9灰融聚流化床粉煤气化技术

主流煤气化技术及市场情况系列展示（之九）灰融聚流化床粉煤气化技术技术拥有单位：陕西华祥能源科技集团有限公司陕西华祥能源科技集团有限公司是专门从事能源和环境工程领域中以煤气化、煤热解、煤气烟气净化、废水资源化利用技术等煤基能源系统的技术开发、转化、设备研制生产和工程总承包的陕西省高新技术企业。公司开发的灰融聚流化床粉煤气化技术（CAGGR）是拥有自主知识产权的国内外先进煤气化技术，已获得8项技术专利。该技术被列为国家级火炬计划、国家发改委原料煤本地化推荐技术。灰融聚流化床粉煤气化技术主要特征介绍如下：一气化技术特点一般流化床煤气化工艺中，炉内必须维持一定的含碳量（一般应大于40%，以维持炉内的还原气氛），且在流化状态下渣和料层的分离很困难，灰渣与飞灰的含碳量均较高。气化温度经常控制在950℃以下，在此温度下，只能用反应活性好的煤种，如褐煤、长焰煤，才能获得质量较好的煤气。而灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣，因此床内含碳量高，床温高（950～1100℃），使用煤种就放宽了。（一）工艺流程灰融聚流化床粉煤气化工艺主要包括进煤、气化、除尘、煤气冷却、洗涤等系统。进煤系统由备煤系统送入的粒径为0～6mm的原料粉煤（含水量控制在5%以下）依次进入煤斗、煤锁、给煤斗，由星形给料机控制加煤量，用氮气或二氧化碳吹送粉煤进入气化炉下部。气化系统粉煤在气化炉中主要经过煤的干燥脱水、脱挥发分、煤的气化、灰渣熔聚、从床内分离出灰渣等五个过程。由分布板进入蒸汽和氧气，主要使床料流化起来，由中心管进入蒸汽和氧气，在喷口附近形成了一个射流高温燃烧区，使灰渣团聚成球，由环管进入蒸汽和氧气，在一定的气速下，使灰团与半焦分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。粉煤在气化炉中与气化剂氧气－蒸汽进行反应，生成CO、H2、CH4、CO2、H2S等气体，生成的煤气从上部引出。气化炉上部直径较大，含细灰的气流气速降低，大部分细灰及未反应完全的半焦回落至气化炉下部继续反应，只有一部分细灰及半焦随气流夹带出气化炉。初级除尘系统从气化炉上部导出的高温煤气依次进入两级旋风分离器。从第一级分离器分出的热飞灰，由耐高温阀门控制，经料腿用水蒸气吹入气化炉内部进一步燃烧、气化，以提高碳转化率，从第二级分离器分出的少量飞灰排出炉外。煤气冷却系统从气化炉出来的高温煤气依次进入1#蒸汽发生器、蒸汽过热器、2#蒸汽发生器和锅炉给水预热器冷却回收热量，蒸汽过热器产生的过热蒸汽一部分供装置自用，另一部分送入工厂管网。深度除尘及洗涤系统来自锅炉给水预热器的煤气经过深度除尘器系统进一步除尘后，煤气中的粉尘含量由原来的20.0g/Nm3下降为50.0mg/Nm3，然后进入洗涤塔洗涤冷却后送人界区。（二）煤种根据CAGG®技术的本质特点及工艺要求，对入炉原料煤的粒度、水分以及粘结性要求如下：①要求原料煤粒径范围：0～6mm（最大8mm），其中，小于0.14mm的原料煤应＜10%；小于1mm的原料煤应＜40%；大于6mm的原料煤应＜1%。②外在水分:＜5%（褐煤＜8%）。③焦渣特性:＜6。④灰熔点（℃）：≥1250。（三）加压灰融聚流化床粉煤气化工艺随着高温高压热煤气除尘技术发展及应用，加压灰融聚流化床粉煤气化工艺在原配套合成氨、甲醇等化工产品的基础上进行了优化设计，其优化工艺重点采用各级干法除尘技术，气化炉产高温煤气经过一、二级旋风分离器初级除尘后，经过煤气冷却系统冷却回收热量，然后经过环流式旋风分离器进行中度除尘，再经过袋式除尘器进行深度除尘，使煤气含尘量小于10mg/Nm3；经过除尘的粗煤气温度在200℃，汽气比约为0.6（mol/mol）,可直接进行CO耐硫变换，使煤气中CO变换成H2,然后配置粗脱硫、精脱硫，变压吸附（PSA）等工艺生产出净合成气。