气流床粉煤气化技术及其应用研究

胡海辉

摘要：研究气流床工艺，对粉煤气化的工艺要点进行说明，介绍了煤粉干燥、原料输送、气化、洗涤与渣水处理工艺。在研究中，重点明确气化工艺应用思路，通过优化水冷壁气化炉、应用一体化复合喷嘴、改造输送系统、落实节能理念，使得粉煤气化效率得以提升。经过优化后装置性能更加稳定，且具有较高的耐腐蚀、耐高温能力，能够实现对劣质煤的清洁高效应用。

关键词：气流床；粉煤气化技术；应用

现阶段，大规模、多系列气流床项目成为化工领域发展的主要方向，通过对气流床工艺技术的升级，能够满足最新发展要求，确保环保节能理念在化工生产行业中被贯彻落实。以往单喷嘴、单一供料线路的气化工艺方案缺点明显，当系统装置出现问题后，容易出现长时间停车的问题，使得系统运行稳定性受到影响。中安联合公司气化装置，采用SE东方炉煤气化工艺方案，通过做好装置升级，使得煤粉气化效率获得显著提升。

1气流床粉煤气化工艺说明

中安联合气化装置采用SE东方炉粉煤气化工艺，具体包括磨煤及干燥、粉煤加压及输送、气化及洗涤、除渣、灰水处理及气化公用工程等单元，该装置的总体规模较大、气化系列多，因此，有关人员可在技术条件允许范围内，对气化装置进行优化。对气化工艺进行优化配置主要遵循以下思路：一是根据功能区进行布置，坚持各区域装置功能集中原则，为管理提供便利；二是采取流程式布置方案，需要相关人员根据工艺流程与物料要求，对粉煤气化装置进行布局，以降低物料反复运输成本，使得系统中各装置的能耗得以降低[1]。

在气流床工艺优化中，中安联合气化装置重点关注制磨煤及干燥、除渣、灰水处理等工艺，通过设置5台磨煤机，对粉煤进行集中供应，同时对渣水处理单元进行优化，整合公用溢流槽设备，使得系统装置占地面积减少，降低成本支出。该装置中的粉煤制备单元技术较为成熟，核心设备为磨煤机，原料为甲烷烃尾气，干燥处理工艺则选用热风炉高温惰性气体，通过对以上设备与工艺手段的应用，可促使煤粉的外水含量低于2%，粒度则小于200μm。

2气流床粉煤气化工艺应用要点

2.1优化水冷壁气化炉

水冷壁气化炉的使用性能十分重要，研究指出，性能良好的气化炉可实现均匀挂渣与顺利排渣的要求，并且能够促使热能充分转化，提升系统装置的使用效率。气化炉性能与其自身流场与温度存在密切关系。目前，采用的气化炉为同轴受限直流喷射方案，具体包括射流区、回流区与平推流区，其中射流区为燃烧反应的主要发生区，能够为整个气化工艺提供热量支持。而回流区的主要作用是吸热，可通过大规模的回流，使得大部分煤焦颗粒停留下来，由此实现长时间的气化反应；对平推流区的优化设计，能够吸收未进入到回流区的物流，为这部分物料提供短暂的停留时间，以提升汽化炉的碳转化率。通过对上述设计方案的应用，汽化炉碳转化率可达到98%以上。

现阶段，随着工艺手段的进步，有关人员在目前技术水平基础上，对气化炉的长径比与渣口结构进行优化，由此提升了针对劣质煤的气化效率。经过优化后的冷水壁衬采用了列管式设计结构，并实现对原有冷却介质的改造，即取消了限流孔板，副产5.5MPa饱和蒸汽。通过对最新工艺的应用，水冷壁衬里的循环倍率降低，并且水冷管阻力下降，与目前节能降耗理念相符合。

2.2一体化复合喷嘴设计

在气化装置SE东方炉中使用了耐高温且寿命较长的喷嘴，该喷嘴也具有煤粉弥散性强、点火成功率较高的特点，可实现点火、开工、运行等多种工序一体化，使得装置操作具有集成化、高效化特点，与当前工艺效率要求具有一致性。在设计过程中，有关人员需要重点关注煤粉、氧气与工艺蒸汽之间的混合，并强化对汽化炉的配置能力。经过配置完成的复合喷嘴具有较长的使用寿命，对喷嘴的使用寿命进行记录，其平均使用寿命均在1年以上。

