气流床气化技术特点
U-gas气流床技术
U-GAS气化炉U-GAS气化炉工艺特点（1）灰分熔聚及分离气化工艺U-GAS 气化炉属流化床气化。
其主要特点是流化床中灰渣与半焦的选择分离，即煤中的碳被气化，同时灰被熔聚成球形颗粒，并从床层中分离出来。
U-GAS气化炉工艺流程气化所形成的含灰较多的颗粒表面熔化和团聚成球形颗粒，并从床层中分离出来。
灰粒的表面熔化或熔聚成球是一个复杂的物理．化学过程。
为使在气化过程中实现灰的熔聚和分离，气化炉排渣是通过炉子底部文丘里管，依靠文丘里气速控制排灰塞。
气化炉中灰熔聚区域的几何形状、结构尺寸及相应晶操作条件都起着重要的作用。
它包括：文丘利管(颈部)内的气速、流经文丘利管和流经炉箅的氧气量与水蒸气量的比例，烙聚区的温度以及带出细粉的循环量等因素。
a.文丘里管内的气流速度文丘里管内的气速及气化剂中的汽氧比极为重要，它直接关系到床层高温区的形成。
文丘里管颈部的气速控制着灰球在床层中的停留时间，相应地决定了灰球中的含碳量。
当灰球中的含碳量在允许范围以内时，停留时间越短越好，以免由于停留时间过长，床层中灰含量过高导致结渣现象的发生。
b.熔聚区的温度熔聚区的温度是灰团聚成球的最重要的影响因素，它是由煤和灰的性质所决定，必须控制在灰不熔化而又能团聚成球的程度。
实验发现，此温度常比煤的灰熔点（T1）低100～200℃，与灰中铁的含量有关。
有的理论认为，煤中灰分的团聚是依靠灰粒外部生成粘度适宜的一定量的液相将灰粒表面润湿，在灰粒相互接触时，由于表面张力的作用，灰粒发生重排、熔融、沉积以及灰粒中晶粒长大。
而粘度适宜的一定数量的液相只有在合适的温度下才能产生。
温度过低，灰粒外表面难以生成液相，或生成的液相量太少，灰分不能团聚；温度过高，灰分熔化粘结成渣块，破坏了灰球的正常排出。
一般，通过文丘里管的气化剂的汽氧比比通过炉箅的气化剂的汽氧比低得多，这样才能形成灰熔聚所必需的高温区。
气化炉操作温度控制在灰团聚温度，使灰渣表面软化，熔融成团排渣，故国内称灰团聚气化炉。
5.5 气流床气化法.
⑶气化炉
向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣）
膜式水冷壁 内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽 内筒和外筒 环形空间：容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修
高压容器外壳
筒上部为燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室
水冷壁结构
水冷壁是由: 液体熔渣、 固体熔渣、 膜式壁、 、 碳化硅耐火填充料
加压冷却水管、 抓钉 组成的。
水冷壁结构示意图：
连续运行10年水冷壁内侧图片
连续运行10年水冷壁外观图片
Shell气化炉以渣抗渣原理： 生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁
重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金 属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰 熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增 大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时， 熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减 小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔 渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡。