加压灰融聚流化床粉煤气化技术简化了工艺流程，实现了物质转换和能量转换的集约化，从而减少基本投资和运行费用。加压灰融聚流化床粉煤气化技术优势有：气化强度提高流化床气化炉气化强度与气化炉压力的0.7～0.75次方成正比，加压1.0MPa灰融聚流化床粉煤气化强度是常压的4倍左右。单炉的气化能力增加φ2.6m常压灰融聚流化床粉煤气化炉单台气化能力达到5000kg/h，而在加压1.0MPa操作条件下，φ2.6mm灰融聚流化床粉煤气化炉单台气化能力将达到20000kg/h。节约压缩能耗气化炉压力提高，生产合成气可直接进入后系统，省去了压缩大量煤气的能耗，而只增加压缩少量气化剂的能耗。减少带出物损失随着气化炉压力的增加，气体密度增加，速度减小，随气流夹带的物料量减少，夹带的颗粒尺寸也都减小。另外随着气化炉压力的增加，碳的转化率提高，带出物及灰渣含碳量都降低。后续工艺配置更合理随着灰融聚流化床粉煤气化炉压力等级的提高，后续工艺配置将更加合理。比如压力提高到2.0MPa以上，可以直接配置耐硫变换、低温甲醇洗以及变压吸附等净化工艺，使流程更加简单、紧凑。另外，更有利于在IGCC上发展。加压灰融聚流化床粉煤气化技术应用领域包括高硫粉煤气化制甲醇、制氢、IGCC等。二技术特点参数表气化技术名称灰融聚流化床粉煤气化技术煤的粒度范围0～8mm煤的工业分析Mar：5.00Aar：22.34Var：30.83FCar：41.83操作条件900～1050℃0.05～1.0MPa煤气成分V%（干）H240.15N20.80CO35.85CO220.61CH42.50工艺指标氧耗0.32Nm3/kg蒸汽消耗0.80kg/kg煤气产量18000～38000Nm3/h碳转化率95%适合工业领域合成氨、甲醇、制氢、工业燃气等三市场应用情况截至目前，灰融聚流化床粉煤气化技术已在陕西城化（1台套）、天津碱厂(2台套)、山西丰喜(1台套)、山西天潞(2台套)、太化股份(1台套)、河南平煤(4台套)等成功推广11台套工业化装置。四运行案例项目参数陕西城化股份有限公司规模气化炉1台，Φ2400mm，20kt/year单炉产气量9kNm3/h工业示范装置设计煤种设计煤种：彬县烟煤；生产用煤：彬县烟煤、华亭烟煤、铜川烟煤以及宁夏无烟煤；试验用煤：大同烟煤、唐安无烟煤以及平顶山高灰劣质煤。设计参数压力0.03MPa；温度1050℃；投煤量4.2t/h运行情况有效气CO+H2：68～70%；碳转化率：90.6%天津碱厂油改煤装置规模气化炉2台，Φ3000mm，80kt/year单炉产气量18kNm3/h设计煤种大同粘结性烟煤设计参数压力0.05MPa；温度1050℃；投煤量9t/h运行情况有效气CO+H2：70～75%太化股份合成氨分公司合成氨改造装置规模气化炉1台，Φ3000mm，40kt/year单炉产气量17kNm3/h设计煤种贫煤：灰分25%；灰熔点（ST）＞1450℃设计参数压力0.05MPa；温度1150℃；投煤量9.35t/h平顶山飞行化工（集团）有限责任公司合成氨改造装置规模气化炉4台(一、二期)，Φ3000mm，160kt/year单炉产气量18kNm3/h设计煤种平顶山高灰劣质烟煤：灰分33.61%；灰熔点（ST）＞1500℃设计参数压力0.05MPa；温度1150℃；投煤量10.6t/h天脊集团潞城化工有限公司甲醇补碳装置规模气化炉2台，Φ3000mm，满足年产30万吨甲醇补碳要求单炉产气量18kNm3/h设计煤种低活性贫瘦煤：反应活性（CO2还原率）21.1%（950℃）；灰熔点（ST）＞1500℃设计参数压力0.08MPa；温度1120℃；投煤量8.3t/h山西丰喜集团临猗分公规模气化炉1台，Φ2600mm，100kt/year单炉产气量38kNm3/h司低压（1.0MPa）工业示范装置设计煤种无烟粉煤：活性20%（950℃）；灰熔点（ST）＞1500℃设计参数压力1.0MPa；温度1120℃；投煤量19.8t/h