流化床煤气化灰团聚行为实验研究
灰融聚流化床粉煤气化技术在焦炉气制甲醇补碳上的应用
２ 灰 融聚 流 化 床 粉 煤 气 化 补 碳 装 置
２ １ 装 置 组 成 ．
山西 天脊 潞安 化 工有 限公 司补碳 装 置 的设 计
分 为两个 系列 ，每 个 系列均 包 括 以下 内容 。
供 煤 系 统 由 一 个 煤 斗 和 两 个 给 煤 系 统 组
ｃ ｋｅ ｏｖ ｎ ｇａ Ｏ ｍ ｅ ｈａ ｏｌ ｔ ｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ｈ ａ ｇｌ ｅ ａ ｉ ｓｆｃ ｔｏｎ ｓ ｓ ｅ ， ｈ ｐ ｃｆｃ ｔｏｎ ｆ ｏ ｅ ｓｔ ｔ ｎ ， ｈ ｔ ｕｃ ｕ ｅｏｆａｓ ｇ ｏｍ ｒ ｔｏｎ ｇａ ｉｉａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉｉａ ｉ ｓ ｏ ｔ ｅ ｇａ ｉｉ ｒ ａ ｄ ｉｓ ｓ ｉｅ ｏｌｏ ｕｐ ｍ ｅ ｈ ｎｏ ｙｎ ｈｅ ｉ ｒ ｅ ｓ． ｈ ｓｆｅ ， ｎ ｔ ｕ ｔ ｄ ｆ ｌ ｗ ｔ ａ ｌｓ ｔ ｓ ｓ ｐ ｏｃ ｓ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ｃ ｋｅ ｏ ｎ ｇａ ｍ ｅ ｈａ ｏｌ ａ ｄｉ ａ ｂ ｏ ｃ ａ ｈ ａ ｇｌ ｍ ｅ ａ ｉ ｇ ｄ ： ｏ ｖｅ ｓ； ｔ ｎ ； ｄ ｎｇ ｃ ｒ ｏｎ ｓ ｕｒ ｅ； ｓ ｇ ｏ ｒ ｔｎ
第３ ７卷 第 １期
２ｌ 年 Ｏ １ ２ 月
化 工 设 计 通 讯
Ｃｈｅ ｉａ ｍ ｃ ｌＥｎｇ ｎｅ ｒｎｇ Ｄｅ ｉ ｎ Ｃｏｍ ｍ ｕ ｃ ｔｏｎ ｉ ｅ ｉ ｓｇ ｎｉａ ｉ ｓ ‘ ６９ 。
灰 融聚 流化 床 粉 煤 气 化 技 术 在 焦 炉 气 制 甲醇 补 碳 上 的应 用
・
Байду номын сангаас
７ ０・
化 工 设 计 通 讯 灰 熔 点
我国循环流化床煤气化技术工艺研究现状
我国循环流化床煤气化技术工艺研究现状张进（化工学院能源化学工程14-1班 06142588）摘要：第一台工业流化床自1954年投产以来，在国内外得到了迅速的推广与发展。
近年来，使用循环流化床（CFB）做气化炉的工艺得到了迅速发展，使燃烧效率、碳转换率等得到了较明显的提高。
在国内煤气化领域中，主要用流化床气化炉来气化碎煤。
流化床气化炉在气化高活性、低阶煤种方面,具有其它煤气化技术不可比拟的优势。
[1]综述了循环流化床煤气化工艺流程，并对循环流化床气化的应用情况和工艺特点加以说明。
关键词：流化床煤气化循环流化床气化炉工艺特点煤炭气化是清洁煤利用技术之一。
流化床煤气化技术作为一种清洁煤气化技术更受到了国内外的普遍重视。
循环流化床技术是近年来在沸腾炉上发展起来的一项新技术。
在环保、能源的充分利用、热效率的提高等方面都比沸腾炉效果好，而且在气化高活性、低阶煤种方面，具有其它煤气化技术不可比拟的优势。
[1]发展循环流化床气化技术是适合我国国情的，对满足我国城市民用煤气和工业用煤气的需求、发展清洁煤利用技术有重大作用。
1循环流化床煤气化工艺流程原料煤经皮带运输至破碎机粉碎至4mm以下，送入煤仓备用。
煤粉在开车前将经给料、输送机送入立管中。
开车过程中，细煤粉经给料器、斗式提升机送到计量煤斗，经升压后进入料煤斗，由此稳定地经旋转阀、水冷螺旋给料器进入进料管，并送入循环流化床气化炉下部。
