5种典型的下行水激冷粉煤加压气化技术特点比较

王 凯

(安徽华谊化工有限公司，安徽芜湖 241000)

干法进料的气流床煤气化技术是当今最先进的煤气化技术之一，相对于水煤浆加压气化技术，具有煤种适应性更广、炉膛寿命更长、烧嘴寿命更长、原料消耗更低、碳转化率更高、经济指标更优及热效率更高等方面的优势，有很高的市场竞争力。对于粉煤气化技术的工业应用、流程介绍、技术改造、技术考核等已有很多文献进行了较深入的对比分析，但从下行水激冷粉煤加压气化技术的进料形式、流场原理、近壁面高温区及高径比等方面，对壳牌炉、航天炉、神宁炉、科林炉和东方炉等进行粉煤气化技术比较还未见研究和报道，现针对这5种典型的下行水激冷粉煤加压气化技术进行技术特点的比较分析。

1 典型的下行水激冷粉煤加压气化流程

下行水激冷的粉煤加压气化技术工艺流程主要包括：粉煤制备及输送单元、气化单元、排渣单元、初步净化单元、闪蒸单元及公用工程单元。由输煤皮带来的原煤经气化缓冲煤仓、称重式给煤机后，由落煤管进入磨煤机内。经过磨煤机的干燥和研磨，磨制后的煤粉经旋转分离器、粉煤过滤器后，制出合格的粉煤，再经过粉煤缓冲仓和粉煤锁斗，最后用高压二氧化碳或高压氮气将粉煤从发射罐送入气化炉。通过烧嘴进入气化炉燃烧的粉煤、氧气和蒸汽在4.1 MPa(表压)的压力下进行气化反应，生成主要成分为H2、CO及CO2的粗合成气。反应后的高温(1 400～1 600 ℃)合成气与熔融状炉渣和灰分一起向下穿过激冷水分布环，沿激冷管进入激冷室的水浴中，大部分灰渣冷却后落入激冷室底部，洗涤后的粗合成气离开气化炉激冷室去初步净化，然后送至下游工序。气化炉内的灰渣通过锁斗循环排至渣池，由捞渣机捞出外送。气化炉黑水和洗涤塔黑水通过减压后送至闪蒸系统回收热量，排入澄清槽高浓度的灰水经过滤机将滤饼排出；其余灰水返回系统自用，少量灰水外排[1-4]。

2 典型的下行水激冷粉煤加压气化技术特点

壳牌炉、航天炉、神宁炉、科林炉和东方炉等虽然都是下行水激冷粉煤加压气化技术，但是各有各的特点。5种下行水激冷粉煤加压气化技术特点比较见表1。

3 特点分析

3.1 航天炉

航天炉通过两路氧气和四路粉煤管线进入多通道旋流角烧嘴，在炉内形成旋流场，有利于煤粉和氧气的混合[5]。合理的高径比让炉内近壁面高温区位于气化炉中部，一般情况下无需添加石灰水来降低灰熔点。对于三高煤，在配入适量的石灰石后也能很好地运行。航天炉工程业绩较多，最长连续运行时间已达360 d，这对于要求连续运行的大化工行业来说是非常有利的。此外，航天炉在之前的工程经验的基础上，通过增大燃烧室体积和减小渣口尺寸等措施可进一步提升物料的停留时间，有利于碳转化率的提高，相信碳转化率在98%以上也将是常态。航天炉烧嘴增设中心粉煤通道，有利于降低烧嘴头部温度及炉内火焰状态的调节，更有利于烧嘴寿命的延长，同时具有更好的调节能力和操作弹性。水冷壁采用盘管式，水循环倍率高，能耗增加，副产中压蒸汽。设置三级闪蒸，灰水与闪蒸汽直接换热，防堵性和能效优于间接换热式。

表1 5种下行水激冷粉煤加压气化技术特点的比较

3.2 壳牌炉

壳牌炉采用四烧嘴偏角对置式，形成撞击旋转流场，有利于煤粉和氧气的混合，高径比大、停留时间长、渣灰比较高，碳转化率高。火焰近壁面高温区位于气化炉中上部，煤种流动温度大于1 450 ℃以上，需要添加一定比例的石灰石。水冷壁采用竖管式，水循环倍率低，能耗低，副产中压蒸汽。设置两级闪蒸，灰水和中压闪蒸汽间接换热式，防堵性能略差。部分项目第二级闪蒸为低压闪蒸，黑水经过换热器冷却后直接排入澄清槽，该股黑水管道堵塞可能性增加[6]。

