金管会1，唐兴洲1，胡奇2，焦岩2，高峰2
（1.辽宁恩德工程建设有限公司，辽宁 抚顺113122；2.康乃尔化学工业股份有限公司，吉林 吉林132101）
［摘 要］传统恩德流化床气化工艺存在煤气带出物中残炭量偏高、单台炉产气量低以及常压操作带来的（合成气）气化炉尺寸庞大、气化强度低、固体带出物多、后系统煤气加压耗电量大等问题，改良型恩德流化床气化工艺则进行了多项有针对性的改进。简介改良型恩德流化床气化工艺的技术特点以及恩德流化床气化工艺生产煤气特别是纯氧气化煤气的优势，基于科技发展带来的一系列重大变化以及大型工业燃气行业对煤气热值的要求，通过空气气化和纯氧气化工业燃气制取成本和投资成本的对比，指出采用改良型恩德流化床纯氧气化工艺制取工业燃气具有明显的优势，可在工业燃气行业推广应用，并对纯氧气化工业燃气热值的精确调节提出具体的解决方案。
［关键词］流化床气化工艺；恩德炉；空气气化；纯氧气化；工业燃气；制取成本；热值调节
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）02-0005-04
0 引 言
众所周知，恩德流化床气化技术是在德国温克勒气化技术理论基础上设计的气化岛，于1997年从国外引进，国内已运行的和在建的约有50多台。在生产实践中，通过总结经验，恩德炉经过了多次优化改良，取得了较大的进步，但也存在一些不足，如煤气带出物中残炭量偏高、气化炉常压操作单台炉产气量低等弊端。而改良型恩德流化床气化技术，气化炉结构更加简化，煤气夹带的细煤粒和热灰得以回收而形成热物料快速循环，炭利用率有效提高，氧气单耗、蒸汽单耗等明显降低，技术上有了新的创新和突破，不仅适合生产合成气，也非常适用于工业燃气的生产，用于制取工业燃气具有明显的优势。
1 改良型恩德流化床气化工艺的技术特点
改良型恩德流化床气化炉（简称改良型恩德炉）是一个圆筒形反应器，由上段、下段组成；其底部（见图1）设有类似于间歇固定床气化炉的灰渣斗，下段锥形部分为一次风嘴流化床（形成漩涡）及二次风嘴，上段圆筒部分为气流床以及煤气带出残炭回炉循环系统，其主要技术特点如下。
（1）改良型恩德炉取消了其他气流床气化炉内原有的复杂的转动部件和炉箅，代之以布风喷嘴，炉体结构简单，设备故障率非常低，从而可延长单炉生产周期和降低维修费用；同时，改良型恩德炉避免了其他流化床气化炉炉底易出现气体沟流、局部过热及灰渣结块的问题。改良型恩德炉炉底料层密相段流化均匀，可使床层温度较以往正常指标提升50～100 ℃操作，由此灰渣残炭率可控制在3%～5%，这相较于传统恩德炉灰渣残炭＜15%或其他流化床气化炉的灰渣量来说少很多。
（2）改良型恩德炉在煤气出口增设了旋风除尘返料分离器，下灰经管道（无U型气封）直接返回气化炉内，不仅降低了回流管的阻力，而且避免了U型气封管内的堵塞问题。
（3）改良型恩德流化床气化工艺把原设计放在气化炉煤气出口管道上的废热锅炉移到了分离器后端的管道上，从而可减轻锅炉管的磨损，延长废热锅炉的使用寿命。
（4）在气化炉容积不变的情况下，改良型恩德炉加大了上段直径，使得炉内气体流速降低，反应更加充分［经测定，灰中残炭可控制在15%～20%，而传统恩德炉为30%］，也使得煤气中带出物减少。
（5）实际操作过程中发现，当入炉汽氧比在（2～3）∶1时，所产煤气中的有效气含量减少3%左右，氧气耗量上升，而减小汽氧比，又会出现二次风嘴挂渣的问题。为解决此问题，结合生产实际，改良型恩德炉对原二次风嘴重新进行优化设计，即重新优化引入二次风（气化剂）的操作条件。改进后，入炉汽氧比降至0.5∶1，气流中夹带的炭粒得到充分气化，有效气含量得以提升。
（6）传统恩德炉的操作压力一般在13 kPa以下，且需配置煤气柜、煤气增压风机、常压脱硫塔等，导致设备投资高、占地面积大，而且会限制气化炉的生产能力，其安全、稳定运行等方面的问题较为突出。为此，改良型恩德炉适当进行了提压技改，同时取消煤气柜和煤气增压风机。气化炉操作压力提高后，不仅有利于提升气化炉的生产能力，而且在同等流量下可降低气化炉内的气体流速，使煤气夹带的飞灰量减少，并且可减少后续气体压缩的动力消耗；对于新建项目来说，提高气化炉的操作压力可节省气柜安装及用地等费用，综合效益巨大。
（7）改良型恩德流化床气化工艺增设气化剂过热器，并提高一次风和二次风的流速。气化剂温度由150 ℃提至400 ℃后，输送至气化炉内与原料煤进行气化反应，大大改善了炉内的反应条件，不仅可使所产煤气中的有效气含量得到提高、CO2含量有所降低，而且可有效降低蒸汽消耗；等量气化剂的情况下，提高一次风和二次风的流速对减轻喷嘴挂渣有很大的好处。
（8）气化炉提压至30～80 kPa操作后，原有的插入式水封器不能保障系统的安全运行，因此，改良型恩德流化床气化工艺新增了自动放散水封，放散气体全部输送至火炬系统，这样不仅可以保障系统的安全、稳定运行，而且可避免过去水封槽冲开后大量煤气逸散到设备周围而可能引起的煤气着火、爆鸣以及人员中毒等问题。
总之，实践表明，改良型恩德流化床气化工艺通过气化炉下部的一次喷嘴将气化剂按一定仰角和切线角喷入炉内后，气化剂在炉内呈高速旋转运动（形成漩涡），可增加反应层中炭的浓度，延长炭粒在反应区的停留时间，从而可提高气化效率和炭转化率（残炭利用率提升至92%），大大降低蒸汽的消耗（降低约50%），并可解决煤气中有效气含量偏低的问题；另外，自动放散水封的开发和应用，为恩德炉的提压操作以及取消煤气柜、煤气增压风机的技改提供了安全及技术方面的保障。
2 恩德流化床气化工艺的两大不足
（1）煤气带出物中残炭量偏高。恩德流化床气化工艺经过优化改进，目前煤气夹带灰中的残炭由过去的约30%降至约15%，但从节能角度和环保要求看，仍需进行改造。如：可将回收后的残炭掺入动力锅炉燃煤中再利用；或将恩德炉中部温度提至接近煤的灰熔点，以降低残炭含量，提高炭的利用率，之后再用循环冷煤气的方式降温，以确保后部设备不出现挂渣而堵塞气体通道。
（2）气化炉常压操作弊端较多。这在生产合成气时问题尤为突出——气化炉尺寸庞大、气化强度低、固体带出物多、后系统煤气加压耗电量很大等，而气化炉加压操作则可大大改善上述问题，故加压流化床气化是一个重要的发展方向。
3 改良型恩德流化床气化工艺生产煤气的优势
3.1 工艺成熟，安全可靠
恩德流化床气化技术是在上世纪60年代德国温克勒流化床气化技术的基础上经过不断优化、改良、创新而形成的，拥有多项专利技术，长期以来的应用情况表明，恩德流化床气化系统运行稳定、安全可靠。
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