过程中所用空气(或氧气)来自压缩机，经预热后与废热锅炉所产生的水蒸气混合，由炉底经分布板进入炉内。
如有必要可以将气化剂的一部分做为二次气化剂由炉的中下部送入。
生成的煤气由气化炉顶部引出，粗煤气中含有大量的未转化碳颗粒和水蒸气。
经过分离系统分离后，95%以上的颗粒收集下落入立管中，经返料系统返回到气化炉底部。
此外，在喇叭状炉床内还形成物料的内循环。
由于新鲜原料、气化剂和大多数炉灰的循环物质之间的迅速混合，气化反应在气化炉底部附近立即开始进行。
灰熔聚流化床粉煤气化模拟
蒙古呼蒙境内的褐煤 （ 见表 １ ） 。
表１ 入 炉 粉煤 分析 数 据 表
粉 煤气 化过 程是 固态 的粉煤 在高 温状 态下进 行
的燃烧反应 ，气化产物均为轻气体 ，因此物性方法
选用 Ｐ Ｒ — Ｂ Ｍ。
粉煤成分复杂 ，无法用具体 的组分来对其进行 表 征 ，是一 种 典型 的非常 规 固体 组 分 ，本 文选 用煤
图１ 灰熔聚流化 床粉煤气化过程的模 拟流 程图
煤气进行降温 ，由于此处煤气 中氧化剂和 ｃ等成 分 的含量已经很少 ，假定此处通人 的脱氧水不再和 煤气中的组分发生反应 ，只是降低煤气温度并提高 了煤气中水分含量 ，因此选用 Ｍ ｉ ｘ ｅ ｒ 模块模拟计算 粗 煤气 和水 分混 合 的过程 。 灰熔聚流化床粉煤气化过程 中大部分灰分在高 温状 态下 发生熔 融形 成颗粒 状 灰渣从 炉底排 出 ，少 量灰分被煤气从炉顶带走 ，经旋风分离系统分离 ， 因此选用 Ｓ Ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ 模 块 将 流 化 床 层 中 的灰 分 全 部 分 离 ，最终得 到煤 气 。
一
重 技 术
豺蝴
蛰镳
再 利用 ，避 免 飞灰 对后 续工 序产 生影 响并提 高整 体
过 粉煤 的元素 分析 得到 ，Ｈ ： ０和 ＡＳ Ｈ （ 灰分） 含 量
燃烧效率；在流化床底部采用了独特的气体分布器 和灰团聚分离装置，中心射流形成床内局部高温 区 （ １ ２ ０ ０ ～ １ ３ ０ ０ ℃） ，使其 中的灰分处 于半熔融状态 并逐渐 团聚成球 ，借助重力作用使灰分球从流化床 底 部分 离ｌ １ １ 。
１ Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ 模 型 建 立
本 文 根 据 灰 熔 聚 流 化 床 粉 煤 气 化 过 程 建 立 Ａ Ｓ Ｐ Ｅ Ｎ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ模 拟流程 图 （ 见图 １ ） 。
灰熔聚流化床粉煤气化技术原理
灰熔聚流化床粉煤气化技术原理摘要：煤气化是将固态煤转化为气态燃料或化工合成原料（CO+H2）的过程，由于煤炭的储量丰富，特别是我国等一些国家富煤少油贫气，煤气化技术就变的更加重要。
一、灰熔聚流化床粉煤气化技术的开发历程针对我国能源以煤为主、煤种多、烟煤多、粉煤多、煤灰份高、灰熔点高的特点,国家从“六五”计划开始投入大量人力、物力，研制开发先进煤气化技术（包括固定床、流化床、气流床）。
中科院山西煤化所积极地进行了灰熔聚流化床粉煤气化技术的研发。
八十年代，在中国科学院（重点科技攻关项目专项）、国家科委(75-10-05)攻关计划支持下，在原有煤气化和流化床技术的基础上，先后建立了φ300mm（1吨煤/天）气化试验装置、φ1000mm冷态试验装置、φ1000mm（0.1～0.5 MPa ，24吨煤/天）中间试验装置、φ145mm实验室煤种评价试验装置。