3.3 神宁炉

神宁炉采用多通道旋流角烧嘴，形成旋流场，有利于煤粉和氧气的混合。水冷壁采用盘管式，水循环倍率高，能耗增加。很多设计继承了GSP的理念，单对于激冷水洗、烧嘴和闪蒸配置等部分做了优化，可靠性进一步提高。水冷壁采用不饱和水循环，副产低压蒸汽。设置三级闪蒸，中压闪蒸汽和灰水直接换热，黑水循环能效较高。

3.4 科林炉

科林炉采用三烧嘴(以120°的角度分布)顶喷式进料，每个烧嘴内部有旋流块，形成旋流场。火焰近壁面高温区位于气化炉中上部，煤种流动温度大于1 450 ℃以上，需要添加一定比例的石灰石。水冷壁采用盘管式，水循环倍率高，能耗增加。水冷壁采用不饱和水循环，副产低压蒸汽(也可根据要求产中压蒸汽)。黑水循环和合成气初步净化系统采用华东理工大学的黑水循环专利，设置两级闪蒸，为闪蒸汽和灰水直接换热式，能效和防堵性优于间接换热式[7]。

3.5 东方炉

东方炉采用多通道单烧嘴顶喷式进料，形成直流场。气化炉高径比较大，增加了煤粉停留时间，碳的转化率和单喷嘴旋流场相当。火焰约束在炉膛中心，近壁面高温区位于气化炉中部偏下，有利于排渣，提高了煤种的适应性。水冷壁采用竖管式，水循环倍率低，能耗低，副产中压蒸汽。设置两级闪蒸，为闪蒸汽和灰水直接换热式，防堵性优于间接换热式[8-9]。

4 结语

经过对航天炉、壳牌炉、神宁炉、科林炉和东方炉等5种典型的下行水激冷粉煤气化技术对比发现：进料形式、流场形式、近壁面高温区位置、高

径比、停留时间、副产蒸汽等级、初步净化和闪蒸配置等方面有一定的差异性，各有优点，各有特色，造成碳转化率、运行成本等方面略有差异，但都是成熟可靠的下行水激冷粉煤气化技术。如：航天炉已有30多台运行业绩，其中A级最长连续运行时间已经超过390 d；壳牌炉已有28台运行业绩，其中A级最长连续时间超过180 d。

对于三高煤或成浆性较差的煤种，水煤浆气化技术会有很大的制约，而粉煤气化则显示出其煤种适应性强的优势，因此对于煤气化技术来说，粉煤气化应该是煤气化技术发展的趋势。

参考文献

[1] 姜赛红，杨珂，唐凤金，等．典型的激冷流程干粉气流床煤气化技术比较[J]．化肥设计，2014，52(4)：8- 12．

[2] 张腊，米金英．干煤粉加压气化技术的现状和进展[J]．洁净煤技术，2012，18(2)：74- 78．

[3] 赵小倩，胡长胜．科林高压干粉煤气化工艺技术分析[J]．化肥工业，2011，38(3)：6- 9．

[4] 王军，陆峰，林彬彬．国内工程应用的几种煤气化技术简介[C]∥2009中国煤化工产业可持续发展研讨会论文集，2009．

[5] 孙永才，刘伟．航天炉粉煤加压气化技术浅析[J]．化肥工业，2010，37(1)：18- 20．

[6] 王文富，程更新．壳牌炉气化工艺技术的应用情况[J]．氮肥技术，2010，31(5)：36- 41．

[7] 李建兵．煤气化技术工业应用概况及工艺选择(下)[J]．化肥工业，2014，41(5)：30- 33．

[8] 梁永煌，游伟，章卫星．我国洁净煤气化技术现状与存在的问题及发展趋势(上)[J]．化肥工业，2014，41(1)：30- 36．

[9] 杨玉辉，郭晓镭，张炜，等．淮南煤在SE-东方炉上的试烧运行总结[J]．大氮肥，2016，39(6)：369- 371．