固定床气化与气流床水煤浆气化集成的能量与经济分析
水煤浆气流床的气化能效比较
水煤浆气流床的气化能效比较刘兵;彭宝仔;方薪晖;刘臻【摘要】以神木煤为原料,在设定的操作工况下对5种不同类型的水煤浆气化炉进行了模拟研究,分析了喷嘴类型、气化炉壁面条件、合成气水激冷及废锅等余热回收装置对气化性能的影响,并在此基础上通过氧煤比(氧气与煤的质量比)、比氧耗、比煤耗、冷煤气效率、热效率等指标进行了气化能效比较.结果表明:5种水煤浆气化的比煤耗在540 kg煤/1000 m3(CO+H 2)～560 kg煤/1000 m3(CO+H 2)之间,比氧耗在360 m3 O2/1000 m3(CO+H2)～380 m3 O2/1000 m3(CO+H 2)之间,多喷嘴气化的比煤耗和比氧耗较单喷嘴气化的比煤耗和比氧耗低,碳转化率及冷煤气效率则高约2％;水冷壁炉用于低灰熔点煤,蒸汽产量较少,气化能效指标与热壁炉的气化能效指标相近;废锅可增加气化过程8％～15％的热效率;单辐射废锅较辐射-对流废锅易维护,投资低,且可回收90％以上全废锅的回收热量,是煤气化技术进一步节能增效的发展方向.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2018(041)004【总页数】5页(P62-66)【关键词】煤气化;热回收;比氧耗;比煤耗;冷煤气效率;热效率【作者】刘兵;彭宝仔;方薪晖;刘臻【作者单位】北京低碳清洁能源研究所,102211 北京;北京低碳清洁能源研究所,102211 北京;北京低碳清洁能源研究所,102211 北京;北京低碳清洁能源研究所,102211 北京【正文语种】中文【中图分类】TQ546;TQ0180 引言水煤浆气流床气化技术以其生产能力强、过程稳定、产物清洁环保等优点成为现代煤气化的主流技术之一[1-3].按喷嘴数量，气流床可分为顶置单喷嘴气化炉与多喷嘴气化炉；按炉型壁面换热方式，可分为采用耐火砖的热壁炉与采用水冷却的水冷壁炉；按合成气显热是否回收，可分为水激冷炉与带废锅的气化炉.目前，化工生产用的气化炉多以合成气下行激冷的热壁炉为主.随着技术进步及我国节能减排政策的日趋严格，煤气化过程的节能降耗受到越来越多的重视[4].目前针对水煤浆气化炉气化性能的研究，多针对单一炉型进行相关影响因素的实验模拟分析或论述.虽然在气化规模、炉型和配套设施、进料煤种及具体工艺参数上存在不同，但鲜有对几种典型水煤浆气化炉的气化能效在同一基准上进行横向分析比较的论述.本研究以GE水激冷炉(顶置单喷嘴、热壁、下行水激冷型，简称GE-WQ)[5]、华东理工多喷嘴对置式气化炉(侧壁多喷嘴对置式、热壁、下行水激冷型，简称ECUST)[6]、GE全废锅炉(顶置单喷嘴、热壁、气化腔下部带辐射废锅加对流废锅，简称GE-DSC)[7]、清华水冷壁炉(顶置单喷嘴、水冷壁、下行水激冷型，简称TH-MW)[8-9]及晋华炉(顶置单喷嘴、水冷壁、下部带辐射废锅型，简称JH)[10]为例，采用Aspen Plus对气化能效的主要指标进行模拟分析与比较.1 比较基准与模型假设受成浆性限制，水煤浆气流床气化原料多以烟煤为主.热壁炉受耐火砖耐温限制，要求煤的灰熔点不宜过高；水冷壁炉出于挂渣要求，煤中灰分不宜过少.为便于在同一基准上横向比较不同气化技术的区别，本研究统一采用在热壁炉及水冷壁炉均有成功工业应用的神木煤种作为原料煤.神木煤的分析数据见表1.表1 神木煤的工业分析与元素分析Table 1 Proximate and ultimate analysis of Shenmu coalProximate analysis(ad) w/%MAVFCUltimate analysis(daf)w/%CHONSQnet,v,d/(MJ·kg-1)6.76.533.853.083.474.5910.570.930.4426.99 气流床的操作温度通常根据进料煤的灰熔点确定.为保证顺利排渣，通常气化炉温比煤的灰熔点高100 ℃～150 ℃.该煤灰熔点为1 246 ℃，此处假设气化炉的气化(出口)温度为1 350 ℃.水煤浆气化炉的气化压力通常由下游工艺决定，实际使用的水煤浆气化炉操作压力多在4.0 MPa～8.5 MPa，此处统一设置为4.0 MPa以便于比较.GE水激冷炉等5种炉型对水煤浆气化的原料要求基本一致，此处设置水煤浆质量分数均为61.2%.