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
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第 ６ 卷第 １７ 期 ２０１４ 年 ６ 月中旬刊
磨材料。煤气初步净化设备由混合器、旋风分离器、水洗塔三部分组成。 多喷嘴水煤浆技术已在兖矿国泰、兖矿鲁化、神华宁煤集团、华鲁
恒升等多家单位实现应用，正逐步推广。 2.2 两段式干煤粉加压气化技术（TPRI）[5] 合格煤粉经干燥后，采用 N2 输送至气化炉一二段喷嘴。一段处与氧
1 国外气流床煤气化技术 1.1 TexaCO 煤气化技术（TCGP）[1] 德士古煤气化技术主要包括煤浆制备、灰渣排出、水煤气化等技术。 原料经磨机制成浓度为 60%-65% 的水煤浆，然后由高压煤浆泵送入烧嘴。 同时来自空分氧气（99.6%）稳压后进入烧嘴。水煤浆和氧气在高温下发 生煤的裂解和燃烧以及气化反应，生成的以 CO 和 H2 为主的粗合成气。 粗合成气经激冷后降温饱和后出气化炉。气体经文丘里洗涤器、碳洗塔， 洗涤除尘冷却后送至变换工段。反应生成的熔渣进入激冷室激冷后被分 离出来，通过渣斗，定时排入渣池。黑水一部分循环回气化炉，一部分 经四级闪蒸后送往澄清槽进行处理。该技术具有原料适应性广，合成气 质量高，环境效益好，后续工段功耗小，控制系统先进，操作安全性高 等特点。但是 TexaCO 气化技术也存在气化炉耐火材料、炉膛热电偶寿命 短，烧嘴容易损坏（一般约 50 天左右），黑水管线容易堵塞、磨蚀等现 阶段难以完全解决的工程技术问题。 磨机、煤浆泵、德士古烧嘴、气化炉、碳洗塔、激冷环、破渣机等 是此技术必不可少的设备。德士古烧嘴采用外混式三流道设计，中心管 和外环隙走氧气，内环隙走煤浆。烧嘴头部有冷却水夹套及冷却水盘管， 以保护烧嘴不被烧坏。气化炉采用两相并流型，上部为燃烧室，下部为 激冷室。现工程应用有三种规格：12.74m3、16.98m3、25.47m3 三种气化 室容积，其中 12.74m3 在国内外应用广泛，操作经验丰富。激冷环主要作 用是分布激冷水，保护下降管不受高温气体及熔渣的损坏。 20 世纪 80 年至今我国先后在鲁南化肥厂、上海焦化厂、渭河化肥厂、 华鲁恒升、兖矿集团等单位的 30 多个项目引进该技术，用于生产甲醇、 合成氨、CO、氢气等。 1.2 sHell 煤气化技术（SCGP）[2] 90% 以上粒径 5~90μm 的合格煤粉，干燥后由高压氮气或二氧化碳 将煤粉送至气化炉煤烧嘴，高压纯氧经预热后与 300℃中压过热蒸汽混 合后导入烧嘴。煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的裂 解、燃烧、气化反应。气化炉顶部的高温煤气经冷煤气激冷至 900℃左 右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量后的煤气进入干式除尘 及湿法洗涤系统，处理后的煤气尘含量小于 1mg/m3 送后续工序。高温熔 渣自流入气化炉下部的渣池进行激冷，定时排放，炉渣经后续工序加工 成商品出售。湿洗排出的废水大部分循环利用，小部分送污水处理工段。 SHell 技术具有原料适应性广，碳转化率、热效率高，调节容易，“三废” 易处理等优点。但是同时存在工艺流程、控制系统、设备结构复杂，引 进设备和仪表多、布置结构复杂、项目建设周期长、投资大，高压氮气 和超高压氮气用量大的缺点。 SHell 技术的关键设备主要有：气化炉、喷嘴、废热锅炉、激冷气压 缩机、高温高压飞灰过滤器、破渣机、捞渣机、磨煤机、强制循环泵等。 气化炉上部为燃烧室，下部为激冷室。炉体包括膜式水冷壁，环形空间、 高压容器外壳。水冷壁采用以渣抗渣，以渣护壁的原理防止温度过高或 者腐蚀等损坏气化炉内衬。喷嘴采用 5 环道共环式设计，4-6 个烧嘴在燃
