5种典型的下行水激冷粉煤加压气化技术特点比较

5种典型的下行水激冷粉煤加压气化技术特点比较

王凯

(安徽华谊化工有限公司，安徽芜湖241000)

摘要：从进料形式、流场形式、近壁面高温区位置、高径比、水冷壁盘管形式、副产蒸汽类型及闪蒸配置等方面，对壳牌炉、航天炉、神宁炉、科林炉和东方炉等5种典型的下行水激冷粉煤加压气化的技术特点进行了比较。结果表明，5种粉煤加压气化技术各有优点，各有特色，造成碳转化率、运行成本等方面略有差异，但都是成 熟可靠的下行水激冷粉煤气化技术。

关键词：粉煤气化;航天炉（壳牌炉；神宁炉（科林炉；东方炉

中图分类号:TQ546 文献标识码:A文章编号#2096-3548(2018)01-0004-02

干法进料的气流床煤气化技术是当今最先进 的煤气化技术之一，相对于水煤浆加压气化技术，具有煤种适应性更广、炉膛寿命更长、烧嘴寿命更 长、原料消耗更低、碳转化率更高、经济指标更优 及热效率更高等方面的优势，有很高的市场竞争 力。对于粉煤气化技术的工业应用、流程介绍、技 术改造、技术考核等已有很多文献进行了较深入 的对比分析，但从下行水激冷粉煤加压气化技术 的进料形式、流场原理、近壁面高温区及高径比等 方面，对壳牌炉、航天炉、神宁炉、科林炉和东方炉 等进行粉煤气化技术比较还未见研究和报道，现 针对这5种典型的下行水激冷粉煤加压气化技术 行技术 分 。

1典型的下行水激冷粉煤加压气化流程

下行水激冷的粉煤加压气化技术工艺流程主 要包括:粉煤制备及输送单元、气化单元、排渣单 元、初步净化单元、闪蒸单元及公用工程单元。由输煤皮带来的原煤经气化缓冲煤仓、称重式给煤 机后，由落煤管进入磨煤机内。经过磨煤机的干 燥和研磨，磨制后的煤粉经旋转分离器、粉煤过滤 器后，制出合格的粉煤，再经过粉煤缓冲仓和粉煤 锁斗，最后用高压二氧化碳或高压氮气将粉煤从 发射罐送入气化炉。通过烧嘴进入气化炉燃烧的 粉煤、氧气和蒸汽在4. 1MPa(表压）的压力下进 行气化反应，生成主要成分为U A O及C〇2的粗 合成气。反应后的高温（1 400~1 600 V)合成气 与熔融状炉渣和灰分一起向下穿过激冷水分布 环，沿激冷管进入激冷室的水浴中，大部分灰渣冷 却后落入激冷室底部，洗涤后的粗合成气离开气化炉激冷室去初步净化，然后送至下游工序。气 化炉内的灰渣通过锁斗循环排至渣池，由捞渣机 捞出外送。气化炉黑水和洗涤塔黑水通过减压后 送至闪蒸系统回收热量，排入澄清槽高浓度的灰 水经过滤机将滤饼排出;其余灰水返回系统自用，少量灰水外排[1_4]。

2典型的下行水激冷粉煤加压气化技术 特点

、、、科 和东方 等虽然都是下行水激冷粉煤加压气化技术，但是各 有各的特点。5种下行水激冷粉煤加压气化技术 特点比较见表1。

3特点分析

3.1航天炉

航天炉通过两路氧气和四路粉煤管线进入多 通道旋流角烧嘴，在炉内形成旋流场，有利于煤粉 和氧气的混合[5]。合理的高径比让炉内近壁面 高温区位于气化炉中部，一般情况下无需添加石 灰水来降低灰熔点。对于三高煤，在配入适量的 石灰石后也能很好地运行。航天炉工程业绩较 多，最长连续运行时间已达360 d，这对于要求连 续运行的大化工行业来说是非常有利的。此外，航天炉在之前的工程经验的基础上，通过增大燃 烧室体积和减小渣口尺寸等措施可进一步提升物 料的停留时间，有利于碳转化率的提高，相信碳转 化率在98S以上也将是常态。航天炉烧嘴增设 中心粉煤通道，有利于降低烧嘴头部温度及炉内 火焰状态的调节，更有利于烧嘴寿命的延长，同时

