气化技术，分析其各自的特点，对各炉型的操作条件和产业化应用情况等加以说明。最后，对流化床气化炉以后的发展提出了相关建议。

煤气化技术；流化床气化；产业化

煤气化技术是于二十世纪20年代出现的煤清洁利用技术，通过煤气化将低品位的煤转变为高品位的煤气、焦油及焦炭等，不仅提高了能源的利用率，同时减少了煤炭对环境的污染，具有广大的应用前景和发展空间。

二十世纪70年代全球出现石油危机后，人们开始探索“煤代油”技术，又促进了煤气化新技术开发工作的进程，气化炉的操作压力和温度以及单炉生产能力等大大提高，煤气化技术的应用范围也越来越广。

1 流化床气化概述

煤气化的类型是由煤气化的炉型决定的，不同的炉型决定了煤气化时煤粉在气化炉中的运行状态，并因不同的气化炉产生不同的气化效果。

由于流化床气化炉结构简单、操作温度适中、操作方便、处理能力高、产品气不含焦油等物质、适用煤种广、可直接利用煤矿生产的10cm以下碎煤等优点[1]，受到世界各国的重视，并得到迅速发展。但是，由于流化床气化炉存在稀相段，所以该工艺的气化强度不高。而且，碳转化率比固定床和气流床气化炉低。

2 流化床的炉型

按照流化床操作温度、操作压力和排渣方式等的不同，流化床可分为：加压灰熔聚流化床粉煤气化炉（U-Gas炉）、恩德粉煤气化炉[2]（温克勒沸腾层煤气化炉）、HTW炉（高温温克勒炉）、循环流化床气化炉等。

2.1 加压灰熔聚流化床粉煤气化炉（U-Gas炉）

U～Gas气化炉可使用各种原料煤生产煤气，并且能把低煤焦含量的灰从气化炉底部分离出来。操作温度在1020～1050℃左右，可使用空气作为气化剂，碳转化率为87%，有效气体（CO+H2）含量为65%～66%，处理能力将可达到600t·d-1，单台炉可配套12万t甲醇（或氦）·a-1系统。对我国的粉煤气化工艺，特别是高硫、高灰、高灰熔点煤的洁净化开发利用和我国煤化工的发展产生重要的影响。

但该工艺气体带出物太多（200g·Nm-2），气化炉内流化床床层高度起伏大，造成气化炉震动，进而引起整个钢结构框架的震动；此外，气化炉内壁的耐火砖受流化了的粉煤冲刷，损坏严重，还不能长周期稳定运行。所以，该工艺还在进一步的改进中。

在实际应用方面，石家庄金石化肥集团建有一台内径2～4m、操作压力0.6MPa的加压灰融聚气化炉。2009年，晋煤集团使用6台灰熔聚气化炉日处理晋城无烟煤1600t，成功实现全流程贯通甲醇生产，甲醇产量达到300kt·a-1。同时实现了无烟煤的连续稳定气化。

2.2 恩德粉煤气化炉（温克勒沸腾层煤气化炉）[2]

恩德粉煤气化技术是我国从朝鲜引进的一种气化技术，该技术是通过流化床反应器提供反应场所，气化剂与粉煤在高温状态下反应生成水煤气的煤炭气化技术。其反应流程如下：出自气化炉的煤气进入旋风分离器，由此分离的煤尘又回流到气化炉内，煤气进入废热锅炉进一步除尘、热量回收和冷却后外供。恩德炉适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤属不粘结或弱粘结性、灰分小于25%～30%，灰熔点高（大于1250℃）、低温化学活性好（在950℃时，应＞85%；1 000℃时，应＞95%）。该工艺以100 kg煤为基准，对气化部分进行物料和能量衡算，碳转化率89.9%，热效率84%。

表1 不同流化床气化工艺对比Tab.1Different fluidized bed gasification processes

目前，黑化集团、吉林长山化肥厂、呼伦贝尔东能公司等均采用恩德炉气化褐煤用以生产甲醇，生产能力在200kt·a-1甲醇左右。

2.3HTW炉（高温温克勒炉）

HTW气化法通过提高操作压力和气化温度、增加流化床带出细粉循环入炉系统等措施，大大提高了气化炉的气化强度和碳转化率。同时最高气化温度也升至1100℃左右，燃料的使用范围大大扩大。据目前运行的HTW炉的数据显示，其操作压力为1.0MPa，生产能力为720t·d-1。为应用于IGCC，可进一步提高操作压力至2.5MPa以上。在此操作条件下，采用直径3.7m的气化炉，褐煤处理能力可达160t·h-1，能满足36.7wkW的发电装置。

2.4 循环流化床气化炉

在所有的气化炉中，循环流化床气化炉凭借其独特的特点占有举足轻重的地位。循环流化床气化炉对燃料适应性强，可烧劣质煤、煤碱石；燃烧效率高，可达95%～99%；负荷适应性好，可在30%～100%额定负荷内稳定调节。但是，由于循环细粉碳含量高，半焦的气化速率较燃烧速率低上千倍，循环倍率也高，因此，此过程要求更高效的粉尘分离系统。

3 流化床炉型对比

从气化温度、气化压力、气化炉特点、设备国产化程度等方面对上述流化床气化工艺进行比较（见附表1）。

4 结论

流化床气化技术在我国属于新型气化工艺，正处于起步阶段，距离广泛普及还有很长的一段路。针对气化炉的具体实际应用，气化炉向着高温、高压、高生产能力的方向发展。在应用方面，流化床气化炉工艺将根据其产气的实际应用情况而发展为具体的类型，其具体发展有待观察。

［1］李伟锋.多喷嘴对置式煤气化技术［J］.氮肥技术，2008，29（6）: 1-5.

［2］李飞，张增利.非熔渣-熔渣分级气化技术简介（清华炉）［J］.化工催化剂及甲醇技术，2011，（6）:22-23.

［3］黄国彬.两段式煤气发生炉与单段式煤气发生炉之比较［J］.广东建材-工艺与设备，2009，（11）:80-82.

Present situation and development of fluidized-bed gasification technology in China

CHU Xiao-liang1，MIAO Yang2，FU Yu-ling1，ZHANG Yu-bin1，MIAO Yu-wang1
（1.Yantai Longyuan Power Technology Co.,Ltd,Yantai 264006，China;2.Yangmei Group Zibo Qilu First Fertilizer Co.,Ltd., Zibo 255400，China）

From the first industrial fluidized bed has been put into operation in 1954,the circulating fluidized bed had a wide range of applications and rapid development.In recent years,the use of a circulating fluidized bed gasifies technology has been developing rapidly,the combustion efficiency,carbon conversion rate has been significantly improved.Review several fluidized bed gasification technologies,analyzes its characteristics and the operation of the conditions,etc.Finally,the airflow bed later development puts forward related Suggestions.

gasification technology；air-bed gasification；industry

TQ546

A

1002-1124（2014）01-0050-03

2013-09-04

褚晓亮（1986-），男，山东淄博人，工程师，2012年毕业于浙江大学能源系，研究生，现从事煤气化研究工作。