3.Shell煤气化工艺 ⑴工艺技术特点 ●加压气流床粉煤气化，以干煤粉进料，纯氧做气化剂，
液态排渣； ●火焰中心温度：1600~2200℃； ●出炉煤气温度约为：1400~1700℃； ●干煤气中有效成分CO和H2可达90%以上，CH4含量很低。 ●主要工艺技术特点：
①煤种适应广（干法粉煤、气流床） ②能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高） ③设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高） ④环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺）
下面是两张结渣图片供参考：
shell气化炉内渣层对保护耐火层理和水冷壁管至关 重要，以下一张照片是停车中温降过快造成的垮渣，一 张是炉内温度波动（高温）造成的渣层损坏。将容易烧 蚀损坏原来被渣层保护的耐火衬里和金属销钉，当保护 层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁的保护，伤害到 本体，气化炉反应热平衡也将失衡。
气流床粉煤加压气化制备合成气新技术
气流床粉煤加压气化制备合成气新技术
气流床粉煤加压气化制备合成气新技术
随着我国工业化的进程，合成气在替代高污染的燃料及原料方面发挥
着重要作用。
考虑到粉煤的低值利用，研究了一种新的气流床粉煤加
压气化制备合成气技术。
实验结果表明，气流床加压气化制备合成气，粉煤的热值可以达到5.2MJ/kg，热效率可以达到83.2%，气化产率可
以达到78.2%，空气比率可以达到1.15。
综合考虑气化热效率、产气率、空气比率等指标，在此条件下，粉煤可以达到最佳的加压气化效果。
该技术克服了粉煤加压气化过程中的碱金属煤渣结垢、碱金属活性剂
流失等问题，通过改变活性剂的浓度，可以提高粉煤加压气化合成气
的产量及气化效率。
此外，该技术还能够有效抑制煤中硫、氮等有害
物质的排放，减少环境污染。
总之，气流床粉煤加压气化制备合成气技术在提高粉煤利用率，减少
有害物质排放方面具有重要意义，有助于综合利用粉煤资源，有助于
实现低碳、绿色发展。
煤化工气化炉的发展简介---气流床气化炉1
煤化工气化炉的发展
四、气化炉分类
（1）按是否需要开采或按‘气化炉’的位置分：
地面气化
地下气化
（2）按流体力学：
固定床（移动床）气化
流化床气化 气流床气化
（3）按气化剂的种类
煤化工气化炉的发展
六、固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点
（3）气流床气化工艺 气、固(煤粉/煤浆)两相并流接触； 床层压力降随气速提高而减小； 煤粒分散在气流中，粘结性无影响； 气化温度很高，气化反应非常快；
煤化工气化炉的发展
煤化工概念
以煤炭为原料经化学方法将煤 炭转化为气体、液体和固体产 品或半产品，而后再进一步加 工成一系列化工产品或石油燃 料的工业，称之为煤化工。
煤化工气化炉的发展
一、煤炭气化的主要反应
•C+O2=CO2 完全燃烧 •2C+O2=2CO 部分燃烧 •C+CO2=2CO Boudouard反应 •C+H2O=CO+H2 水蒸气气化 •C+2H2=CH4 加氢气化 •2H2+O2=2H2O 气相燃烧 •2CO+O2=2CO2 气相燃烧 •CO+H2O=CO2+H2 水煤气变换 •CO+3H2=CH4+H2O 甲烷化连续式化间歇式气化-水煤气气化
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