气化用氧气纯度为99.6%，所含杂质为0.01%的氮气和0.03%的氩气.在气化室热损失或水冷壁传热方面，采用耐火砖的热壁炉热损失较小，此处忽略不计；水冷壁炉气化室的热损失主要来源于冷却水升温及蒸发带走的热量，可参考实际的气化炉运行数据进行设置.750 t/d清华水冷壁炉的热损失可按相应的4.5 MPa饱和蒸汽产量2 t/h进行估算[9]，晋华炉的水冷壁热损失按621 t/d进料产生4.5 MPa饱和蒸汽1 t/h[10]进行等比例估算.对单喷嘴气化炉，典型碳转化率在95%～99%，由于各气化炉设定的气化温度相同，煤质及水煤浆质量分数相同，喷嘴及气化炉结构类似，此处统一设置碳转化率为96%[11]；华东理工多喷嘴对置式气化炉因多喷嘴对置强化了混合且减少了顶置单喷嘴部分颗粒短路的影响，碳转化率有所提升[12]，此处按文献[13]假设碳转化率为98%.元素分析中的其余元素，如H，O，N，S在反应后的固渣中残留极少，本研究假设其全部反应进入气相组成中.在设定散热损失及碳转化率的基础上，氧气流量根据气化温度的需要用Aspen进行调节.废锅主要影响气化炉下游热回收效率，对气化性能本身影响不大.对于带有辐射废锅的气化炉，余热回收的效率主要取决于废锅的换热面积、热气体与壁面温差、灰渣沉积对传热效率的影响，以及合成气在废锅内的停留时间.GE全废锅炉因带有对流废锅，易造成灰渣沉积，使得开工率较低，且往往实际运行的热回收效率低于设计值.本研究参考神华宁煤实际运行的GE全废锅炉数据[14-15]，设定蒸汽产量为125 t/h.晋华炉水冷壁与辐射废锅的余热回收参考阳煤621 t/d产生约28 t/h饱和蒸汽的测试数据[10]，等比例放大至750 t/d计算蒸汽产量.气化单元热效率定义为粗合成气低位热值加上废锅回收的热量与煤低位发热量的比值.本研究除气化温度根据煤的灰熔点设定外，其余如气化压力、碳转化率、水煤浆质量分数及废锅换热量的设定等均参考类似工况的实际工业装置的运行参数或报道参数进行设定，建立了不同气化技术在相同工况条件下进行气化过程的比较基准.2 气化工艺条件根据以上假设，采用Aspen Plus的RYield和RGibbs模型对煤气化过程进行模拟，设置的工艺条件及产物组成见表2.其中，氧气流量为根据设定的气化出口温度调整后的流量，给水温度为通过汽包向水冷壁及废锅给水的温度.由表2可知，华东理工多喷嘴对置式气化炉气化的氧煤比最高，这主要是因为多喷嘴对置气化设定的碳转化率(98%)比单喷嘴气化设定的碳转化率高，相应的合成气中有效气(H2+CO)产量比单喷嘴合成气中有效气产量高约2%.在设定气化温度下，GE炉因采用耐火砖，散热小，达到相同碳转化率时其氧煤比较水冷壁炉的氧煤比略低.与Shell等干粉煤气化相比[16]，清华水冷壁炉与晋华炉在水冷壁部分产生的蒸汽较少，这主要是因为典型Shell气化炉操作温度(1 500 ℃～1 650 ℃)较高，蒸汽产量较多；而水煤浆水冷壁炉采用的神木煤灰含量较少，灰熔点较低，气化温度较低，因此，蒸汽产量较少.因各气化炉设定的气化温度相同，水煤浆水冷壁炉的热损失也较小，各气化炉产出合成气的组成基本一致.合成气产量的差异主要由设定的生产规模与碳转化率的差异造成.表2 气化工艺条件及产物组成Table 2 Gasification conditions and productcompositionsGasifierMass fraction of coal slurry/%Coal flowrate/(t·d-1)Oxygen flowrate/(m3·h-1)Oxygen temperature/℃Oxygen to coalratio/(kg O2·kg-1 coal(d))Outlet temperature/℃GE-WQ61.21 50041 347.9300.9451 350ECUST61.21 50041 837.6300.9561 350GE-DSC61.21 50041 347.9300.9451 350TH-MW61.275020 830.4300.9521350JH61.275020 767.9300.9491 350GasifierOperating pressure/MPaGCoal slurry temperature/℃Carbon conversion/%Cooling watertemperature/℃Steam