表1 5种下行水激冷粉煤加压气化技术特点的比较

项目航天炉壳牌炉神宁炉科林炉东方炉

进料形式

两路氧气、四路粉煤四路氧气、四路粉煤一路氧气、四路粉煤三路氧气、三路粉煤三路氧气!三路粉多通道单烧嘴顶喷侧进料多通道单 顶分别顶进料煤多通道单 顶

流场形式

烧嘴内置旋流块，形

成转场

四烧嘴偏角对置式，

撞击旋转流场

烧嘴内置旋流块，形

成转场

三 顶 场单喷嘴顶置直流场

近壁面高温区中部中上中中上中

高径比2 2.62 1.8 2.5

停留时间A711668

碳转化率/%9899989898

水冷壁盘管竖管盘盘竖副产饱和蒸汽

压力/MPa

5.4 5.40.50.5 5.4

激冷形式下降管、上升管下降管、上升管复合鼓泡床下降管、上升管复合鼓泡床渣口尺寸/m m700750600700700

初步净化文丘里W洗涤塔文丘里W洗涤塔

文丘里W气液分离器

W文丘里+洗涤塔式

混合器W旋风分离

器W洗涤塔式

混合器W旋风分

离器W洗涤塔式

闪蒸配置三级两级三级两级两级灰水换热形式直接换热间接换热直接换热直接换热直接换热

具有更好的调节能力和操作弹性。水冷壁采用盘 管式，水循环倍率高，能耗增加，副产中压蒸汽。设置三级闪蒸，灰水与闪蒸汽直接换热，防堵性和 能效优于间接换热式。

3.2壳牌炉

壳牌炉采用四烧嘴偏角对置式，形成撞击旋 转流场，有利于煤粉和氧气的混合，高径比大、停 留时间长、渣灰比较高，碳转化率高。火焰近壁面 高温区位于气化炉中上部，煤种流动温度大于 1 450 V以上，需要添加一定比例的石灰石。水 冷壁采用竖管式，水循环倍率低，能耗低，副产中 压蒸汽。设置两级闪蒸，灰水和中压闪蒸汽间接 换热式，防堵性能略差。部分项目第二级闪蒸为 低压闪蒸，黑水经过换热器冷却后直接排入澄清 槽，该股黑水管道堵塞可能性增加[6]。

3. 3"炉

神宁炉采用多通道旋流角烧嘴，形成旋流场，有利于煤 和氧 合。采 盘 ，水循环倍率高，能耗增加。很多设计继承了 G S P 的理念，单对于激冷水洗、烧嘴和闪蒸配置等部分 做了优化，可靠性进一步提高。水冷壁采用不饱 和水循环，副产低压蒸汽。设置三级闪蒸，中压闪 蒸汽和灰水直接换热，黑水循环能效较高。

3.4科林炉

科林炉采用三烧嘴（以120°的角度分布）顶喷式进料，每个烧嘴内部有旋流块，形成旋流场。

焰近 面高 于 化 中上 ，煤 动温度大于1 450 V以上，需要添加一定比例的石 灰石。水冷壁采用盘管式，水循环倍率高，能耗增 加。水冷壁采用不饱和水循环，副产低压蒸汽(也可根据要求产中压蒸汽）。黑水循环和合成 气初步净化系统采用华东理工大学的黑水循环专 利，设 两级 ，为 和灰 直接换热 ，能效和防堵性优于间接换热式[7]。

3. 5"炉

东方炉采用多通道单烧嘴顶喷式进料，形成 直流场。气化炉高径比较大，增加了煤粉停留时 间，碳的转化率和单喷嘴旋流场相当。火焰约束 在炉膛中心，近壁面高温区位于气化炉中部偏下，有利于排渣，提高了煤种的适应性。水冷壁采用 竖管式，水循环倍率低，能耗低，副产中压蒸汽。设置两级闪蒸，为闪蒸汽和灰水直接换热式，防堵 性优于间接换热式[8_9]。

4结语

经过对航天炉、壳牌炉、神宁炉、科林炉和东 方炉等5种典型的下行水激冷粉煤气化技术对比 发现:进料形式、流场形式、近壁面高温区位置、高

(下转第18页）