流化床煤气化技术开发应用中遇到的一些问题及其解决途径
陈家仁
（煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院，北京100013）
［摘要］阐述流化床煤气化技术的优点与缺点，对各种流化床气化炉的情况及其发展状况进行介绍，指出目前我国对流化床煤气化技术有需求的两个可能市场及今后需解决的问题，最后对如何理解流化床气化的缺点提出观点及解决思路。
［关键词］流化床煤气化技术；优点；缺点；发展过程；气化技术组合；潜在需求市场；问题；解决思路
［中图分类号］TQ 546.2 ［文献标志码］ A ［文章编号］1004-9932（2016）
1 流化床煤气化技术概述
流化床煤气化技术在煤气化技术中有着很重要的地位，虽然这种气化技术早在17世纪就已经在德国得到工业化的应用，但至今仍有不少人在潜心研究这项古老而又具有某种“魔力”的技术。
流化床气化炉的用煤粒度通常在0～6 mm或0～8 mm，甚至更大一些到10 mm。在气化炉内的密相床层中，煤粒与气化剂之间的相对运动方式为：当煤粒被吹起时，是顺向运动；而当煤粒落下时是逆向运动。然而总体上来讲，气化剂在与煤粒进行完气化反应后要离开床层，除了随气流带出的飞灰外，它与粗煤粒之间是逆向运动的。
在密相床层里，颗粒煤上下翻滚，使气固相之间的流动形式像一锅沸腾的开水一般，因此不少人又形象地把流化床煤气炉称为“沸腾层煤气炉”。
细分形成流化的形式，流化床气化可分为2种：一种是锥形喷射床；另一种是一般炉栅布风的煤颗粒上下运动的沸腾流化床。前者通常把气化炉的下部做成锥形，锥底通入气化剂，又称锥形床气化，犹如在床层底部的中心有一个喷泉，一旦喷泉形成，气流通过床层的阻力比同样料层高度的一般流化床要低些，随着中心喷泉的推动，周边物料就会下落到底部，又被底部进入的气流吹起，这一过程对均匀颗粒料的干燥特别有用，这就是早年的喷射床应用于加拿大谷物干燥的原因。
1.1 流化床煤气化的优点
（1）最简单的备煤工段。流化床气化一般只需要筛分和简单的干燥设备，不需要移动床的成型设备或气流床的磨粉和制浆等复杂工艺过程，投资当然也就更低。
（2）最简单的气化炉结构和要求不高的耐火衬里。流化床气化炉的结构在几种气化工艺中是最为简单的，就是1个用一般耐火材料砌成的直筒子，在炉底有1个由很多布气孔（或喷嘴）组成的“炉箅”，往炉内通入气化剂即可。现在的流化床气化炉为了燃烬入炉煤中携带的细煤粉，通常在稀相区周边设置1圈二次给氧风，造成稀相区的温度略高于密相床层的现象（德国后来开发的高温温克勒气化炉的“高温”就源于此）。
（3）最安全、方便的操作技术。在流化床气化炉内，有着足够多的含碳物料，可以避免气化炉的过氧爆炸危险，一般只要控制密相床层的温度稳定，就可保持气化炉的良好运行，操作非常安全、方便。
（4）有利于利用高灰分劣质煤。对煤中灰分的高低不敏感，有利于利用高灰分劣质煤等。
1.2 流化床煤气化的缺点
（1）要求采用化学活性较高的煤。在流化床气化炉内，气体流动的线速度通常较高，一般高于1 m/s，气固相反应时间较短，为防止炉内结渣块，破坏密相床层的流化状态，密相床层的温度通常限制在煤灰熔融性温度（ST）以下50～100 ℃，炉温低和气流线速度高决定了其对煤的化学活性要求要高些。
（2）一般的流化床气化炉存在灰渣含碳量高（可达30%～40%）、飞灰含碳量更高（可达70%甚至更高）的“上吐下泻”问题，如不采取相应的措施予以解决，必然会带来气化效率不高的问题。
（3）常压流化床气化炉系统容易发生泄漏，导致环境污染问题。
2 流化床煤气化技术的发展过程
2.1 各种流化床气化炉的情况及其发展状况
20世纪初期德国就开发了流化床气化的工业化装置——温克勒气化炉，开始用于椰壳生产活性炭，后来用于莱茵褐煤气化。最初的气化炉是倒梨形结构，便于流化床产生的粉煤在炉内的沉降；气化炉底部的水平气化剂分布板上有1个刮板，将灰渣刮到炉底的排灰孔排出气化炉。
这种气化炉是在早期温克勒气化炉的基础上改进而来的，我国兰州和吉林两大化工基地（均为当时苏联援建的项目）都有引进的ГИАП-4型气化炉4台，前者用附近的阿干镇、窑街的低变质煤为原料，后者用吉林营城长焰煤及舒兰褐煤为原料。该气化炉的结构与原温克勒气化炉的不同点是：气化剂的分布板是缓倾斜的锥形炉箅结构，炉箅材料由高铬铸铁块拼成，中心有1个排灰孔，在排灰孔内还设置了1个可上下移动的旋转破渣装置；在气化炉的密相床层上部稀相区，增加了二次风和三次风，目的是将气流带出的煤粉在炉内尽可能地气化掉，以减少带出物（碳损失）；除了密相区直径有些扩大外，气化炉整体呈圆筒形。
这是德国后来开发的温克勒气化炉，其主要特点是增加了气化炉的压力，因此叫“高压”温克勒（HPW）气化炉更为确切。最初把气化炉的压力提高到0.9 MPa，目的是提高其生产能力，因为根据通常未经验证的说法是，流化床气化炉的生产能力与气化炉压力的平方根成正比，0.9 MPa 压力的气化炉可比常压气化炉生产能力提高3倍。后来莱茵褐煤公司还试验了2.5 MPa的气化炉，其气化能力按前述说法应可达到常压温克勒气化炉能力的5倍。
HTW气化炉的另一个较大改进是把复杂的炉箅布风板改用喷嘴组来代替，这就简化了结构，省去了很多设备和材料；同时，它也设置了二次风，使气化炉内上部稀相区的温度比密相区的温度高近100 ℃，因此被称为“高温”温克勒气化炉。实际上ГИАП-4型气化炉已经增加了二次风，且在气化炉顶部还有三次风，因此“高温”对于HTW气化炉来说并没有什么特殊的创新内容。
在最初设计的HTW气化炉内还有1个辐射锅炉，内缩设置在炉顶部的炉墙内（如图1所示），以防高温带出物的直接冲刷；在气化炉的后边还有1个横管式的对流废锅，与ГИАП-4型气化炉一样，该锅炉特别容易被高温“砂性”的飞灰磨蚀。在北朝鲜后来开发的恩德炉里，就把锅炉竖起来了，并在迎气流一边增涂了耐火材料，使锅炉耐磨蚀而不需维修。
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