pressure/MPaGE-WQ4.05096--ECUST4.05098--GE-DSC4.0509620010.3TH-MW4.050961054.5JH4.050961054.5GasifierSteam production/(t·h-1)Raw gas flowrate(d)/(m3·h-1)φH2(d)/%φCO(d)/%φCO2(d)/%φH2S(d)/%ρCH4(d)/(mg·m-3)GE-WQ-130 76032.9552.9313.490.1357.3ECUST-133 19132.8353.4113.130.1360.4GE-DSC125.00130 76032.9552.9313.490.1357.3TH-MW2.006513132.8252.8713.790.1355.6JH33.8265 21432.7852.930.140.1356.53 气化能效分析不同水煤浆气化技术的产气率和有效气含量见图1.由于神木煤含灰量较少，且设定的操作温度相对较低，各气化技术的粗煤气产气率(高于2.0 m3合成气/kg煤)和有效气含量(高于85%)均较高.华东理工多喷嘴对置式气化炉的产气率和有效气含量最高，这主要是由于多喷嘴对置式气化增强了气固混合从而提高了碳转化率[17].清华水冷壁炉与晋华炉因水冷壁吸热较少，产气率和有效气含量与热壁炉的产气率和有效气含量接近.GE炉因采用耐火砖气化，热损失较小，比水冷壁炉的产气率和有效气含量略高.图1 不同气化技术的产气率及有效气含量比较Fig.1 Comparison of gas production rate and syngas content among different gasificationtechnologies图2所示为不同气化技术的比煤耗和比氧耗.由图2可以看出，水煤浆气化的比煤耗在540 kg煤/1 000 m3(CO+H2)～560 kg煤/1 000 m3(CO+H2)之间，比氧耗在360 m3 O2/1 000 m3(CO+H2)～380 m3 O2/1 000 m3(CO+H2)之间.华东理工多喷嘴对置式气化炉因采用耐火砖，散热损失少，碳转化率高，比煤耗和比氧耗均最低；GE炉相应指标比水冷壁炉相应指标略低，这主要是由于GE炉散热损失略低于水冷壁炉的散热损失.废锅因安装于气化炉下游，对气化的比煤耗和比氧耗没有影响.图2 不同气化技术的比煤耗及比氧耗比较Fig.2 Comparison of specific coal consumption and specific oxygen consumption among different gasification technologies需要指出的是，清华水冷壁炉与晋华炉因神木煤灰熔点较低，采用的气化温度也较低，气化热损失相对较小，比煤耗和比氧耗与热壁炉的比煤耗和比氧耗相近.对于灰熔点较高或含灰量较高的煤，往往需要采用更高的气化温度，水冷壁炉的移热量会有较大增加，相应的比氧耗和比煤耗也会增加.在水冷壁冷端温度及煤种、生产规模一定的前提下，热辐射机理主导的水冷壁的移热量随温度变化的幅度通常与气化炉操作温度的3次方成正比.在维持96%碳转化率下，水冷壁气化炉操作温度与水冷壁移热量、比煤耗和比氧耗的关系见图3.其中，水冷壁移热量为基于1 350 ℃操作的750 t/d气化炉的实测值[9]按热辐射传热假设计算出的比率.图3 操作温度与水冷壁移热及生产物耗的关系Fig.3 Relationship between operating temperature, heat removal from water membrane wall and feedstock consumption由图3可以看出，对灰熔点较高的煤，较高的操作温度会显著增加水冷壁的移热量和蒸汽产量，相应地，合成气中的有效气含量也会降低，从而显著增加了合成气生产的比煤耗和比氧耗.不同气化技术的冷煤气效率与热效率见图4.对给定煤种与水煤浆质量分数，冷煤气效率主要取决于有效气产量及气化炉散热损失或移热量.采用耐火砖的热壁炉(如GE水激冷炉和华东理工多喷嘴对置式气化炉)因气化过程热损失最小，冷煤气效率高于采用水冷壁炉型的冷煤气效率，其中华东理工多喷嘴对置式气化炉因碳转化率和有效气产量高，冷煤气效率最高.废锅因位于气化炉反应段下游，对有效气产量无影响，因此，GE废锅炉型和水激冷炉型在冷煤气效率方面无差别.