气流床煤气化技术的现状及发展分析

耿文杰

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

1 气流床煤气化技术的特点

气流床煤气化技术是煤炭气化应用生产中的一种重要形式，不仅能够有效提升煤炭的使用效率，还能降低煤炭燃烧过程中对空气造成的污染问题，因此具有很强的应用优势。在正常的情况下进行煤炭气化的过程中，会将原料煤处理成粉末的形式，之后粉末状态的煤灰和气化剂一起通过喷嘴送入气化炉内，在气化炉中完成混合燃烧以及气反应等过程。在气流床煤气化正常运行时，气化炉内的气固流动速度相对而言比较低，气体与气体中夹带的固体都会顺着同一方向进行运动，因此将其称为气流床气化或夹带床气化。在实际用的过程中，气流床煤气化具有很强的煤种适应性，具有非常广泛的应用范围，并且由于气化时存在的高温使液态排渣更加顺畅，可以保证井下作业过程中的安全性和可靠性，当前气流床煤气化工艺技术也是煤炭气化生产中应用最广泛的技术之一。

2 气流床煤气化技术的分类

当前国内应用比较常见的气流床煤气化技术主要有五种，分别为德士古水煤浆加压气化技术、壳牌煤气化技术、GSP气流床气化技术、及多喷嘴对置式水煤浆气化技术及HT-L气化技术。这五种气流床煤气化技术在实际应用时具有很大的差别。根据气流床煤气化技术的进料方式，可以将这些技术分为两类，分别为干煤粉进料和水煤浆进料。而根据气化炉内部气流的运行方向进行分类，可以将这些气流床煤气化工艺技术分为上行类和下行类[1]。结合技术工艺流程的区别也可以将其流程煤气化技术分为废锅型和直接水激冷型。根据喷嘴数量和布置上的区别可以将不同的气流床煤气化工艺技术分为单喷嘴直喷和多喷嘴对喷两种类型。除此之外，根据气化炉内部是否含有耐火保温材料也可以将不同的气流床煤气化技术分为热炉壁和水冷壁两种类型。在实际用的过程中，生产企业可以根据自己的生产需求选用不同的气流床煤气化技术。

3 气流床煤气化技术的典型工艺

3.1 德士古水煤浆加压气化技术

相比于其他气流床煤气化技术，德士古水煤浆加压气化技术属于一种比较基础的煤气化技术，应用范围比较广泛。实际操作时需要采取湿法进料的方式，并通过液体进行排渣。德士古水煤浆加压气化技术的核心工艺包括对煤块的研磨、煤浆制备及储运煤气化以及合成气洗涤等环节，在进行气化炉热量利用时主要分为三个类型，分别为激冷、废锅、激冷和废锅结合。

3.2 壳牌煤气化技术

壳牌煤气化技术属于当前国内应用的气流床煤气化技术中比较典型的技术类型，进料时使用干煤粉，并对其进行磨制和干燥处理，之后对煤粉进行加压处理，通过进料煤气化除渣净化等环节实现煤气化技术的有效应用。在生产时使干煤粉与氧气充分发生化学反应，并利用热量回收和合成气净化技术进行二次处理，最后将燃气能量输送给用户。针对壳牌煤气化技术应用的控制系统在自动化水平方面比较高，因此能够一定程度上保证使用过程中的安全性和稳定性。由于机械设备的使用寿命较长，因此在维护和保养工作方面的成本较少。

3.3 GSP气流床气化技术

GSP气流床气化技术早期是由德国所开发的一项煤气化技术，能够有效应对低品位褐煤等固体燃料的处理工作。随着GSP气流床气化技术的深入研究和发展，当前GSP气流床气化技术对煤种的选择和适用范围非常广泛，并且具有较高的气化效率和碳转化率，能够有效控制煤在转换过程中对环境的污染问题。GSP气流床气化技术是目前国外普遍应用的煤气化技术，但是由于技术应用较为复杂，因此目前国内还不能完成独立生产，在实际应用时需要从国外引进大部分设备，使得该项煤气化工艺技术的应用成本大幅增加[2]。