国内外典型气流床煤气化技术概述
烧室下部侧壁对置，可快速快速调节负荷范围（40%~ 100%）。但是烧 嘴隔焰罩和开工烧嘴容易产生过氧腐蚀损坏。激冷气压缩机主要是将冷 煤气送到气化炉顶部进行换热。
SHell 技术已在国内的湖北双环、神华集团、中原大化、河南永煤等 单位实现应用，全国共有 19 个项目，27 台气化炉用于合成氨、甲醇生产。
关键词：气流床 煤气化
所谓气流床煤气化是将气化剂夹带的煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送 入气化炉内，在高温下，煤氧等混合物迅速分解、燃烧、气化反应，产 生 CO 和 H2 为主的煤气化技术。国外 TCGP、SCGP、GSP 技术均发展成 熟，国内的多喷嘴、两段技术、HT-L、非熔渣 - 熔渣分级技术、多元料 浆技术正快速发展应用。煤气化作为煤化工的龙头，它的好坏决定着后 续工艺以及长远的经济效益。
两段技术已在内蒙古世林化工项目、华能满洲里煤化工项目、华能 绿色煤电 IGCC 项目等 5 家单位开建，部分已投产，主要用于生产甲醇、 发电等。
2.3 航天炉气化技术（HT-L）[6-7] 航天炉煤气化技术与 GSP 技术相似均采用下喷式气流床激冷流程， 但是知识产权独立。该技术对煤种要求低，热效率和碳转化率高。采用 激冷流程及灰渣水循环技术，对环境保护好。 HT-L 气化炉、烧嘴、破渣机、热风炉、激冷水循环泵等是此技术 的 核 心 设 备。 气 化 炉 采 用 盘 管 式 水 冷 壁， 四 组 管 绕 制 而 成， 盘 管 外 径 89mm，壁厚 8mm 径向热膨胀 6mm。自上而下单喷嘴喷射与 GSP 炉相同，
1.3 加压气流床（GSP）技术 [3] 合格煤粉经干燥后通过 N2 输送系统送至烧嘴，煤粉与其他气化剂（氧 气、水蒸气）经烧嘴同时喷入气化炉内的反应室，然后在高温、高压下 发生裂解、燃烧、气化反应，生成粗煤气。气化产生的熔渣以及粗煤气 一起进入气化炉下部的激冷室。冷却后的粗煤气去洗涤系统，熔渣通过 锁斗系统排出，激冷水送至污水处理系统。GSP 技术适用煤种广泛，输 送安全性高，运行周期长不需备炉，碳转化率高，合成气质量好。采用 激冷流程，工艺紧凑，流程简单，环境效益好。气化炉操作弹性大，负 荷调节灵活。点火升温迅速，设备及运行费用较低。开、停车操作方便， 时间短，从冷态达到满负荷仅需 1H。但是 GSP 技术存在工业化业绩少， 操作经验缺乏，加料计量过程复杂、投资较高，无独立灰水处理技术等 问题。 该技术设备主要包括磨煤机、给料锁斗、加料器、组合喷嘴、气化 炉、渣锁斗、破渣机、捞渣机、文丘里洗涤器、沉降槽、激冷水泵等。 气化炉上部为冷壁气化室，由水冷壁，水夹套组成。水冷壁是由特殊耐 热材料碳化硅为屏蔽涂层的盘管和翅片焊接组成的圆筒形内腔，采用以 渣抗渣的技术防止高温溶渣腐蚀及开停车产生应力对耐火材料的破坏。 下部为激冷室，内有激冷喷头和内衬筒，内衬筒与承压外壳环隙有激冷 水自下向上流动，在顶端环隙间径向流出，激冷室承压壳体的壁温不超 过 200℃。喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴和生产喷嘴所组成，中心向 外环隙依次为燃料气、冷却水、氧 / 蒸汽、冷却水、煤粉通道、冷却水 6 个通道。 GSP 技术虽然进入国内较晚，但是凭借其自身优势已经在我国的山 西兰花煤化工有限责任公司醇、氨（300/100kt/a）项目、神华宁煤集团有 限责任公司（1670Kt/a）甲醇项目、贵州开阳化工有限公司（500Kt/a） 合成氨项目、淮南集团合成氨项目开始应用实施。 2 国内气流床煤气化技术 2.1 多喷嘴对置式水煤浆气化技术（OMB）[4] 多喷嘴对置式水煤浆气化技术是在 TexaCO 技术的基础上发展起来 的，其反应机理与 TexaCO 技术相同，流程相似。