清华水冷壁炉与晋华炉因神木煤气化温度低，水冷壁移热量相对较小，对冷煤气效率影响不如在1 500 ℃～1 650 ℃条件下操作的Shell等干粉煤气化技术明显，因此，其冷煤气效率与热壁炉的冷煤气效率差别不大.对于水激冷型气化炉，如GE水激冷炉与华东理工多喷嘴对置式气化炉，因无余热回收装置，冷煤气效率与热效率相同.GE全废锅炉因通过辐射废锅与对流废锅对合成气显热进行回收，显热回收率最高，热效率最高(约93%)，但相应的投资成本较高，对流废锅因灰渣易沉积而造成堵塞或设备腐蚀，导致炉型实际投产应用较少.晋华炉水冷壁产生的蒸汽较少，合成气的显热主要依靠辐射废锅进行回收，废锅下部采用水激冷损失了部分显热，造成热效率(约88%)低于GE全废锅炉的热效率，但比采用全废锅炉方案投资成本低，且辐射废锅较对流废锅易于维护，通过设置略大的换热面积可回收大于90%全废锅炉方案的热量.清华水冷壁炉因水冷壁产蒸汽较少，热效率与GE水激冷炉的热效率相当.华东理工多喷嘴对置式气化炉的热效率略高于GE水冷壁炉和清华水冷壁炉的热效率，这主要是因为华东理工多喷嘴对置式气化炉设定的碳转化率较高，合成气产量较多，而水冷壁炉热回收量较少.图4 不同炉型气化效率比较Fig.4 Comparison of gasification efficiency among different gasifiers4 结论1) 多喷嘴气化可强化混合，提高碳转化率，比煤耗、比氧耗及冷煤气效率等指标均高于单喷嘴气化的相应指标.2) 对灰熔点温度较低的煤种，水冷壁炉的气化能效指标与热壁炉的气化能效指标区别不大，相应的水冷壁产蒸汽量也较小.3) 气化炉下游安装废锅可有效回收合成气显热.全废锅热回收效率最高，但相应投资成本与设备维护成本也较高.4) 单辐射废锅热回收效率低于全废锅热回收效率，但投资相对较低且易于维护，是煤气化技术进一步节能增效的发展方向.参考文献【相关文献】[1] 王辅臣，代正华.煤气化——煤炭高效清洁利用的核心技术[J].化学世界,2015(1):51-55. 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水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析
水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析首先，水煤浆水冷壁气化是一种将水煤浆喷入高温水冷壁炉膛中进行气化反应的技术。
与固定床气化相比，水煤浆水冷壁气化具有以下优点：1.煤种适应性强：水煤浆水冷壁气化可以处理各种不同种类、含灰量和含硫量的煤，具有较强的煤种适应性。
2.产气质量高：水煤浆水冷壁气化的产气质量好，气化效率高，煤气中的一氧化碳和氢气含量较高，对于后续的合成天然气、合成液体燃料等加工有利。
3.温度控制容易：水冷壁技术可以有效地控制气化反应的温度，提高反应的可控性和稳定性。
然而，水煤浆水冷壁气化也存在一些局限性：1.设备成本较高：水煤浆水冷壁气化需要高温和高压的反应环境，所以设备的制造和维护成本较高。
2.生产规模较小：由于设备复杂性和投资成本，水煤浆水冷壁气化尚处于发展初期，生产规模相对有限。
3.处理水煤浆的难度：水煤浆作为气化原料需要进行粉碎、干燥等处理，操作较为复杂。
固定床气化是一种将煤料在固定床中进行气化反应的技术。
与水煤浆水冷壁气化相比，固定床气化具有以下优点：1.技术成熟：固定床气化技术已经发展了几十年，成熟度高，设备和工艺稳定可靠。
2.适合大规模生产：由于技术成熟且设备简单，固定床气化适用于大规模煤气化项目。
3.研发投入较小：固定床气化技术相对较简单，所需的研究和开发投入相对较小。
然而，固定床气化也存在一些局限性：1.煤种适应性较差：固定床气化技术对于煤种适应性较差，一般需要选择相对纯净的炼焦煤进行气化。
2.热损失较大：固定床气化中存在大量的热损失，导致气化过程的热效率较低。
3.熔渣问题：在固定床气化过程中，煤中的灰分和矿物质会形成熔渣，容易造成设备堵塞和寿命缩短。
综上所述，水煤浆水冷壁气化和固定床气化在煤气化领域各具优势。
水煤浆水冷壁气化适用于小规模项目，能够处理不同种类和质量的煤，能够产生高质量的合成气。
而固定床气化适用于大规模生产，研发投入相对较小，但在煤种适应性和热效率等方面存在一些局限性。
水煤浆分级气化装备的节能降耗技术研究
