两段式干煤粉加压气化技术研究及工程化应用.pdf

两段式干煤粉加压气化技术研究及其工程化应用 (Thermal Power Research Institute, Xi’an 710032, China) 摘 要：大型煤气化技术是煤气化联合循环发电及多联产系统的核心技术。西安热工研究院 经过近十年的努力，开发出了具有自主知识产权的两段式干煤粉加压气流床气化技术，并进 行了试验研究，结果表明两段式干煤粉加压气化工艺具有冷煤气效率高、比氧耗小、自耗功 大幅度降低、煤气冷却器及净化系统的设备尺寸小、造价降低等优点。在完成中试试验的基 础上，目前该技术已经进入工业化发展阶段，主要应用于清洁煤发电和煤化工领域。与目前 国内外已经工程化的几种煤气化技术相比较，两段式干煤粉加压气化技术在工程造价、系统 经济性等方面都有比较明显的优势。 关键词：气化炉；干煤粉气化；工程应用 1. 引言 中国是一个能源大国，但又是一个人均能源资源占有量的贫国。一次能源结构中 75 ％ 以上是煤。预计到本世纪中叶，甚至到本世纪末，中国以煤为主的能源结构将不会改变。煤 的高效、清洁利用，是中国经济和社会可持续发展的战略选择，是保证中国能源稳定可靠供 应以及可持续发展的重要科技基础。这也充分表明了中国发展洁净煤技术的重要性和紧迫 性。为了满足未来经济、社会和环境协调发展对能源的需求，煤炭的洁净利用必须以科学的 发展观，依靠科技进步，走出一条兼顾高效、环保和经济的煤炭利用的新型工业化道路，发 展基于煤气化的煤基能源及化工系统是在可预见范围内最有效的技术途径，已成为能源领域 科技界和企业界的共识。 煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、联合循环发电、多联产系统、制氢、燃 料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术，对中国经济和保 障国家安全具有重要的战略意义。长期的生产实践表明，在将煤炭转变成更便利的能源和产 品形式的各种技术中，煤气化是最应优先考虑的一种加工方法。城市煤气、化工合成用原料 气、先进的联合循环发电用燃气和综合利用系统是煤气化发展和应用的主要方向。 西安热工研究院自 1994 年就已开始了干煤粉气流床气化技术的研究，开发出了一种新 型的两段式加压气流床气化炉。1997 年建成一台 0.7 t/d 的试验装置，并完成了 14 种中国典 型动力煤种的加压气化试验研究。2004 年建成了处理煤量为 36～40 t/d （10 MWth）的中试 1 装置，完成了多种煤粉的气化试验。目前该技术已经进入工程放大阶段，计划首先建设日气 化原煤 2000 吨级的“绿色煤电”煤气化发电示范装置，预计 2009 年投运。另外，在化工行 业中，已与内蒙世林化工有限公司签订技术转让合同，目前已进入施工设计阶段。 2. 两段式干煤粉加压气化技术的原理和工艺特点 2.1 两段式气化炉结构 现有干法进料气流床气化技术中，荷兰 Shell 和德国 Prenflo 气化炉均为以干煤粉形式进 料的气化装置，但它们只有一级气化反应，为了让高温煤气中的熔融态灰渣凝固以免使煤气 冷却器堵塞，不得不采用后续工艺中大量的冷煤气对高温煤气进行急冷，方可使高温煤气由 1400℃冷却到 900℃，其热量损失很大，气化炉的碳转化率，冷煤气效率和总热效率等指标 均比较低，并且由于煤气流量较大，造成煤气冷却器、除尘和水洗涤装置的尺寸过大。为了 解决这一问题，西安热工研究院开发出了一种新型的两段式干煤粉加压气流床气化炉。如图 1 所示。 图 1 两段式气化炉结构示意 该气化炉的外壳为一直立圆筒，炉膛采用水冷壁结构，炉膛分为上炉膛和下炉膛两段， 下炉膛是第一反应区，用于输入煤粉、水蒸气和氧气的喷嘴设在下炉膛的两侧壁上。渣口设 在下炉膛底部高温段，采用液态排渣。上炉膛为第二反应区，其内径较下炉膛的内径小，高 度较长，在上炉膛的侧壁上开有两个对称的二次粉煤和水蒸汽进口。运行时，由气化炉下段 喷入干煤粉，氧气（纯氧或富氧）以及蒸汽，所喷入的煤粉量占总煤量的 80～85 ％，在上 炉膛进口处喷入过热蒸汽和粉煤，所喷入量占总煤量的 15～20 ％。该装置中上段炉的作用 主要有二：其一是代替循环合成气使温度高达 1400℃的煤气急冷至约 900℃，其二则是利用