航天粉煤加压气化技术的研究

摘 要：本文首先论述了有关航天粉煤加压气化装置建设及开车情况，之后对航天粉煤加压气化成套技术的有关工艺流程作了阐述，并对主要设备——气化烧嘴与气化炉的特点、原理进行了分析。此项技术目前在朝节能化、大型化方向发展，也正在得到市场愈来愈广泛的肯定与认可。

关键词：发展 应用 示范装置 烧嘴 气化炉 航天粉煤加压 控制系统

前言

随着我们国家国民经济的腾飞式增长，市场对化工产品的需求也愈来愈大，在我国化学工业中，以煤为原料的煤化工将占有愈来愈重要的地位。

一、装置建设及开车情况

（一）安徽晋煤中能化工股份有限公司装置项目的鉴定情况

2009年9月15日，安徽晋煤中能化工股份有限公司与北京航天煤化工工程公司开展的72h性能考核；装置顺利通过，2009年10月下旬，在中国石油化工协会组织的现场考核中装置顺利通过；安徽晋煤中能化工股份有限公司的相关装置在2009年10月底通过中国石油化工协会组织的鉴定。如下为考核期间的运行指标：

碳转化率98%；

有效气产率 l.6447m3/kg煤；

合成气产率1.767m3/kg煤；

有效气成分93.1%。

比氧耗300-310m3/1000m3（CO+H2）

比煤耗608kg/1000m3（CO+H2）

此装置操作不复杂、方便维护，较广的煤种适应性，运行成本与投资费用不高，气化炉的故障率低，开工率高。

（二）装置的运行情况

2010年，安徽晋煤中能化工股份有限公司该装置年计划生产15.85万t甲醇，实际生产18.30万t甲醇，完成整年计划的115.5%；实际消耗25.47万t原料煤，折标煤1.13t，平均吨甲醇耗1.392t原料煤。

2010年，安徽晋煤中能化工股份有限公司气化装置计划运行317d，实际累计运行338 d，开工率大于90%，完成整年计划的106.6%，最高日产601t甲醇，日均产量560t甲醇，生产比较稳定。

二、主要工艺流程

航天煤气化装置主要包含渣及灰水处理单元、气化及合成气洗涤单元、粉煤加压及输送单元、磨煤及干燥单元。

（一）渣及灰水处理单元

从合成气洗涤塔与气化炉急冷室底部来的灰水将热量回收，把跑龙套体颗粒与不凝气去除，之后，将气化系统泵回，重复性利用。

（二）气化及合成气洗涤单元

分成3路，粉煤通向气化炉烧嘴的3个煤粉管，经预热器加热之后，在混合器内，O2先与部分蒸汽混在一起，并按相应的比重流向烧嘴。

在炉膛里，煤粉高温部分发生氧化现象，产生含一氧化碳与氢气的合成气；在急冷室内，这种合成器受到急速冷却且形成水饱和，熔渣固化迅速；经文丘里洗涤器，出气化炉的合成气与装置合成气洗涤塔用水深度湿润洗涤之后，转进变换工段环节；灰渣留于水里，绝大量快速下沉，通过渣锁斗系统在一定时间内有规律的排出。通过水冷壁，炉膛产生中压饱和蒸汽对热量进行回收。

（三）粉煤加压及输送单元

粉煤加压及输送单元通过锁斗来完成输送、加压粉煤，在气化炉与加压煤斗之间保持数值一定的压差。

（四）磨煤及干燥单元

磨煤及干燥单元采用常规的研磨煤研磨与干燥技术。在磨煤机内，原料煤贮仓的碎煤/石灰石被磨为煤粉，通过较高温度的惰性气流干燥。粉煤的颗粒尺寸分布及水分含量满足以下要求：质量分数：含H2O分量典型值<2%；重量：颗粒大小尺寸≤5?m的达到比重10%；重量：颗粒尺寸≤90?m的达到比重90%。

三、气化炉及烧嘴的特点

（一）干煤粉进料

此气化炉使用20?m-90 ?m的干煤粉进料，N2或CO2输送，2.0MPa-4.0MPa加压气化。此种方式优点为：①干煤粉进料气化效率高（碳转化率≥99%，冷煤气效率80%一83%）；②固气比最高可达450kg/m3，先进成熟的干煤粉浓相输送技术，悬浮速度7-lOm/s③设备尺寸小，结构紧凑，气化强度高。

（二）气化炉炉膛操作温度宽

气化炉炉膛操作温度在1250-1850t之间。具有如下优点：煤种适应性广，煤的灰熔点可选范围宽，可实现原料煤本地化；碳转化率高（≥99%），粗合成气品质好，有效气体（CO+H：）含量≥90%CFL含量低。

（三）单烧嘴顶烧组合燃烧器

这种组合形式的优点是：①集工艺烧嘴、开工烧嘴、点火烧嘴、高能电点火装置于一体，调试、维护、拆装方便；②烟气回流区、烟气射流区、火焰燃烧区、炉内煤粉热解区以及二次反应区合理分布，反应停留时间与气化要求相符合，使炉内流场、燃烧火焰同炉膛匹配良好；③烧嘴结构设计合理，混合氧及煤粉充分，煤粉完全反应，良好的气化性能，火焰形状与稳定性好。

（四）气化炉及烧嘴的加工制造工艺精良

利用同類特制国产材料或者进口材料设计关键材料，组装与焊接工艺严格依据规范执行，整体热处理对热应力进行消除。

（五）烧嘴的使用寿命长

水冷夹套式烧嘴冷却方案，能够确保烧嘴长周期、可靠、稳定运行，使用寿命可达10a，烧嘴头部局部6个月维护1次。

结语：

中国是一个富煤、少气、贫油的国家，依据一次能源构成的特点，充分利用我国相对丰富的煤炭资源，发展适应性广、高效、洁净、运行与建设费用低廉的煤气化技术，是解决中国能源安全问题的重要手段，是对国家发展循环经济、推行节能减排政策的具体响应。

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作者简介：刘才（1987—），男，安徽阜阳人，助理工程师，在安徽晋煤中能化工股份有限公司气化车间工作