气化炉比较

1 煤炭气化是煤炭清洁利用的重要途径中国煤炭的特点是高硫、高灰煤比重大。

全国原煤平均灰分含量17.6%左右，平均硫分含量1.10%，其中13%的原煤含硫量高于2%。

西南地区煤炭中含硫量大于2%的占60%。

中国煤入洗率低，约80%原煤用于直接燃烧，燃煤排放出大量有害气体和烟灰，使生态环境遭到严重破坏。

统计表明，中国每年排入大气的污染物中有80%的烟尘，87%的SO2，67%的NOx。

来源于煤的燃烧。

同时，中国煤炭利用效率低。

除在大型和负荷稳定的燃烧工况下，其燃烧效率与石油和天然气相近外，其它非稳定负荷的燃烧过程热效率均低于石油和天然气，其平均利用效率仅 29%。

提高中国煤炭利用效率、减少煤炭燃烧带来的环境污染的根本途径是研制和推广应用煤炭优比利用技术。

发展煤炭气化技术是减少环境污染、节能、发展工业的重要措施。

中国适于气化的煤炭资源十分丰富，可适用于发生炉气化的褐煤、不粘煤、长焰煤和弱粘煤的储量占全国煤炭总储量的40%之多。

此外，还有适用于水煤气发生炉的无烟煤，以及流化床气化炉所用的细、粉煤和煤泥浆等。

煤炭气化是中国煤炭清洁利用的重要途径之一。

煤气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术在国际上已经进入商业化阶段，显示了良好的经济与社会效益，代表着发展趋势。

中国"以煤代油"的能源政策促进了以煤制取城市、工业燃气技术的发展和其他相关技术的开发。

近20年来，中国煤气化科研和先进技术开发方面已取得了引人注目的成效。

2 煤气化技术以煤炭为原料，采用空气、氧气、CO2。

和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分不同热值的煤气。

为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度，改善环境，70年代以来发达国家加快了新一代煤气化技术的开发和工业化进程。

总的方向，气化压力由常压向中高压（8.5 MPa）发展；气化温度向高温（1500～1600℃）发展；气化原料向多样化发展；固态排渣向液态排渣发展。

固态床、流化床、气流床等几种不同类型的煤气化技术均取得了较大的进展和较好的效果。

2.1 固定床固定床（慢移动床），常见有间歇式气化（UGI）和连续式气化（鲁奇Lurgi）2种。

前者用于生产合成气时一定要采用白煤（无烟煤）或焦碳为原料，以降低合成气中CH4含量，国内有数千台这类气化炉，弊端颇多；后者国内有22台炉子，多用于生产城市煤气；如以烟煤为原料用于生产合成气，CH4蒸汽转化工段（例如山西潞城引进装置）。

该技术所含煤气初步净化系统极为复杂，不是公认的首选技术。

2.1.1 固定床间歇式气化炉（UGI）以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。

该技术是30年代开发成功的，投资少，容易操作，目前已属落后的技术，其气化率低原料单一、能耗高，间歇制气过程中，大量吹风气排空，每吨合成氨吹风气放空多达5 000 m3，放空气体中含CO、CO2、H2、H2S、SO2。

、NOx及粉灰；煤气冷却洗涤塔排出的污水含有焦油、酚类及氰化物，造成环境污染。

中国中小化肥厂有900余家，多数厂仍采用该技术生产合成氢原料气。

随着能源政策和环境的要来越来越高，不久的将来，会逐步为新的煤气化技术所取代。

2.1.2 鲁奇气化炉30年代德国鲁奇（Lurgi）公司开发成功固定床连续块煤气化技术，此后在世界各国得到广泛应用。

气化炉压力（2.5～4.0）MPa，气化反映温度（800～900）℃，固态排渣，气化炉已定型（MK～1～MK－5），其中MK－5型炉，内径4.8m，投煤量（75～84）t/h，粉煤气产量（10～14）万m3/h。

用煤气中除含CO 和H2外，含CH4高达10%～12%，可作为城市煤气、人工天然气、合成气使用。

缺点是气化炉结构复杂、炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备，制造和维修费用大；入炉煤必须是块煤；原料来源受一定限制；出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多、炉渣含碳5%左右。

针对上述问题，1984年鲁奇公司和英国煤气公司联合开发了直径为2.4m的溶渣气化炉（BGL），将固体燃料全部气化生产燃料气和合成气。

2.2 流化床气化炉流化床，常见有温克勒（Winkler）、灰团聚（U-Gas）、循环流化床（CFB）、加压流化床（PFB是PFBC的气化部分）等。

U－Gas在上海焦化厂（120t煤/do台）1994年11月开车，已6年，迄今运转仍不正常；陕西城固正利用中科院山西煤化所的技术建设150t煤/d（常压）装置；CFB、PFB可以生产燃料气，但国际上尚无生产合成气先例；Winkler已有用于合成气生产案例，但对粒度、煤种要求较为严格，甲烷含量较高（0.7%～2.5%），更兼设备生产强度较低，已不代表发展方向。

2.2.1 循环流化床气化炉CFB鲁奇公司开发的循环流化床气化炉（CFB）可气化各种煤，也可以用碎木、树皮、城市可燃垃圾作为气化原料，水蒸气和氧气作气化剂，气化比较完全，气化强度大，是移动床的2倍，碳转化率高（97%），炉底排灰中含碳2%～3%，气化原料循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍，炉内气流速度在（5～7）m/s之间，有很高的传热传质速度。