水煤浆分级气化装备的节能降耗技术研究随着能源需求的不断增长，以及对环境保护的要求日益严格，水煤浆分级气化装备的节能降耗技术研究变得尤为重要。
水煤浆分级气化装备是一种将煤炭转化为可再生能源的技术，通过将煤炭与水混合形成水煤浆，再进行气化反应，产生可燃气体，有效利用煤炭资源，同时减少对环境的污染。
水煤浆分级气化装备的节能降耗技术主要包括以下几个方面：1. 煤炭粉碎技术的优化煤炭粉碎是水煤浆制备的关键步骤，合理选择煤炭粉碎机械，并进行参数优化，可以有效提高水煤浆的制备效率，降低能源消耗。
采用高效、节能的粉碎设备，可以减少煤炭的细碎度，提高煤炭的利用率。
此外，合理控制煤炭的粒度分布，有助于提高气化反应的效率，降低能耗。
2. 水煤浆制备工艺的改进水煤浆制备工艺的改进是节能降耗的关键。
传统的水煤浆制备过程中，常常使用高浓度的水煤浆，造成能源的浪费。
因此，采用低浓度水煤浆制备工艺，可以减少煤炭的消耗。
同时，在水煤浆的制备过程中，合理控制添加剂的使用量和比例，可以降低能源消耗，提高水煤浆的稳定性。
3. 水煤浆分级气化装备的结构优化水煤浆分级气化装备的结构优化也是节能降耗的重要方向之一。
通过改进反应器的结构和材料，减少能量的损失，提高反应效率；同时，合理设计气体分布系统，均匀分布水煤浆中的煤粒，提高气化反应的均匀性，进一步降低能耗。
此外，对气化剂的选择和气化反应的温度控制也可以实现能源的节约。
4. 生产过程中的能源回收利用在水煤浆分级气化装备的生产过程中，能源的回收利用对于节能降耗至关重要。
通过对气化反应中产生的热能、气体和灰渣进行有效的回收利用，可以减少能源消耗，提高能源利用率。
例如，利用余热发电技术，将气化反应中产生的热能转化为电能，供给装备运行过程中的电力需求。
总结起来，水煤浆分级气化装备的节能降耗技术研究旨在提高装备的能源利用率和产能，减少对环境的污染，推动煤炭资源的可持续利用。
通过优化煤炭粉碎技术、改进水煤浆制备工艺、优化装备结构和实现能源回收利用，可以实现水煤浆分级气化装备的节能降耗，为可再生能源的发展提供了有效的解决方案。
气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发
气流床煤气化的技术现状和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的开发于广锁, 刘海峰, 周志杰, 王亦飞, 王辅臣, 龚欣, 于遵宏(华东理工大学洁净煤技术研究所,上海 200237) 2005-09-16煤炭气化是对煤炭进行化学加工以实现煤炭洁净利用的关键。
气流床煤气化技术是现在最清洁的煤利用技术之一，主要包括：以水煤浆为原料的GE(Texaco)、Global E-Gas气化炉和以干粉煤为原料的Shell、Prenflo、Noell气化炉［1］。
在新型煤化工和能源转化技术中，煤气化都起有重要作用，特别是在我国，煤气化具有作为原料气和燃料气的双重市场需求，被广泛应用于化工、冶金、机械、建材等行业和煤气生产企业。
1国外技术现状和发展趋势1.1 技术现状1.1.1 GE(Texaco)气化炉美国Texaco公司(2005年5月气化部分被GE收购)开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，液态排渣，煤气有效成分（CO＋H2）为80%(体积分数)左右，不含焦油、酚等有机物质，碳转化率96%～99%，气化强度大，炉子结构简单，煤适应范围较宽。
目前Texaco的最大商业装置是Tampa电站，于1989年立项，1996年7月投运，12月宣布进入验证运行。
该装置为单炉，日处理煤2 000～2 400 t，气化压力为2.8 MPa，冷煤气效率约76%。
喷嘴、气化炉、激冷环等为Texaco水煤浆气化的技术关键。
更大尺寸Texaco气化炉提高碳转化率的方案为：增加气化炉的停留时间；气化炉直径给定下增加长径比。
Texaco水煤浆气化技术自工业化应用以来，先后在世界各地建成多套生产装置，表1为Texaco水煤浆气化技术的应用情况。
从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看，由于工程设计和操作经验的不完善，装置还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态。