该技术采用多喷嘴对置 技术，雾化效果好。负荷可调节范围大，速度快，装置适应能力强，气 化效率高。洗涤冷却室采用喷淋鼓泡复合床，热质传递效果好，液位稳。 气体初步净化系统采用分级净化，系统压降低，高效节能，合成气中灰 含量低。采用蒸发热水塔的渣水处理系统，热传递效率高，水循环流程 简单，耐结垢。但是也存在炉体拱顶处耐火材料烧损快的技术问题。 OMB 技术的关键设备有：磨煤机、高压煤浆泵、气化炉、工艺喷嘴、 煤气初步净化设备、蒸发热水塔、滚筒筛、渣锁斗、捞渣机、激冷水泵。 气化炉上部为气化室，内衬耐火砖，气化室中上部布置工艺喷嘴，喷嘴 在同一水平面。气化炉下部为激冷室，采用复合床结构形式消除了带水、 带灰问题。工艺喷嘴采用外混式、新型预膜式喷嘴，喷嘴流道介质由内 向外依次为氧气、煤浆、氧气。喷嘴头部（向火面）采用盘管冷却来防 止喷嘴损坏，由 1 套单独的系统向喷嘴供应冷却水，该系统设置了复杂 的安全联锁。一般使用 3 个月后需更换喷嘴头部或在喷嘴头部堆焊的耐
气流床工艺技术
气流床工艺技术气流床工艺技术是一种利用气流作为床层承载材料的床层燃烧器技术。
床层燃烧器是指燃料与空气在床层内进行燃烧的装置，其特点是形状为圆筒形，底部有锥形燃烧器喷嘴，中部和顶部设有排废气固体物料以及排出废气。
气流床工艺技术是一种新兴的化工与能源工程技术,其特点是可分为两个主要部分:气流床反应器与床层燃烧器,床层燃烧器通常用于高温工艺,例如在H2S气体的处理与废旧三废利用中。
气流床反应器则常用于床层燃烧器内。
这项技术最大的特点就是可以实现高效的燃烧效果和资源的充分利用。
其通过床层燃烧器将燃料与空气充分混合，形成一个燃烧的挥发顶层。
在这个挥发顶层内，燃料在充分供氧的条件下进行部分燃烧，产生大量的热量和其他有用物质。
通过气流床反应器，燃料在高温条件下与固体催化剂进行反应。
在床层中，气体和固体材料在气流的推动下不断混合沸腾，使得反应速率得到了极大增加。
同时，气流床反应器具有高强度的对流热传递特性，使得反应温度和催化剂使用效率得到了显著提高。
气流床工艺技术有着广泛的应用领域。
在化工工业中，气流床可用于催化裂化、催化氧化、催化重整等反应。
在环境保护领域，气流床可用于废气处理、废水处理、固体废物处理等。
在能源领域，气流床可用于燃煤发电、生物质发电、煤气化等。
气流床工艺技术的发展还面临着一些挑战。
其中，床层内物料的分布不均匀、颗粒碰撞磨损、气固两相的流动与反应机理尚未完全理解等问题需要进一步研究和解决。
目前，通过模拟实验和数值计算等手段来提高气流床工艺技术的性能已成为研究的重要方向。
总的来说，气流床工艺技术是一项具有广泛应用前景的工程技术。
随着技术的不断发展与完善，气流床工艺技术将为现代化工与能源工程领域的发展做出更大的贡献。
煤转化技术：气流床气化法
⑵ Shell煤气化工艺流程及气化炉
流程简述： ①煤粉制备和送料系统
经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于2%，然后进入 磨煤机中被制成煤粉，磨煤机是在常压下运行，制成粉后用N2气送入 煤粉仓中。然后进入加压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固气比 将煤粉送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度)混合并与 蒸汽一起进入气化炉反应。 ②气化
b:燃烧气化: 燃烧：C+O2→CO2+Q 气化:C+H2O→CO+H2-Q；CO2+C→CO-Q; 燃烧:O2+H2→H2O+Q; CO+O2→CO2+Q ; c:气化（氧气耗尽时）： C+H2O→CO+H2-Q； CO2+C→CO-Q; CO+H2→CH4+H2O+Q； 最后生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。