气化压力0.15MPa。

气化温度视原料情况进行控制，一般控制循环旋风除尘器的温度在（800～1050）℃之间。

鲁奇公司的CFB气化技术，在全世界已有60多个工厂采用，正在设计和建设的还有30多个工厂，在世界市场处于领先地位。

CFB气化炉基本是常压操作，若以煤为原料生产合成气，每公斤煤消耗气化剂水蒸气1.2kg，氧气0.4kg，可生产煤气（l.9～2.0）m3。

煤气成份CO＋H2＞75%，CH4含量2.5%左右， CO215%低于德士古炉和鲁奇MK型炉煤气中CO2含量，有利于合成氨的生产。

在未取得用于氨厂的工业化成功经验之前，应慎重从事。

2.2.2 灰熔聚流化床粉煤气化技术灰熔聚煤气化技术以小于6mm粒径的干粉煤为原料，用空气或富氧、水蒸气作气化剂，粉煤和气化剂从气化炉底部连续加入，在炉内（1050～1100）℃的高温下进行快速气化反应，被粗煤气夹带的未完全反应的残碳和飞灰，经两极旋风分离器回收，再返回炉内进行气化，从而提高了碳转化率，使灰中含磷量降低到10%以下，排灰系统简单。

粗煤气中几乎不含焦油、酚等有害物质，煤气容易净化，这是中国自行开发成功的先进的煤气化技术。

该技术可用于生产燃料气、合成气和联合循环发电，特别用于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉，以烟煤替代无烟煤生产合成氨原料气，可以使合成氨成本降低15%～20%，具有广阔的发展前景。

第一套直径为2.6m工业气化炉将在城固好氨肥厂建设，取得经验后进行推广。

2.3 气流床气化炉气流床，从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。

气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性，国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作，其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。

2.3.1 德士古（Texaco）气化炉Texaco水煤气化炉雷同于1952年开发成功地渣油气化炉，经过1975年、1978年低压与高压中试装置（激冷流程）以及1978年西德Oberhausen的RCH/RAG示范装置（废炉流程、150t煤/d，4.0MPa）考核与经验积累，于1982年建成TVA装置（180t，二台炉，一开一备，6.5MPa）、1984年建成日本UBE 装置（1500t煤/d，三开一备，3.6MPa）以及Cool Water IGCC电站（910t煤/d，二台炉，4.0MPa），这些装置投运后都取得成功。

目前Texaco最大商业装置是Tampa电站，属于DOE的CCT-3，1989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2000t，气化压力为2.8MPa，氧纯度为95%，煤浆浓度68%，冷煤气效率76%，净功率250MW。

辐射锅炉直径5.18m，高30.5m，重900t。

80年代末至今，中国共引进4套（未计入首钢一套）Texaco水煤浆气化装置，与鲁南（二台炉，一开一倍，单炉日处理量450t煤，2.8MPa）、吴泾（4台炉，三开一备，单炉日处理500t煤，4.0MPa）、渭河（三台炉，二开一备，单炉日处理量为820t，6.5MPa）、淮南（三台炉，无备用，单炉日处理500t煤，4.0MPa），这4套装置均用于生产合成气，7台用于制氨，5台用于制甲醇。

中国在水煤浆气化领域中积累了丰富的设计、安装、开车以及新技术研究开发经验与知识。

主要优点：水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省。

主要缺点：褐煤的制浆浓度约59%～61%；烟煤的制浆浓度为65%；因汽化煤浆中的水量要耗去入炉煤的8%，比干煤粉为原料氧耗高12%～20%，所以效率比较低。

2.3.2 Destec气化炉Destec气化炉已建设2套商业装置，都在美国：LGT1（气化炉容量2200t/d，2.8MPa，1987年投运）与Wabsh Rive（二台炉，一开一备，单炉容量2500t/d，2.8MPa，1995年投运）炉型类似于K-T，分第一段（水平段）与第二段（垂直段），在第一段中，2个喷嘴成180度对置，借助撞击流以强化混合，克服了Texaco炉型的速度成钟型（正态）分布的缺陷，最高反应温度约1400℃。

为提高冷煤气效率，在第二阶段中，采用总煤浆量的10%～20%进行冷激（该点与Shell、Prenflo的循环没气冷激不同），此处的反应温度约1040℃，出口煤气进火管锅炉回收热量。

熔渣自气化炉第一段中部流下，经水冷激固化，形成渣水浆排出。

这种炉型适合于生产燃料气而不适合于生产合成气。

2.3.3 气化炉Shell气化炉与Texaco气化炉技术经历相似，50年代初Shell开发渣油气化成功，在此基础上，经历了3个阶段：1976年试验煤炭30余种；1978年与德国Krupp-Koppers合作，在Harburg建设日处理150t煤装置；两家分手后，1978年在美国Houston的Deer Park建设日处理250t高硫烟煤或日处理400t 高灰分、高水分褐煤。

共费时16年，至1988年Shell煤技术运用于荷兰Buggenum IGCC电站。

该装置的设计工作为1.6年，1990年10月开工建造，1993年开车，1994年1月进入为时3年的验证期，目前已处于商业运行阶段。

单炉日处理煤2000t。

Shell气化炉壳体直径约4.5m，4个喷嘴位于炉子下部同一水平面上，沿圆周均匀布置，借助撞击流以强化热质传递过程，使炉内横截面气速相对趋于均匀。

炉衬为水冷壁（Membrame Wall），总重500t。