新型粉煤气化炉的研究与探索

唐 勇

(贵州盘江投资控股〔集团〕有限公司 贵州贵阳 550081)

新型粉煤气化炉的研究与探索

唐 勇

(贵州盘江投资控股〔集团〕有限公司 贵州贵阳 550081)

介绍了现有煤气化炉的运行情况、存在的问题及攻关难点。针对现有煤气化炉存在的不足，提出了研发新型气化炉的设计构想，以达到气化炉开停车操作方便、安全，运行成本低，节能环保的目的。

气化炉；新型；节能；环保

经过10年的发展，曾经的煤化工热潮现已经冷落，尤其是原油价格的大幅跌落，更使煤化工产业受到严重打击。发展煤化工产业最关键的设备是气化炉，需能满足后续产品大型化、规模化生产的要求。现针对气化炉进行研究及探索，以缓解我国对国外大型煤气化炉的依赖程度，同时解决进口设备、技术水土不服的问题，实现设备国产化并降低投资。

1 主要气化炉情况

按固体与气体接触的方式区分，煤气化炉可分为固定床、流化床、气流床和熔融床，其中熔融床技术还没有实际应用开发，气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。因此，本文主要介绍具有代表性的德士古气化炉、壳牌气化炉、GSP炉等大型气化炉[1]。

1.1 德士古气化炉

德士古气化炉为湿法进料的气流床气化炉。国内最早引进德士古气化炉的是山东鲁南化肥厂，投运的装置有山东鲁南、上海焦化、陕西渭化、安徽淮化、金陵石化、南化公司等近3 0台(套)装置，其中一些装置已有10年以上的运行经验，运行状况良好，代表了水煤浆气化技术的先进性。但德士古气化炉对煤质限制比较严格，如煤的成浆性、灰分含量等，且存在耐火砖成本高、使用寿命短、烧嘴易磨损等问题。

1.2 壳牌气化炉

壳牌气化炉属于干粉煤气流床气化炉，可气化不同种类的煤，包括劣质的次烟煤和褐煤以及生物燃料和废弃物等。壳牌气化工艺于1972年开始研究，1978年在德国汉堡建成中试装置，1987年在美国建成日投煤量250～400 t的示范装置；1996年在荷兰建成大型IGCC装置，气化炉为单系统操作，日处理煤量2 000 t[2]。从2006年开始，国内先后有湖北双环、岳阳洞氮、广西柳州、贵州天福等10余家企业引进该技术，已建成或在建的气化炉超过20台。

1.3 GSP炉

GSP炉发展于1979年，前民主德国燃料研究所建设了1套热负荷为3 MW的煤气化中试装置，气化炉内有耐火材料衬里。GSP气化炉早期只有6年气化褐煤的业绩，没有气化高灰分、高灰熔点煤的业绩，商业化运行的装置较少，国外有加拿大能源公司及美国安全能源公司合成天然气项目，单炉日投煤量为2 000 t；国内有神华宁煤甲醇制烯烃项目和山西兰花氨醇项目，单炉日投煤量2 000 t，以无烟煤为原料。

1.4 气化炉存在的问题或缺陷

壳牌等干粉煤气化炉整个系统流程长，设备结构复杂，N2(或CO2)消耗量大；须配套超高压氮压机、高压氮压机、低压氮压机及激冷气压缩机，导致投资大、能耗高；煤的干燥、磨粉及中压过热蒸汽等所增加的煤耗、动力能耗，提高了生产成本；存在炉内挂渣不均、积灰(炉顶输气管换热器和废热锅炉)、飞灰过滤器除尘效率不高、激冷气压缩机故障等问题，易造成工艺管线堵塞或磨穿；气化炉的点火烧嘴或喷嘴易损坏。

德士古水煤桨气化炉烧嘴使用寿命较短，一般使用2个月后需停车检查、维修或更换喷嘴头部，影响气化炉的稳定性、安全性，使气化炉难以达到“安、稳、长、满、优”运行。

另外，气化炉开车及升温过程中需消耗大量的天然气或柴油等燃料，将产生大量的废气，既不环保又浪费资源；生产过程中需消耗燃料或合成气，以维持气化炉的正常运转。

2 国内气化炉的发展

在引进国外气化炉的基础上不断消化吸收，国内出现了许多气化炉，具有代表性的主要有两段式粉煤气化炉、清华炉、航天炉等，实现了日气化原煤千吨级的规模，正进行千吨以上规模的气化炉建设及工业示范。