在理论研究、冷态模试、实验室小试和中试试验基础上，系统地研究了灰熔聚流化床粉煤气化过程中的理论和工程放大特性；通过对气化过程中煤化学、灰化学与气固流体力学的研究，研制了特殊结构的射流分布器，创造性地解决了强烈混合状态下煤灰团聚物与半焦选择性分离等重大技术难题；设计了独特的“飞灰”可控循环新工艺，实现了多种煤的高效流化床气化。
通过对工艺过程的系统集成和优化，在大量的实验验证基础上，取得了完整的工业放大数据和丰富的运行经验，成功开发了灰熔聚流化床粉煤气化技术。
九十年代，在中国科学院（重点科研项目）、国家计委(85-207)攻关计划支持下，建立了φ200mm（1.0～1.5MPa）加压试验装置和φ2400mm常压工业示范装置。
氧/蒸汽鼓风制化工合成气的中试研究，为工业示范装置提供了准确的工程设计方法和依据；2001年单炉配套2万吨合成氨/年规模工业示范装置成功运行，实现了该技术的工业化应用，为我国中小化肥厂改变原料路线提供了具有自主知识产权的先进煤气化技术，现已能设计单台处理量100~300吨煤/日的气化炉(0.03～0.5MPa，φ2.4米，配套2～6万吨合成氨/年)。
灰粘聚流化床粉煤气化技术及其在工业生产中的应用
用丁 】０Ｎ ａ ． Ｐ 选择性排灰流化床粉煤气化技术建
设 ２０技术 特点
浮状态运动 ， 迅速地进行混合 和热交换 ， 以使整个
床 层 温度 和组 成 均一 ， 使气 、 并 固两 相 流化 态 ， 煤
与气化剂在一定温度 和压力 条件下反应生成煤
验 。２０ ０２年 ３月 至 ２０ ０３年 ６月 累计运 行 ８００ｈ ０
（） ６ 连续气化 ， 无废气排放 ， 实现 了工业 自动
化操作， 且产品中不含焦油 ， 含酚量低， 洗涤水中
焦油、 Ｃ 等含量少， 酚、Ｎ一 易于处理 ， 减少污染
（） ７ 生产装置全部国产化 ， 投资相对较低。 （） ８ 操作条件友好。 粉煤气 化 的不足之 处 ：
气。
一
灰粘聚流化床气化技术是国内 自 主开发的粉
般流化床煤气化炉不能从床层中排 出低碳
煤 气化 技术 ， 具有 以下特点 ： 它
灰渣 ， 这是因为要保持床层 中高的碳灰 比和维持 稳定的不结渣操作 ， 流化床 内必须混合 良好。因 此， 排出的灰渣组成与炉 内混合物料组成基本相 同， 故排出的灰渣碳含量较高 （５ ～ ０ 。为 １％ ２ ％） 此 ， 出了灰 粘聚 （ 融 聚 、 熔 聚 、 团聚 ） 提 灰 灰 灰 的排 灰方式， 即提高流化床层 内局部区域温度， 使煤中 的灰分在软化点（ ７ 而未熔融的状态下 ， ｓ１ ） 相互碰 撞粘结成含碳量较低的灰球 ， 有选择地排出炉外。 这与固态排渣相 比， 降低 了灰渣中的残碳量 ； 而与
有约 １％左右的 Ｎ ， ７ 所以对原装置中压缩机的能
力影响不大， 后工段不需作大的改动 ， 只需增加脱 碳能力即可 与原装置配套使用 。具体有下列几种
灰熔聚流化床粉煤气化技术加压大型化研发新进展
灰熔聚流化床粉煤气化技术加压大型化研发新进展房倚天王洋马小云黄戒介吴晋沪程中虎陈寒石（中国科学院山西煤炭化学研究所山西省粉煤气化工程研究中心，太原０３０００１）基金项目：国家重点基础研究发展计划９７３项目（Ｎｏ．２００５ＣＢ２２１２０１）。
收稿日期：２００６－１１－２８作者简介：房倚天（１９６８—），男，１９９０年毕业于太原理工大学有机化工专业，博士，研究员，现从事煤气化技术方面的研究工作。