气化炉喷嘴的优化工艺说明如下：一是，通过对物流通道部分的优化，降低了喷嘴端部燃烧强度，由此增加了整体的抗腐蚀能力。二是，将原有喷嘴设置的内水冷夹套取消。这一优化方案的落实，使得喷嘴部分的直径缩小，有效解决了喷嘴前端的腐蚀问题。中安联合气化装置需要实现每天1500吨的供料量，将原有双路煤线调整为三路煤线，并确保系统运行稳定性。

采用上述设计方案的优势明显，当系统中任何一路煤线出现跳车后，剩余两路煤线可正常使用，并且能够促使煤粉均匀分布，对降低偏喷不良事件发生具有显著应用价值。喷嘴系统火焰开工方式为“内混式”，其成功率可达到100%。

2.3对粉煤输送系统进行改造

输送系统包括1个常压粉煤仓、2个锁斗、1个高压给料罐，对输送系统进行改造，是提升整体运行效率的关键。通过锁斗装置，有关人员能够完成进料、加压、放料与泄压操作，并且将粉煤有序分类，确保粉煤安装工序要求，进入到给料罐中[2]。对粉料进行处理后，将其输送到喷嘴装置前端，由此为气化炉提供可靠的煤粉支持。

以双锁斗进行供料的方式，不仅能够减少物料输送周期，而且提高了工艺效率，使得供料方式更加灵活多样，由此避免搭设供架桥，使得装置的供料风险明显降低。上述设计方案的应用，可降低气化装置停车风险，由此减少费用损失，确保系统应用可靠性。投入使用的气化装置共计使用了3条煤线运输线路，可显著提升煤粉的供应能力，满足最新工艺要求。值得关注的是，整个气化系统设计了小型煤粉承重管装置，不仅能够提升大型储仓计量准确度，而且能够做到不停炉在线标定，使得煤质变化大、仪表零点漂移的问题得以解决，可将流量偏差值控制在合理范围内

[3]。由于系统采用了最新的在线标定技术，为关键参数氧煤化的准确调控奠定基础。

2.4节能化理念的应用

为落实节能减排理念，在SE东方炉煤气化工艺中使用了复合鼓泡床激冷室，与分级洗涤装置、蒸发器，并且对各装置进行升级。与传统工艺手段比较，经过改造后的反应装置具有较强的环保理念，并且实现对现有能源的合理开发利用。相关技术被行业人员广泛关注，且取得显著应用价值。例如，系统使用了喷淋床与鼓泡床复合模式，使得激冷室的运行性能得以提升，能够对混合其他中水汽与灰尘的快速处理。分级除尘工艺升级的关键是提升除尘能力，并且满足节能高效控制要求。目前，以蒸发热水塔作为核心设备的渣水处理系统被广泛应用，该处理系统采用了闪蒸方案，并与回水系统直接换热，因此，系统处理方式更加先进，与现阶段环保发展目标相匹配。研究表明，以闪蒸与灰水直接接触方案进行换热产生了较高的应用价值，不仅能够改善以往堵渣问题，而且降低了系统能耗，使得相关装置能够长期稳定运行。

激冷室改造升级后，也显著提升了激冷环、下降管的使用性能，确保系统优势充分发挥。例如，经过改造后冷却保护装置，具有较强的耐高温性能，可避免积渣问题出现，对延长系统装置使用寿命产生积极影响。对激冷室的喷淋雾化系统进行升级后，也可降低合成气带灰量；而采取渣口压差测量系统，可为顺利排渣奠定基础。集中设置方式，也能够减少设备投资量、维持系统有序运行。

3结束语

综上所述，对气流床粉煤气化工艺进行了说明，重点明确煤粉干燥、原料输送气化、洗涤等各工艺步骤，并对工艺技术的应用策略进行论述，通过做好水冷壁优化、采用一体化喷嘴装置、改造煤粉输送系统，落实节能化理念，使得煤粉加压气化效率得以提升，对高灰熔点煤的清洁利用提供技术参考。

参考文献：

[1]王子元,刘世平,苗谦,等.气流床气化炉反应模型在实时优化（RTO）中的应用[J].煤化工,2022,50(01):35-39+53.

[2]于利红.气流床煤气化粉煤输送技术现状及研究进展[J].煤炭加工与综合利用,2020(02):55-57.

[3]郑敏.粉煤流量计在气流床气化的应用[J].通讯世界,2019,26(09):346-347.

作者简介：

胡海辉（1995.3——），男，汉族，籍贯：安徽省淮南市，助理工程师，本科，研究方向：化学工程与工艺。