存在的问题主要表现在以下几个方面。
◆烧嘴烧嘴是Texaco气化工艺的关键，其寿命直接决定着装置的长期、经济运行。
三种煤气化工艺详述
三种煤气化炉技术介绍一、概述煤气化技术的开发与应用大约经历了200年的发展历史。
煤气化技术按固体和气体的接触方式可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种，其中熔融床技术还没有实际应用开发，各种煤气化炉的模式见图1。
图1 各种煤气化炉模式图1.固定床。
固定床气化炉是最早开发出的气化炉，如图1（a）所示，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
特点是单位容积的煤处理量小，大型化困难。
目前，运转中的固定床气化炉主要有鲁奇气化炉和BGC-鲁奇炉两种。
2.流化床。
流化床气化炉如图1（b）所示，在分散板上供给粉煤，在分散板下送入气化剂（氧、水蒸气），使煤在悬浮状下进行气化。
流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。
3.气流床。
气流床气化炉如图1（c）所示，粉煤与气化剂（O2、水蒸气）一起从喷嘴高速吹入炉内，快速气化。
特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。
气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。
气流床按照进料方式又可分为湿法进料（水煤浆）气流床和干法进料（煤粉）气流床。
前者以德士古气化炉为代表，还有国内开发的多元料浆加压气化炉、多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化炉；后者以壳牌气化炉为代表，还有GSP炉以及国内开发的航天炉、两段炉、清华炉、四喷嘴干粉煤炉。
二、三种先进的煤气化工艺我国引进并被广泛采用的三种先进煤气化工艺——鲁奇气化炉、壳牌气化炉、德士古气化炉。
1.鲁奇气化炉（结构见图2）属于固定床气化炉的一种。
鲁奇气化炉是1939年由德国鲁奇公司设计，经不断的研究改进已推出了第五代炉型，目前在各种气化炉中实绩最好。
德国SVZ Schwarze Pumpe公司已将这种炉型应用于各种废弃物气化的商业化装置。
我国在20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉并在云南投产。
1987年建成投产的天脊煤化工集团公司从德国引进的4台直径3800mm的Ⅳ型鲁奇炉，先后采用阳泉煤、晋城煤和西山官地煤等煤种进行试验，经过10多年的探索，基本掌握了鲁奇炉气化贫瘦煤生产合成氨的技术，现建成的第五台鲁奇炉已投产，形成了年产45万吨合成氨的能力。
深入分析固定床煤气炉的防流措施问题,中国造气网,煤气化,造气,固定层,水煤浆,粉煤气化,富...
深入分析固定床煤气炉的防流措施问题,中国造气网,煤气化,造气,固定层,水煤浆,粉煤气化,富...目前，虽然已经有一些使用∮2米系列煤气炉的厂家更换为加大的煤气炉底盘，从根本上解决了从煤气炉扩径改造后出现的底盘部分不配套的问题，而改造过底盘的这一部分煤气炉仅占煤化工行业拥有煤气炉总数的3％左右。
因此绝大多数厂家的造气生产仍然受到该问题的困扰，探讨和完善煤气炉防流问题仍然是很有必要的。
煤气化技术广泛应用于化工、冶金、机械、建材等行业和城市煤气的生产。
目前，我国拥有UGI系列煤气炉约10000台左右，其中煤化工行业拥有煤气炉4000余台，而且以固定层间歇气化为主，富氧连续气化所占比例很小。
我国煤化工行业现有煤气炉的系列分支来源于三个方面；一是1935年引进美国设计的∮2745煤气炉；二是1959年引进前苏联∮3600煤气炉。
三是1958年我国自主开发的∮1980煤气炉，这就是前期煤化工行业定型的三种煤气炉。
经过几十年的发展，目前∮2745煤气炉和∮1980煤气炉已经发展成系列炉型。
∮3600煤气炉只有部分厂家进行了水夹套增加高度、水夹套与炉裙连接形式改、停用燃烧室、五边扇型炉箅更换为塔形炉箅和破渣条形状改进等项技术改造。
另外也是只有一部分厂家进行了将“倒锥形”水夹套改为“直筒型”水夹套的技术改造。
∮3600煤气炉必竟在煤气炉总数里边是占极少数的，但它总体的运行状况是好于∮2745～∮3300煤气炉。
