流化床煤气化技术研究进展

图 1 是 Winkler 气化炉基本结构图。 被气化。另外，在气化炉后设有废热
Winkler 气化炉是一种立式钢制圆筒设 锅炉以回收合成气热量，而旋风分离
备，下段是圆台型流化床，其高度只
器是用来分离合成气带有的飞灰。
有上段的十分之一到五分之一，内衬
Winkler 气化炉早期炉底设有炉栅，其
设有有耐火材料，。最早的 Winkler 气 目的是使气流分布均匀，后来技术改
化炉是倒梨形结构，为减少灰尘下降
进取消了这个结构，使炉体更加简
和带出物，上部设计的直径较大。而
【6】
化。
后为便于加工制造，将上部的稀相区
Winkler 气化炉要求煤活性和灰熔
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直径扩大，改成了直壁圆筒结
【5】
构。
点较高，因此褐煤和长烟煤是最合适
的原料，其可直接使用，备煤系统很
简单，单炉生产能力远高于常压移动
与温度分布均匀，并且对煤种气化具 有很大的适应性等优点，国内外都积 极投入流化床煤气化技术的研发中。
此，为了维持我国的可持续发展战略， 查阅大量文献书籍，本文对国内外主
壮大我国能源工业，实现煤炭的高效 流先进的流化床煤气化技术工艺进行
利用便变得刻不容缓。煤气化技术是 了总结和梳理。
洁净利用煤炭的最主要途径之一，在
图2 HTW经历了一个非常漫长的过程， 经记录表明，在1986年德国北仑拉特
建立的示范装置，生产能力是720t/d， 验研究，其气化炉结构如图3。 甲醇合成气是37000m3/h。1989年，用 于联合循环发电（IGCC）的HTW气化 炉投入运行，处理干褐煤160t/d,三年试 运行累计9500h，共气化干褐煤3万吨， 满足循环发电要求。1992建立了IGCC 示范装置，经净化后煤气进燃汽轮机
1.前言
污染问题等处于领先地位。我国也越
我国是一个煤炭能源大国，在已 来越重视煤气化工艺的研究和应用，
探 测 到 的化 石 能 源储量 中煤 炭 占有 近三十年来，投资了大量物力，人力，
90%以上，然而石油天然气则不足 10%。 为赶上世界先进水平而奋斗。
【1】
相关调查研究 也表明，在一次能
【2】
煤炭气化技术有多种 ，按煤
流化床煤气化技术研究进展
YZX (中国矿业大学化工学院,江苏徐州,221000)
摘要：煤炭高效清洁利用已然成为未来全球能源工业发展的重要趋势，其中流化 床煤气化技术因为其各种优势深受人们关注。本文通过查阅大量的文献书籍，总 结了流化床煤气化技术的主流发展工艺，其中有 Winkler 气化工艺，高温 Winkler （HTW），循环流化床（CFB），以及灰熔聚气化工艺等。并且通过比较提出了适合 我国煤气化工业发展的方向以及未来的前景和展望。 关键词：煤炭利用，流化床煤气化技术，Winkler，HTW，CFB，灰熔聚气化工艺， 前景和展望
干燥至约12%。合格的粉煤储存在煤斗 中，经过几个串联的煤锁斗下移，通 过螺旋给料机进入炉内。气化炉后设 有两级旋风分离器，一级旋风分离器 用于除尘，捕集的细粉用于循环使用， 二级旋风分离器捕集的细粉直接由灰 锁斗系统排出。旋风分离器后还设有 废热锅炉和洗涤器，水洗塔用于回收 热量，除尘并降温 【9】 。
发展煤基液体燃料，实现煤气化联合 2. 流化床煤气化工艺
循环以及多联产提供理想起源，减少
当气体或液体以某种速度通过颗
粒床层而足以使颗粒物料悬浮，并能
保持连续的随机运动状态时，便出现
了颗粒床层的流化。流化床气化就是
利用流态化的原理和技术，使煤颗粒
通过气化介质达到流态化。对流化床 气化过程的研究表明 【3】 ，流化床层
床。但由于气化温度低，碳转化率受
到了限制，另外常压也会使 Winkler
（4）环境特性好，煤气冷凝液中
气化炉缩小对煤种的适应性，并且一 的有机物较少，气化过程基本不产生
般情况下气化炉设备都很大，经济效 焦油类物质，，比固定床有着更简单的
益不好，导致气化效率也很很 低 。 【7】
2.2 高温 Winkler（HTW）气化工
源消耗中，我国的煤炭消耗占有高达 与气化剂的相对运动状态可分为移动
70%的比重。我国的基本国情是“油气 乏，煤足”，由于其不可再生性，若照
床气化，流化床气化，气流床气化和 熔浴床气化四大类。由于流化床技术
此趋势和开采速度，我国乃至全球油 具有较高传热，传质速率，颗粒分布
气平稳供应将不到 100 年，然而煤炭 却能维持将近 400 年。并且，我国的 油气资源目前均依赖于大量进口。因
艺
净化系统； （5）为应用于IGCC，进一步提高
压力至2.5MPa以上。 HTW气化炉结构如图2所示，原料
煤要求更小，在6mm以下，同时水分
由于Winkler气化炉存在只能利用 高活性褐煤和长烟煤，灰渣聚集严重， 带出物也比较多，导致碳转化率低等 有 重 大 的 缺 陷 ，。 针 对 这 些 问 题 ， Rherinbraun Brennstoff 公 司 对 常 规 Winkler气化炉作了优化改进，形成了 高温Winkler气化炉（HTW）。通过大 量研究表明 【8】 ，HTW除了保留了传 统Winkler气化炉生产气态烃，装置简
和固定床一样存在氧化和还原层。目
前国内外流化床煤气化工艺主要有
Winkler 气化工艺，高温 Winkler（HTW）， 图1
循环流化床（CFB），以及灰熔聚气化
工艺。
原料煤颗粒大小要求是 0-10mm，
进料通过螺旋给料机实现，可以通过
2.1 Winkler 气化工艺
调节螺旋给料机的转数来调整给煤量。
德国人温克勒（Fritz Winkler）于 为防止螺旋给料机堵塞，粘结性煤要
1922 年申请了最早的流化床气化工艺 用到气流输送系统。煤气化反应可以
专利，并且在 1926 年建成第一台流化 在很短的时间内达到平衡，随煤层不
床煤气化炉并用于生产，此后大约有
70 台正式在全球运转 【4】 。
同，其床层温度一般在 950-1050℃， 此时炉内煤料的重质烃类和焦油均已
单，操作灵活等优点之外，又改进了
以下优点：
（1）操 作 温 度 由 原 来 的
900-950℃提高到950-1100℃，因而提
高了碳转化率，氧耗量减少，并且增
加了煤气的产出率；
（2）操 作 压 力 由 常 压 提 高 至
1.0Mpa，这是HTW改进工艺的魅力所
在；
（3）可以气化含灰量高（>20%）
的次烟煤。气化炉粗煤气带出的固体 粉末，经分离后返回气化炉循环使用， 使排出灰渣中含碳量降低，因此碳转 化率显著提高；