国内气化炉都借鉴了国外气化炉的设计原理及理念，均采用中高压气化方式以提高处理煤量，但同时也提高了设备的加工难度，制造成本成倍提高。

3 新型气化炉的设计构想

新型气化炉从设计方面应打破现有模式，以克服现行气化炉存在的问题及难点，从设备制造的难易度、成本高低以及设备的操作性、环保及物耗方面着手，以达到降低设备投资、便于开停车、运行安全、节约物料的目的。

3.1 设计压力

新型气化炉采用常压式设计，可大幅降低设备的制造难度和成本。气化反应是体积增大的反应，反应速率随着压力的增大而减缓。新型气化炉不采用中高压方式，有利于固态粉煤的气化，可提高反应速率。

3.2 点火方式

目前，气化炉主要以天然气、柴油等燃料进行点火和升温，操作过程中点火烧嘴很容易损坏，且需消耗大量的燃料并产生大量的工业废气。以日处理原煤2 000 t的单台GSP炉为例，天然气为点火开车的燃料，气化炉系统升温达到热备状态约需24 h以上，每小时消耗天然气约1 220 m3。河南龙宇煤化工有限公司壳牌气化炉仅开、停车就需220万元。

新型气化炉采用先进的技术进行点火和升温，操作方便、安全，且不消耗燃料，也不产生工业废气，节能又环保，不仅节约了资源，而且降低了开车成本。

3.3 进料与排气方式

新型气化炉采用炉顶进料，进入气化炉的煤与氧化剂等充分混合后，依靠重力从上往下依次经过预热区、反应区、排渣区，完成气化过程。反应产生的气体从气化炉的中下部排出进入废热锅炉回收利用热量，渣落入炉底激冷池中并经捞渣机排出。新型气化炉能有效减少飞灰及粉煤进入废热锅炉的量，减轻对管道的磨损，且不存在返回的激冷气，工艺流程短，有效减少了高压设备，大大降低了系统建设投资。

3.4 粉煤喷嘴

新型气化炉高温反应区在炉体中部，炉顶温度较低，且热量大部分被煤带走(预热)，粉煤喷嘴的温度被有效降低，不易损坏。取消开工烧嘴和工艺烧嘴，采用先进、可靠、低成本的燃烧方式，确保煤气化所需的温度，大大降低了设备投资和开车成本。

3.5 新型气化炉的优势及进展

新型气化炉易制造，开停车方便、安全，建设投资低，同等规模气化炉建设成本仅为壳牌、GSP等炉的20%左右；气化温度高，理论值可达4 000 ℃左右，适应煤种广泛。目前，新型气化炉项目研究正进入中试阶段。

4 结语

新型气化炉在节能环保方面优于现有的各种气化炉，可以达到节能环保、低成本运行的目的。我国拥有丰富的煤炭资源，其中高灰分、高硫、高灰熔点的煤储量巨大，新型气化炉的研发有利于提高资源的利用率[3]。

[1] 郭文元.大型干煤粉气化炉的技术特点[J].石油化工设备技术，2005(5)：19- 21.

[2] 唐宏青.现代煤化工新技术[M].北京：化学工业出版社,2009.

[3] 唐勇.发展煤炭循环经济提高资源综合利用度[J].煤炭技术，2006(9)：1- 2.

Study and Exploration of New Coal Gasifier

TANG Yong

(Guizhou Panjiang Investment Holding 〔Group〕 Co., Ltd., Guiyang 550081, China)

The operation conditions of present coal gasifier, existing problems and difficulties to be tackled are introduced.In connection with shortcomings of current coal gasifier, design ideas of developing new gasifier are proposed, with the goal of easy operation of startup and shutdown of gasifier, safety, low operation cost, energy saving and environmental protection.

gasifier; new type; energy saving; environmental protection

唐勇(1979—)，高级工程师，经济师，从事煤化工技术管理及项目前期咨询工作；tangyongtang2005@126.com

TQ545

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1006- 7779(2017)01- 0053- 02

2015- 07- 24)