灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气方案研究

毕可军

（陕西华祥能源科技集团有限公司，陕西西安 710075）

工业燃气是相对于民用和商业用气而言的，一般是指工业上作为燃料用的气体。工业燃气广泛应用到冶金、机械制造、玻璃陶瓷等行业，然而对于没有副产煤气或副产煤气不足的企业，有目的地自建工业燃气制备装置是非常必要的。

我国石油资源短缺，但煤炭资源丰富，煤炭气化是制备工业燃气的一个主要方向。因此，应加快发展适合我国工业燃气制备项目的煤气化技术。其中，灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气技术可采用廉价的粉煤进行气化，在原料成本及适中的规模等方面具有一定的技术优势。

1 常用的工业燃气制备方法

目前，常用的工业燃气制备方法有以下。

（1）以煤或焦等固体物料采用气化工艺制备工业燃气。

（2）以煤或焦等固体物料采用热解工艺制备工业燃气。

（3）重油蓄热热裂解和蓄热催化裂解制备工业燃气。

工业燃气制备方法的选择，应视企业可利用的资源而定。灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气方案，采用粉煤（粉焦）进行气化，尤其可采用劣质的粉煤，使工业燃气的生产成本显著下降。

2 灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气工艺

2.1 灰融聚流化床粉煤气化工艺

灰融聚流化床粉煤气化工艺流程如图1 所示。主要包括进煤、气化、除尘、煤气冷却系统、中／深度除尘等系统。

（1）进煤系统

由备煤系统送入的粒径为0～8mm 的原料粉煤（含水量控制在5%以下）依次进入煤斗、煤锁、给煤斗，由螺旋给料机控制加煤量，用氮气或二氧化碳吹送粉煤进入气化炉下部。

图1 灰融聚流化床粉煤气化工艺流程图

（2）气化系统

粉煤在气化炉中主要经过煤的干燥脱水、脱挥发分、煤的气化、灰渣熔聚、从床内分离出灰渣等五个过程。由分布板进入蒸汽和氧气，主要使床料流化起来；由中心管进入蒸汽和氧气，在喷口附近形成一个射流高温燃烧区，使灰渣团聚成球；由环管进入蒸汽和氧气，在一定的气速下，使灰团与半焦分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。粉煤在气化炉中与气化剂氧气－蒸汽进行反应，生成CO、H2、CH4、CO2、H2S等气体，生成的煤气从上部引出。气化炉上部直径较大，含细灰的气流气速降低，大部分细灰及未反应完全的半焦回落至气化炉下部继续反应，只有一部分细灰及半焦随气流夹带出气化炉。

（3）除尘系统

从气化炉上部导出的高温煤气依次进入两级旋风分离器，从两级分离器分出的热飞灰，由特殊控制装置，经料腿用水蒸气或二氧化碳吹入气化炉内部进一步燃烧、气化，以提高碳转化率。

（4）煤气冷却回收系统

从两级旋风除尘器出来的高温煤气依次进入蒸汽发生器、蒸汽过热器、锅炉给水预热器冷却回收热量，蒸汽过热器产生的过热蒸汽一部分供装置自用，另一部分送入工厂管网。

（5）中度／深度除尘系统

来自锅炉给水预热器的煤气依次经过环流式旋风除尘器、袋式除尘器进行中、深度除尘后，煤气中的粉尘含量达到10.0mg／m3以下，然后进入粗煤气洗涤、净化系统。经环流式旋风分离器和深度除尘器收集的细灰，由气流输送至贮灰仓，然后由发送罐输送至流化床粉煤气化炉内进一步燃烧、气化，以提高碳的转化率。

（6）开停车系统

为了满足灰融聚粉煤气化炉烘炉及开车升温的要求，气化装置中每个系列都设置一套开工预热烧嘴。

开工预热烧嘴产生的热烟气进入气化炉进行气化炉耐热衬里烘炉及正常开车升温，气化炉升温速率依照升温曲线进行，预热气化炉的温度达900～950℃并稳定3～5h后，气化炉可进行投料操作。工况稳定后停止开工预热烧嘴的燃料气及空气的供应。

气化炉烘炉和升温所产生的烟气通过高点排放系统送至高点排放。

在气化炉投料初期和事故停车时会产生不合格煤气，为保证装置安全生产、保护环境，装置设置了不合格煤气送至高点放空系统的管线。

2.2 后续配套工艺

灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气后续配套工艺如图2所示。气化炉产高温煤气经过旋风分离器初级除尘后，由煤气冷却系统冷却回收热量，然后经过环流式旋风分离器中度除尘，再经过袋式除尘器深度除尘，使煤气含尘量小于10mg／m3，进入洗涤塔冷却、除尘，使煤气温度降到32℃，含尘量小于5mg／m3，接着进入湿法脱硫系统脱硫，使硫含量达到50mg／m3以下，最后输出工业燃气。

3 工业燃气工艺参数及制备能力

3.1 工业燃气工艺参数

灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气可以达到如下要求：

（1）煤气热值 4.6～9.6MJ／m3

图2 灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气工艺框图

（2）煤气温度 ≤35℃

（3）煤气压力 0.03～1.0MPa

（4）煤气含尘量 ＜5mg／m3

（5）含氧量 ＜0.4%

（6）煤气含硫量 ＜50mg／m3

3.2 工业燃气制备能力

不同富氧浓度下，单台φ2400mm 常压灰融聚流化床粉煤气化炉制备工业燃气的能力如表1所示。

由表1可知，灰融聚流化床粉煤气化炉制备工业燃气的热值可通过调节富氧空气的氧浓度来改变工业燃气中有效成分（H2＋CO＋CH4），从而实现煤气热值的调节。

可以通过增大气化炉直径和提高气化炉操作压力来增加单台灰融聚流化床粉煤气化炉制备工业燃气的生产能力，如气化炉直径增加到φ3 000mm，生产能力达1.6倍。

表1 单台φ2 400mm 常压灰融聚流化床粉煤气化炉制备工业燃气能力

4 结 语

灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气方案，可为冶金、机械制造、玻璃陶瓷等行业工业燃气用户新建或改造现有固定床发生炉煤气站提供良好的技术选择。

（1）灰融聚流化床粉煤气化制备工业燃气，其热值和产气量比较适合冶金、机械制造、玻璃陶瓷等行业工业燃气用户需要。

（2）气化炉操作负荷在60%～120%，对用气量的波动调节灵活。

（3）需要氧气规模一般在4 000m3／h以下，可选用投资较低的变压吸附PSA 制氧。

（4）可采用廉价的劣质粉煤作为气化原料，使工业燃气的生产成本显著下降。