—１１—摘要灰熔聚流化床粉煤气化技术历经２０余年的研发和工程化放大，低压气化技术已日趋成熟，并用于氮肥企业原料气改造和新建甲醇合成厂。
该气化技术可使用不同灰含量和灰熔融性温度的煤，过程效率也较高，符合我国资源特点。
为此在山西省发展和改革委员会的支持下，中科院山西煤化所和山西晋煤集团合作成立的“山西省粉煤气化工程研究中心”正在建设３．０ＭＰａ加压灰熔聚流化床粉煤气化中试平台，２００６年年底已建成，预计于２００７年３月进行加压气化试验，２００７年完成加压灰熔聚流化床煤气化工业装置设计软件包的编制，形成具有我国自主知识产权、适应中国煤炭特点的大规模加压灰熔聚流化床粉煤气化技术。
本文介绍了灰熔聚流化床粉煤气化过程，指出它的优点、缺点、适用范围、技术现状和发展方向，并对加压灰熔聚气化中试技术进行了简介。
关键词煤气化流化床灰熔聚加压文章编号：１００５－９５９８（２００７）－０１－００１１－０５中图分类号：ＴＱ５４６文献标识码：Ａ１加压灰熔聚流化床粉煤气化技术开发的意义根据我国能源资源是富煤而油气资源比较少的特点，煤气化已广泛应用于化工、冶金、机械、城市燃气供应等多个方面，为我国国民经济发展提供了大量的原料气和燃料气。
在中国，煤气化的形式多种多样，随着社会不断进步和技术的迅速发展，规模小、能耗高、对于原料要求高，对环境不友好的落后技术终将逐步被新型的规模大、能耗低、对煤种适应性广和对环境友好的先进技术所取代。
从当前国内外煤气化技术发展趋势上看，大型化、加压、适应多种粉煤、低污染、易净化是煤气化发展的方向。
流化床气化中小龙潭褐煤灰结渣行为
射量是不同的, 但对于同一种矿物质来说, 其衍射强 度的变化可近似反映 质量分数的变化 [ 12 13] 。采用 XRD对渣块样品进行晶相分析, 结果见图 1。由图 1 可以看出, 小龙潭渣块的主要成分为钙长石、钙铁辉 石、二氧化硅和少量的钙黄长石。由此可初步推断,
表 1 小龙潭褐煤工业分析及元素分析* T able 1 Prox im ate and u ltim ate ana ly sis of XLT
工业分 析 /%
元素分析 /%
M ad
A ad
V ad
C ad
H ad
O ad
Nad
11. 64 8. 95 35. 56 56. 65 3. 36 17. 21 1. 12
表 3 小龙潭褐煤热值及灰融温度
T able 3 C alorific and ash fusion tem pera ture of X LT
干燥基恒容高位发热量 /
灰熔温度 ∀ /
(M J! kg- 1 )
DT ST HT FT
ห้องสมุดไป่ตู้25. 71
1 096 1 158 1 169 1 189
∀ DT 为 变形 温 度; ST 为 软化 温度; HT 为半 球 温度; FT 为流 动 温度。
采用美国 FE I公司生产的 N avaNano430型扫描 电镜对渣样及不同温度下 ( 815, 900, 1 000 ) 热处 理后的小龙潭灰样的形貌进行表征。把测试样品放 在导电胶上, 在电压 15. 0 kV 下测定。
2 结果与讨论 2. 1 渣块成分分析
采用化学成分法对渣块的组成进行分析, 结果 如表 4所示。由表 1 4 可以看出, 渣块中的铁、硅 质量分数 ( 13. 90% , 41. 33% ) 比煤灰中的铁、硅质 量分数 ( 8. 95% , 33. 41% ) 明显增多, 这是因为在气 化过程中低熔点铁硅酸盐的生成使渣块中铁、硅元 素产生了富集 [ 8] 。硫质量分数 明显减少 ( 2. 39% , 13. 16% )是由于在 815 小龙潭煤灰中以石膏形式 存在的硫在升温过程中分解生成了二氧化硫气体的 缘故。
