循环流化床煤气化工艺的原理和特点

循环流化床煤气化工艺的原理和特点

摘要：本文从工艺流程、关键技术以及工艺特点三个方面就循环流化床煤气化工艺展开了详细介绍，并指出循环流化床煤气化工艺由于具有的强适应性、高碳转化率与气化强度，以及使用原料范围广等优势，因而得到了广泛的应用。

关键词：循环流化床煤气化工艺原理与特点

一、引言

我国在很长时期内将煤作为主要的能源，因此寻找出适合我国国情的洁净煤技术具有非常重要的意义。作为高效、洁净利用煤炭途径的煤气化工艺，是现代煤化工、循环发电等洁净能源生产中非常关键的工艺之一。由于循环流化床具有煤种适应性强、传热效率高、易完成大型化操作等优点，因而受到了十分广泛的重视。

二、循环流化床煤气化工艺的流程

循环流化床中的皮带将原料煤运输至破碎机中，在将其粉碎在4毫米以下后，运至煤仓中，已备使用。在开车前，还需利用输送机将煤粉送至立管；在开车过程中，利用提升机将细煤粉送入计量煤斗中，在升高压强后，再将细煤粉从旋转阀、螺旋给料器、进料管中稳定地输送至循环流化床气化炉的下部。在这一过程中，用到的所有空气均来自于压缩机，将其预热后与锅炉产生的水蒸气进行混合，并从炉底的分布板进入到气化炉内。气化炉中的温度应保持在1055℃，，气压保持在0.2MPa，气体的流速为1-5m/s，停留时间大约为4至6s。

煤气生成后，从气化炉的顶部将其引出。由于大量的水蒸气和为转化的碳颗粒夹杂在粗煤气中，因而需要经分离系统进行分离操作。经分离后，超过90%的颗粒下落至立管中，并重新返回到气化炉的底部。此外，原料、气化剂等循环物质由于迅速进行了混合，因而在气化炉的底部附近便立即开始了气化反应。循环物料与加入的新原料之间的比值最高可达到40，因而具有非常高的碳转化率。气化炉底部的灰经过螺旋出料器，再由旋转阀送出[1]。

生产出的粗煤气在经过锅炉以及列管等回收热量后，温度得到下降，再经洗涤塔除尘与降温后，送入煤气灌中进行储存。

三、循环流化床煤气化工艺的关键技术

煤气化的主要场所为反应器，用料的特性、气化能力及反应性能决定了反应器的大小与操作条件。而循环流化床煤气化的正常开展则由反应器中的温度、气固浓度分布以及气速等操作因素决定。

由于循环流化床处于高气速操作环境时，气体携带固体的能力增强，使得大

量的固体被带出了反应器，因此必须安装相关的气固装置与返料装置对固体进行收集与返回。循环流化床的气固分离装置一般伴有高温惯性分离器与高温旋风分离器，采用多级分离的方式。固体颗粒的循环则依靠返料装置实现，立管与返料阀为返料装置的组成部分，立管主要防止气流出现反窜的现象，而返料阀则对固体颗粒的流动起着开闭及调节的作用。立管的封闭状态、返料的性能，以及反应器床内压的波动情况等与返料阀运行的稳定性、立管的设计与操作情况等有着紧密联系[2]。

四、循环流化床煤气化工艺具有的特点

1.具有非常强的煤种适应性

循环流化床气化炉适用于各种类型的固体燃料，同时也适用于气体或液体燃料。准备原料的过程非常简单，只需将煤粉碎至6毫米以下，将生物体及木材等切碎至40毫米以下即可。因此可以不用将碎粉煤加工至成型快或是细粉状，便可直接进行使用，不但将准备煤的工序简单化，而且大大降低了投资成本，非常适合于煤炭机械化的开采水平。

2.气化强度高

在循环流化床气化炉中加入的原料煤占床层内很小比例的物料量，而且与气化剂、高温的颗粒能迅速发生完全混合。此外，由于传质与传热条件良好，因而新加入的常温原料能在短时间内达到气化所需的温度，再加上床内聚集着大量起着载热体作用的流化固体物料，因而充分解决了因局部高温导致的结渣问题。循环流化床在接近灰熔聚高温的条件下依然可以进行正常操作，且整个床层均处于高温气化的状态，因而相比于一般的鼓泡流化床，其气化强度超出了2-3倍。同时，单位面积具有较高的气体流通量，设备及原料的利用率均较高，生产能力大，因而具有低投资、低耗能、低维修费用的优点。

3.原料碳的转化率高

在循环流化床不同的高度均可加入反应的气体，并通过循环回收将细粉带出，从而增加了颗粒在流化床内的反应时间。循环流化床不但具有外循环，而且具有内循环，位于床中心区域颗粒的运动方向向上，而位于边壁处物料的运动方向则向下。由于循环的比值最高可达几十倍，因而原料碳的转换率得到了极大程度的提高，有效避免了常规流化床气化炉中，因排出的煤气及灰渣带出原料碳，造成损失的问题。

4.强化了工艺传热与传质的性能

循环流化床内不存在气泡，具有良好的气固接触性能，气相速度明显高于固相速度，且两相之间具有非常大的相对滑动速度实现了煤气化工艺传热、传质性能的强化。由于具有相近的组成，容易建立科学合理的浓度梯度与温度梯度，有效克服了一般鼓泡流化床中，因存在大量的气泡导致气固相出现不良接触，传热、

传质等受到阻碍，以及床中出现严重气固相返混的不足之处[3]。

5.具有良好的环保效益

循环流化床的煤气中，含有非常少的氨、氰、焦油等有害物质，且产生的废水容易处理。操作人员可将固硫剂加入炉料中，从而发挥出非常好的脱硫效果。此外，发生气化反应的温度比较低，通常在850℃-1100℃之前，可有效抑制氧化氮的生成。灰渣在低温状态下进行燃烧具有良好的化学活性，掺烧石灰石能有效增加灰渣中石膏的含量。因此，产生的干灰渣可用作轻质混凝土，以及硅酸盐水泥的熟料等建筑材料。

五、结语

综上可知，常压循环流化床煤气化工艺由于具有的强适应性、高碳转化率与气化强度，以及使用原料范围广等优势，因而在全世界范围内得到了高度的重视。从理论与实际应用角度出发，循环流化床技术在煤气化方面具有独特的优势，相信通过深入的开发和研究，此项工艺技术一定会在工业生产中发挥着越来越重要的作用。

参考文献：

[1]屈利娟.流化床煤气化技术的研究进展[J].煤炭转化，2012，10（02）：265-266.

[2]房倚天，李海滨，张建民，等.循环流化床技术在煤气化过程中的应用前景[J].煤化工，2013，12（04）：235-237.

[3]王洋，房倚天，马小云，等.煤气化技术的发展——煤气化过程的分析和选择[J].东莞理工学院学报，2011，8（04）：623-625.