∮2745煤气炉和∮1980煤气炉在逐步扩径改造的历程中，走的是先扩大后完善的道路，扩径进程中走了不少的弯路。
单就2米系列煤气炉来讲，至今还有些设备方面的缺陷有待于进一步完善，例如煤气炉的防流问题。
防流问题在造气理论和技术改造方面都是比较新课题，上世纪90年代中期以前，行业里根本没有煤气炉防流这个词汇。
这项工作任务和这个词汇的起源始于∮2米系列煤气炉的扩径改造进程中，1993年开始煤气炉第三次扩径改造，∮2400煤气炉改为∮2600煤气炉，或∮在2260基础上直接扩径为∮2600以后，防流问题已显突出，最先出现的防流措施是防流圈。
BGL炉技术经济评价与最佳运行方案
BGL炉技术经济评价与最佳运行方案BGL气化炉，为碎煤加压气化液态排渣移动床气化炉，它是在原碎煤加压气化固态排渣移动床鲁奇气化炉基础上发展而来。
它克服鲁奇气化炉水蒸汽分解率低、工艺废水量大、气化温度低、固定碳利用率不高、装置能力低等弊病。
它是目前以煤气化为核心的传统煤化工、现代煤化工主要气化技术之一。
BGL气化炉工作原理气化剂为纯氧和水蒸汽，随着炉内压力、温度增加，气化、干馏强度与装置能力加大，产油率（尤其是轻质油）和油品质量提升，煤气热值也随压力增加而提高。
对煤质要求：煤的强度、热稳定性要好（尤其是热稳定性），非粘结性，灰熔点要低，煤具有一定粒度（5-50mm）。
该炉非常适合于高挥发分煤，如低阶煤当中的烟煤（长烟煤、不粘煤、弱粘煤等）、褐煤等。
该炉，从上到下分为干燥层、干馏层、甲烷层、还原层、氧化灰熔层。
1、氧化灰熔层。
也叫燃烧层，或放热层，在此半焦与氧充分接触燃烧，并形成高温区，促使灰熔，同时也为上面各层反应提供热量。
氧化灰熔层温度>2000℃，主要化学反应。
C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+Q2CO+O2→2CO2+Q2、还原层。
也叫气化层，或吸热层，它是水煤气主要产生层。
还原层温度>800℃，温度越高越有利于还原反应，主要化学反应。
CO2+C→2CO-QCO+H2O→CO2+H2+QC+H2O→CO+H2-QC+2H2O→CO2+2H2-Q3、甲烷层。
该层也是一个放热反应，增加压力、降低温度有利于甲烷生成。
同时，也有利于轻质油的生成。
甲烷层温度550℃-800℃，主要化学反应。
C+2H2→CH4+QCO+3H2→CH4+H2O+Q2CO+2H2O→CH4+2CO2+QCO2+4H2→CH4+2H2O+Q2C+2H2O→CH4+CO2+Q轻质油生成反应nCO+（2n+1）H2→C n H2n+2+nH2O+Q2nCO+（n+1）H2→C n H2n+2+nCO2+Q（3n+1）CO+（n+1）H2O→C n H2n+2+（2n+1）CO2+QnCO2+（3n+1）H2→C n H2n+2+2nH2O+Q总反应：2CO+2H2→｛ CH2 ｝ +CO2+Q4、干馏层。
合成氨不同工艺能耗对比
10万吨/年合成氨工艺技术比较工艺技术的选择1、造气工段煤气化工艺过程的发展已有百余年的历史，迄今为止已开发的气化方法不下数百种，按照煤在气化炉的运行和接触方式，可以分为（1）流化床气化、（2）气流床气化、（3）熔融床气化、（4）移动床气化（固定床）·流化床气化技术煤的流化床气化是指气化反应在以气化剂与煤形成的流化床内进行的。
流化床气化炉采用粉碎了的煤作为原料，用氧化剂（氧气或空气）来进行床体流化，其温度保持在1000℃以下，以预防灰熔化后与炉床里的物质发生结聚。
氧化剂的有限流量意味着大多数煤粒不会充分燃烧，而是收缩成碳素粒，被合成气带出气化炉。
这就需要大量的碳素粒循环，或被传送到分离燃烧室中燃烧。
流化床气化技术主要有温克勒（winkler）、高温温克勒（HTW）、U-Gas、恩德炉、灰熔聚等流化床粉煤气化技术。
现我国应用较多的是恩德炉、灰熔聚。
目前在朝鲜和我国共有十多台恩德气化炉在运行中，运行最好的是通辽梅花生物科技有限公司，现有2台发气量20000NM3/h的炉子，2006年11月投产，运行正常。
最关键的问题仍然是煤种，该炉要求煤种为褐煤、长焰煤、弱粘结煤，具体数据为灰熔点1250℃以上；煤活性950℃时大于65％，原则上控制在87％以上；粘结性、F.S.N ≤21/2。
另外内外水要干燥到12％以下，目前为止，恩德炉工艺最适宜的煤种是褐煤。