• 下面是两张结渣图片供参考：
shell气化炉内渣层对保护耐火层理和水冷壁管至关重要，以 下一张照片是停车中温降过快造成的垮渣，一张是炉内温度波动 （高温）造成的渣层损坏。将容易烧蚀损坏原来被渣层保护的耐火 衬里和金属销钉，当保护层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁的 保护，伤害到本体，气化炉反应热平衡也将失衡。
⑶气化炉
膜式水冷壁
向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣） 内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽
内筒和外筒 环形空间： 容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修
高压容器外壳
筒上部为燃烧室（气化区） 下部为熔渣激冷室
气流床煤气化技术分析
仍占有主导地位，怎样合理使用煤炭资源成为我国煤炭资源 处理的首要问题。在煤炭利用技术中，煤气化技术作为煤炭 能源转化的基础技术，在煤炭能源使用方面占有重要的地位。
Shell 工艺技术特点如下 ： （1）原料煤适用范围较宽，煤种适应性强，如褐煤、烟煤、 无烟煤等各种煤均可使用；对煤的性质，如粒度、结焦性、灰分、 水分、硫分、氧分等含量均不敏感。 （2）气化炉为水冷壁式，基本消除频繁检修、炉内耐火 衬里更换频繁和耗费昂贵的弊端。单台气化炉产气能力大， 具有高效、大型化和长周期运行的显著特点。 （3） 具 有 较 高 的 热 效 率， 碳 转 化 率 可 高 达 99%， 原 料 煤能量回收率高，冷煤气效率可达 86%，比煤耗可达 600kg/ 1 000m3（CO+H2）， 比 氧 耗 为 365m3O2/1 000m3（CO+H2）， 粗 煤气成分中，CO+H2 的比例可达 86%[2]。 2.2 航天炉HT-L粉煤加压气化技术
可达 70%~75% ；⑥有效气成分高，干基有效气中（CO+H2）≥ 80%（φ）[1] ；⑦碳转化率高，最高可达 96%。
1.2 新型（对置式多喷嘴）水煤浆加压气化
按照燃料在气化炉内的运动状态，煤气化工艺技术一般
新型（对置式多喷嘴）水煤浆加压气化技术是华东理工
分为三种类型 ：移动床（也被称为固定床）、流化床和气流 大学开发的目前最先进的水煤浆气化技术之一。多喷嘴对置
GEGP 工艺 ：合成气有效气（CO+H2）≥ 76% ； 晋华炉工艺 ：合成气中有效气（CO+H2）≥ 80%[4] ； HT-L 工艺 ：合成气中有效气（CO+H2）为 86%~92%[3]。 3.4 耗煤量和耗氧量 不同气化技术的原料（煤、氧气）消耗指标（如比煤耗和 比氧耗）主要取决于原料煤的进料形式和气化炉结构，对于 GEGP 和晋华炉同属于水煤浆湿法进料，气化炉均为气流床和 单烧嘴顶喷形式，因此，其原料煤和氧气消耗量接近，比煤 耗约 610kg/km3（CO+H2），比氧耗约 390~405m3/km3（CO+H2）。 航天炉 HT-L 采用粉煤气力输送进料，省去水煤浆加压气 化技术中水气化所需负荷，降低比氧耗和比煤耗，比煤耗约 550kg/km3（CO+H2），比氧耗约 310m3/km3（CO+H2）。 3.5 对下游装置的影响 GEGP 工艺 ：气化装置出口 CO 干基含量约 52%，H2 干基 含量约 31%，由于采用全激冷流程，水气比约为 1.3~1.4，足 以满足下游变换反应对水蒸气的需要，且流程设置按耐硫中 温变换串低温变换比较顺畅。 