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Байду номын сангаас
国内外典型气流床煤气化技术概述
温 博 王少杰 杨 政 黄 晶
（陕西煤化工技术工程中心有限公司，陕西西安 710075）
摘 要：本文主要对 TCGP、SCGP、GSP、多喷嘴水煤浆技术（OMB）、两段加压技术（TPRI）、航天炉（HT-L）、非熔渣 - 熔渣分级气化技术、 多元料浆（MCSG）8 种典型、先进的气流床煤气化技术、关键设备以及国内工业化应用情况进行介绍。
气、蒸汽混合喷入气化炉，发生裂解以及氧化反应，产生湿煤气。二段 粉煤与蒸汽（不加氧）利用来自一段的煤气显热进行煤的裂解、挥发物 的气化和碳的气化反应，产生额外的煤气。粗煤气从气化炉顶部排出进 入冷却系统煤气冷却器（废热锅炉流程）/（激冷罐激冷流程）等回收热 量降温，后经洗涤系统除尘，降温净化，送后续工段。两段式气化技术 原料适应广，碳转化率高，有效气含量高、质量好，环境效益好。气化 炉运转周期长，无需备炉。
水激冷与德士古工艺相同，下部激冷，上部排气。气化烧嘴采用三通道 的外冷式结构，中心走氧气，内环走煤粉，外环走冷却水。
航天炉技术在我国推广很快，现已在河南濮阳龙宇（150Kt/a）甲醇、 安徽灵泉（150Kt/a）合成氨投产成功，并且在设计及在建后续项目 13 个， 共有气化炉 23 个，主要用于甲醇、氨，CH4 的生产。
2.4 非熔渣 - 熔渣分级气化气化技术 [7] 分级气化技术的反应过程包括：脱水和挥发、燃烧、气化、再燃烧、 再气化 5 个阶段，与其他技术的 3 步反应不同。第一段气化剂采用纯氧 与 CO2、N2、水蒸气等的混合物，保持一段的温度在灰熔点以下。二段 补充部分氧气使未燃的物料氧化反应，使第二段的温度达到煤的灰熔点 以上并完成全部气化。该技术适合煤种广泛，在采用 CO2 作为喷嘴中心 气体后，两段式气化在较低的氧煤比下，即可达到连续气化下同样的碳 转化率和冷煤气效率，可以减少氧耗，节约生产成本，并且有效气含量高。 关键设备主要有气化炉、烧嘴、洗涤塔、棒磨机、煤浆泵等。气化 炉采用水冷壁结构，其轴向温度均衡，呈低 - 高 - 低趋势，长径比相对 较大。分级给氧使气化炉顶区域发生气化反应，促使气化流场更合理， 衬里寿命增长。主烧嘴采用三级流道形式，分级给氧温度较其他水煤浆 技术低 200℃，经验证烧嘴的寿命可达到 106 天。 分级气化技术已在丰喜肥业集团实现投产，在建项目有 5 个，分别 为内蒙古鄂尔多斯金诚泰、内蒙古鄂尔多斯上海惠生、内蒙古呼伦贝尔 大唐电力、山西焦化、山西丰喜肥业二期。 2.5 多元料浆气化技术（MCSG）[7] 多元料浆气化技术采用多种原料制浆：固相包括煤、石油焦、沥青、 油、煤液化残渣，液相可以是水、废液、废水，通过添加一定的添加剂 制成合格浆料。此项技术工艺流程与水煤浆气化技术相同。但是该技术 原料适应性更广泛，操作安全易控，碳转化率高，环境效益好。设备国 产化程度高，灰水处理工艺流程简单，配套新型技术跟进快，装置投资少， 可在煤化工、石油化工生产中应用。 磨机（棒磨机）、气化炉、喷嘴、洗涤塔、高温热水器、空冷器等 设备在这个技术中占有重要地位。尤其气化炉炉膛结构和三通道喷嘴雾 化流场的良好匹配以及激冷结构的改进强化了此技术的优越性。 兰溪丰登化肥厂、浙江巨化股份公司、山东华鲁恒升大化肥、陕西 兴平化工厂在装置改造中采用多元料浆气化技术取得良好效果。