中科院山西煤化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化技术，该技术可用多种煤质作原料，如烟煤、焦炭、焦粉等，使用粉煤在1100℃下气化，固体排渣，无废气排放。
该技术工业示范装置已于2001年在陕西城固氮肥厂建成，小时投煤量4.2吨。
其煤种适应性广，操作温度约为1000～1080℃，反应压力为0.03～0.05MPa(G)。
气化炉是一个单段流化床，结构简单，可在流化床内一次实现煤的破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解。
带出细粉经除尘系统捕集后返回气化炉，再次参加反应，有利于碳利用率的进一步提高。
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摘 要 ：针 对 煤 制 天 然 气 工 艺 中 固定 床 气 化 产 生 大 量 含 有 焦 油 、 酚 等 难 处 理 物 质 的 废 水 ，提 出 了 将 固定 床 气 化 和 气 流 床水 煤 浆 气化 相结 合 的 气化 方式 解 决 废 水 问题 。考 察 了未 分 离 焦 油 煤 气 水 直 接 制 浆 和 分 离 焦 油 后 酚 水 再 制 浆 的 两 种 气 化 集 成 方 式 ，以 煤 制 天 然 气 项 目为 基 础 对 其 进 行 能 量 与 经 济 分 析 。结 果 表 明 ：与 单 一 气 流 床 相 比 ， 固 定 床 气 化 和 气 流 床 水 煤 浆 气 化 耦 合 提 高 了 系 统 冷 煤 气 效 率 ；当 固定 床 与 气 流 床 水 煤 浆 气 化 干 基 煤 处 理 量 比为 ２ ，未 分 离 焦 油 煤 气 水 直 接 制 浆 和 分 离 焦 油 后 酚 水 再 制 浆 两 种 气 化 集 成 方 式 的气 化 系 统 煤 耗 分 别 为 ５ ６ ３ ｋ ｇ・ ｋ ｍ （ Ｃ Ｏ＋Ｈ２ ＋３ ． １ ２ ×Ｃ Ｈ ）和 ５ ９ ９ ｋ ｇ・ ｋ ｍ （ Ｃ Ｏ＋ Ｈ２ ＋３ ． １ ２ ×Ｃ Ｈ ） ，氧 耗 分 别 为 ２ １ ２ ｍ 。 Ｏ２ ・ｋ ｍ （ ｃ Ｏ＋ Ｈ２ ＋ ３ ． １ ２ ×Ｃ Ｈ４ ）和 ２ ０ ６ ｍ。 Ｏ ２・ ｋ ｍ （ Ｃ Ｏ＋ Ｈ２ ＋３ ． １ ２ ×ＣＨ ） ，冷 煤 气 效 率 分 别 为 ８ ４ ． ４ ４ 和 ８ ６ ． ７ ４ ，总 热 效 率 分别为 ７ ２ ． ５ ３ 和 ７ ４ ． ８ ７ ，且 副 产 焦 油 的气 化 集 成 方 案 与 单 一 固定 床 气 化 方 案 相 比 ，其 天然 气 生 产 成 本 增 加 不
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中图 分 类 号 ：Ｔ Ｑ Ｏ １
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０ ４ ３ ８ —１ １ ５ ７（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ —２ １ ８ ６ —０ ８
Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｇ ａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
第 ６ ４卷
第 ６期
化
工 学 报
Ｖｏ１ ． ６４ Ｎｏ．６
２ ０ １ ３年 ６月
ＣＩ ＥＳＣ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ
１３ Ｊ ｕ ｎ ｅ ２Ｏ
固定床 气化 与气 流床 水煤 浆气 化 集成 的
能 量 与 经 济 分 析
邵 迪 ， 代 正 华 ， 于 广 锁 ， 龚 欣 ，王 辅 臣
明显 ，经 济 上 可 行 。
关 键 词 ：煤 制 天 然 气 ；固 定 床 气化 ；气 流床 水 煤 浆气 化 ；能 量 分 析 ；经 济 分 析
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ４ ３ ８ — １ １ ５ ７ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ３ ８