3.4 四喷嘴对置式水煤浆气化技术

GSP气流床气化技术对于国外引进依赖性比较高，因此虽然能够有效提高效率，但是由于成本问题使得性价比整体较低。随着国内煤气化基础理论的深入研究，四喷嘴对置式水煤浆气化技术应运而生，四喷嘴对置式水煤浆气化技术属于国内完全自主研发的一种气化技术，湿法进料并液态排渣，能够有效控制废渣中的含碳量，在实际用的过程当中具有比煤耗较低、产气量大的优点。四喷嘴对置式水煤浆气化技术的应用对于提升国内煤炭资源使用率有着非常重要的作用，在实际生产运行的过程当中，设备的负荷调节灵活，并且具有较长的运行周期，由于拥有自主产权因此成本得到了有效控制。综合来看，当前四喷嘴对置式水煤浆气化技术在稳定性方面还存在着一定的发展空间，这也是当前国内气流床煤气化工艺技术深入研究的主要对象之一。

3.5 航天炉(HT-L)粉煤加压气化技术

技术主要是借鉴德士古、壳牌及GSP加压气化工艺的基础上研发的一套具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。航天炉主要是由烧嘴、气化炉激冷室、燃烧室及承压外壳组成。所用烧嘴为点火烧嘴、粉煤烧嘴和开工烧嘴组成的组合式烧嘴，气化压力4.0 MPa，设计气化温度1 400 ℃～1 600 ℃。HT-L技术具有多方面的优点：1) 煤种适应范围广，具有可选范围宽(1 250 ℃～1 650 ℃)的煤的灰熔点，而且碳转化率高，气化原料可选范围广，CH4含量低，粗合成气品质好，碳转化率设计值≥99.5%；2) 控制系统具有比较高的自动化程度，同时安保联锁系统比较完善；3) 排放的污染物少，环保性能好；4) 工艺成熟可靠，具有自主知识产权，设备完全国产化，与同规模Shell工艺相比，可以大大降低投资成本；5) 大部分热量都可以通过熔渣及粗煤气带入激冷水中，避免了热量的大量损失。

4 气流床煤气化技术的发展

山西地区的矿产资源量非常丰富，是国内的主要煤炭保有资源地，具有非常优质的煤矿、煤层气、铝土矿等资源，因此山西地区也拥有着全国数量最多的中小型煤矿开采基点。结合当前气流床煤气化技术的应用现状，当前气流床煤气化技术的发展趋势主要有五个方向。第一，不断加强对于煤气化领域基础理论的深入研究。煤气化基础理论作为任何煤气化技术的技术指导都有着非常重要的作用，因此为了切实提升气流床煤气化技术的发展和创新，就需要有坚实的理论基础支撑，通过不断加强煤气化领域基础理论的研究工作能够真正促进国内煤气化技术的规模化高效化发展，为煤矿能源产业的发展提供助力。第二，针对国外引进的先进的煤气化技术不仅需要加强研究和应用，更需要结合煤气化基础理论研究加强自主研发，通过消化吸收和再发展等过程真正实现关键设备的国产化，提升国内煤气化领域整体技术水平。第三，虽然说当前气流床煤气化技术具有很强的煤种适应性，但是结合国内煤矿能源的实际情况而言能够实际投入应用的煤种范围还是有限的。因此，当前提高气流床煤气化技术的煤种适应性是非常重要的研究方向，也是煤气化技术面临的最为复杂的问题之一。结合当前国内已经工业化应用的煤气化工艺技术实际情况来看，以干煤粉进料、水冷壁气化炉的气流床气化工艺是多种气流床气化工艺中煤种适应性最强的技术类型，具有很强的应用前景和发展前景[3]。第四，在煤气化技术发展的过程中大型化是技术发展的关键问题，而结合气流床技术的特点可以发现，气流床技术能够有效提高温度增加压力，实现煤料和气化剂强力混合的生产应用目标，因此也是大型化发展的重要技术方向。最后，在煤气化技术逐渐深入研究发展的过程中，能量的高效转化和合理回收是当前国内气流床煤气化技术应用亟待解决的重要问题。相比于废热锅炉工艺，激冷工艺在设备操作方面比较简单，因此能够有效控制投资成本，但是整体的能量回收效率较低。而废热锅炉技术虽然具有很高的热量回收效率，但是在应用时需要大型设备参与，因此在投资成本方面比较大，这就对当前国内煤气化技术的发展提出了新的要求，需要不断开发新的热量回收技术提升经济效益和社会效益，切实促进国内能源结构的合理分配。

5 结语

综上所述，当前国内气流床煤气化技术的应用水平还处于初级阶段，气流床煤气化具有很强的煤种适应性，因此在实际用的过程当中能够有效提升气化效率和碳转化率。作为一种高效清洁燃气制备应用的首选技术，在未来气流床煤气化技术还会不断扩大应用优势，开发新的热量回收技术，真正满足社会生产生活对于新能源燃气的需求。