灰熔聚流化床粉煤气化技术介绍
灰熔聚流化床粉煤气化技术摘要：煤气化是将固态煤转化为气态燃料或化工合成原料（CO+H2）的过程，由于煤炭的储量丰富，特别是中国等一些国家富煤少油贫气，煤气化技术就变的更加重要。
研究开发煤气化工艺，就是要为产业界提供能适应更宽的原料范围、更高效、经济和清洁的气化过程。
本文介绍由中国科学院山西煤炭化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化过程，指出它的优点、缺点、适用范围、技术现状和发展方向，供同行了解。
一、灰熔聚流化床粉煤气化技术的开发历程针对我国能源以煤为主、煤种多、烟煤多、粉煤多、煤灰份高、灰熔点高(大部分商品煤灰含量>20%,灰熔点>1450 C)的特点,国家从“六五”计划开始投入大量人力、物力，研制开发先进煤气化技术（包括固定床、流化床、气流床）。
经过二十余年的研究开发，中国科学院山西煤炭化学研究所开发成功了具有自主知识产权的灰熔聚流化床粉煤气化技术。
该工艺具有气化温度适中(1000~1100℃)，干粉煤进料，氧耗量较低，煤种适应性宽，产品气不含焦油，气化炉耐火材料要求低等优点。
目前已成功应用于合成氨造气工业(常压，100吨煤/日)，随着加压技术的进一步研究开发，该技术将在国内全面推广应用。
八十年代，在中国科学院（重点科技攻关项目专项）、国家科委(75-10-05)攻关计划支持下，在原有煤气化和流化床技术的基础上，先后建立了φ300mm（1吨煤/天）气化试验装置、φ1000mm冷态试验装置、φ1000mm（0.1～0.5 MPa 、24吨煤/天）中间试验装置、φ145mm实验室煤种评价试验装置。
在理论研究、冷态模试、实验室小试和中试试验基础上，系统地研究了灰熔聚流化床粉煤气化过程中的理论和工程放大特性；通过对气化过程中煤化学、灰化学与气固流体力学的研究，研制了特殊结构的射流分布器，创造性地解决了强烈混合状态下煤灰团聚物与半焦选择性分离等重大技术难题；设计了独特的“飞灰”可控地址:中国山西省太原市桃园南路27号电话: (0351) 2021137 传真: (0351) 4048313，2021137，4041153 邮编：030001循环新工艺，实现了多种煤的高效流化床气化。
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流化床煤气化灰团聚行为实验研究
近年来，随着技术的进步，清洁能源的使用也逐渐普及。
流化床煤气化是一种
可以将煤炭转化成清洁能源的技术，但是也可能伴随着灰团结构的变化，影响着技术操作工艺的稳定性需要深入的研究。
为了研究煤矿中的灰团的聚集行为，在实验中采用了先进的流化床反应器，对
煤炭中不同颗粒尺寸的灰团在不同温度、不同湿度、不同氧气浓度及不同气速的环境中的聚集行为及形成机理进行了研究。
实验结果表明：瀑布式冷却可以降低空气温度，提高空气湿度，降低空气氧气
浓度；另外，空气流速对于控制灰团聚集也起着重要作用。
煤气灰团聚集的机制可以概括为：当温度升高、初始灰团尺寸减小、湿度增加、空气流速增加、氧气浓度降低时，煤气灰团聚集行为会加重。
总的来说，灰团聚集行为是在煤气化过程中十分重要的，需要经过深入细致的
实验来研究和探究，以便于进一步深入了解重要的技术参数对灰团聚集行为的影响，以此改善流化床技术操作工艺。