晋华炉工艺 ：气化装置出口 CO 干基含量约 52%，H2 干 基含量约 31%，由于采用废锅 + 激冷流程，水气比可调控范 围 0.5~1.0，具体可根据下游变换对合成气水气比的要求来调 整，实现在满足下游化工合成的基础上最大限度地回收合成 气中的高品位热量。 航天炉 HT-L 工艺 ：气化装置出口合成气中 CO 高达 60%， 由于是 4.0MPaG 气化，则合成气中水气比约 0.9，基于高 CO 含量和中等比例水气比的特点，对于本项目下游合成气 H2/CO 要求，变换装置在设计和运行时需要特别注意防止超温的问 题，针对该工况，变换装置多采用多级变换炉串联工艺（双 等温、等温 + 绝热等流程），同时还需要可靠的变换炉急冷气 措施。 3.6 热量回收方法 GEGP 工艺 ：可选用激冷流程和废锅 + 激冷两种流程，其 中绝大多数采用激冷流程。 晋华炉工艺 ：可采用废锅 + 激冷流程，废锅回收的高品位 显热约相当于原料煤低温热值 15%，同时副产 10.0~12.0MPaG 高压饱和蒸汽，过热后可用于驱动空分透平。 航天炉 HT-L 工艺 ：可采用激冷流程和废锅 + 激冷流程两 种，其中绝大部分为激冷流程。 3.7 装置投资 GEGP 工艺 ：由于 GEGP 工艺烧嘴有效周期短，故需考虑 备炉。 晋华炉工艺 ：气化炉为可靠的水冷壁结构 + 组合式烧嘴， 可考虑不留备炉，减少装置投资。 HT-L 工艺 ：气化炉为可靠的水冷壁结构 + 组合式烧嘴， 可考虑不留备炉，减少装置投资。
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气流床气化技术特点
煤气化是发展洁净煤技术的重要途径。
目前已实现工业化的煤气化技术主要有固定(移动)床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。
而1000 t/d 以上规模的煤气化装置基本都是采用的气流床气化技术，该技术已成为国内外大规模、高效率煤气化技术的首选技术
1、气流床气化技术特点
气流床气化又称同向气化或并流气化，属高温气化范围。
以过热蒸汽和氧气为气化剂，携带煤浆或煤粉颗粒通过特殊喷嘴高速喷入气化炉内，瞬间发生火焰反应，气化反应区温度高达2000 ℃，煤粉立即气化，转化为煤气和熔渣，出炉煤气温度1400 ℃左右。
其主要特点如下：
(1)气化温度高、强度大，混合充分，（气化强度高，生产能力大）气化炉
中部温度为1500～1600 ℃，气体停留时间约为1.0～1.5 s
(2)煤种适应性强，气化指标好，有效成分高（更宜选用活性高、地质年龄低、粒度较细、低灰熔点和低灰分的煤）。
灰的质量分数＞30％、灰熔点FT（流动温度）在1450 ℃以上时，则运转困难。
(3)耗氧量大；采用煤粉气力输送能耗大，设备磨损严重。
(4)出炉煤气温度很高，显热损失大；此法的缺点是飞灰带出物的质量分数
约为10％之多
(5)需配套余热回收及除尘等辅助装置。
（6）对于干粉煤气化技术，煤灰的粘温特性是非常重要的指标，它与气化炉水冷壁渣层特性具有很大的关联性，一般希望粘温曲线比较平缓，以便气化炉的操作窗口较大。
否则，厚度薄的渣层将缩短气化炉水冷壁的寿命，厚度厚的渣层将容易造成堵渣，严重时要停炉处理。
（7）均匀的原料煤是保证一体化现代煤化工装置连续、稳定运行的重要条件，由于煤炭品质的不均匀性，现代煤气化技术要求，最好对原料煤进行均质化，而均质化又受到场地和操作成本的限制。
因此，希望选定的煤气化技术能适应特定的原料煤，并对煤质波动有较强的适应性。
水煤浆和干粉煤技术为主的加压气流床技术由于技术先进，气化压力较高，符合大型化要求，近年来发展较快。
水煤浆加压气流床气化的代表
性技术包括GEGP（原Texaco）、多元料浆、多喷嘴对置和E-GAS。
干煤粉加压气流床气化的代表性技术包括Shell气化炉、西门子GSP气化炉、Prenflo炉和国内航天炉、两段炉。