国内灰熔聚粉煤气化工艺研究进展
山西阳煤丰喜集团临猗分公司技术中心  荆文华  朱红波
　　我国自主研发的灰熔聚粉煤气化工艺示范装置于2002年3月在陕西城化股份有限公司示范成功，使该技术具备
了工业化应用推广的条件。实践证明该技术具有煤种适应性广、碳转化率高、有效气体成分高及装置经济性好等特
点。但是，由于该示范装置运行的时间较短，仅8000h左右，所取得的经验尚不是十分丰富。因此工业装置在流程
设计、专用设备的构造、通用设备的选型等方面还存在问题。国内多家企业相继使用该技术进行了改进，已成功解
决了一部分问题，取得了较大的进展。
    一、工艺原理
　  灰熔聚流化床粉煤气化装置使用的0～6mm的粉煤经筛分、烘干等工序，由斗式提升机送至顶部煤仓，间歇将煤
加入煤锁，由煤锁连续将煤加入煤斗，经螺旋给煤机将煤送入气化炉下部密相区，在流化床底部根据射流原理设计
了灰的熔聚分离装置。高含氧的气化剂（蒸汽、氧气）通过中心管进入床层中心，形成床内局部高温区，使灰熔聚
成球。在不形成熔渣的情况下，由于比重的差别，使灰球连续有选择性的通过环隙，从床层中分离出低碳量的灰渣，
然后通过受渣斗，渣锁间歇地排出系统。出气化炉合成气温度约1000℃，经1#蒸发器回收热量后降至850℃左右，
然后通过一、二级旋风除尘器分离出含碳粉尘，通过料腿返回气化炉密相区进一步气化，以提高碳的利用率。系统
不正常时, 含碳粉尘直接排出气化炉。然后高温合成气依次进入蒸汽过热器、2#蒸发器、锅炉给水预热器，最后经
袋式除尘器深度除尘后送至洗涤塔。洗涤后的合成气温度降至37℃，含尘量降至5mg/Nm3(干气)送出界区。1#蒸发
器与2#蒸发器产生的饱和蒸汽混合后进入蒸汽过热器过热至450℃。一部分经减压后系统自用，另一部分送至管网。
    二、存在问题及解决办法
    1. 分布板烧变形问题
　　第一代分布器通常采用如图1的结构形式。分布板通常采用耐热合金钢（0Gr25Ni20,Income600,Income800等）。
在气化炉操作不正常或者停火焖炉时，没有气体从分布板的小孔通过，分布板得不到足够的冷却，会被烧变形。陕
西城化示范装置的分布板就有此经历，一度严重地影响了装置的试车工作。
　　解决办法：
　　采用第二代分布器，即对第一代分布器进行改进。具体做法是：先在分布板上安装60mm厚的硅酸铝多晶纤维板，
然后再浇铸上铬钢玉浇铸料。这样既隔热，又耐磨，同时极大地延长了分布板的使用寿命。
    2. 上吐问题
　　上吐下泻是困扰流化床气化的主要问题。以丰喜的装置为例，对合成气洗涤塔洗涤水的含尘量进行测试，发现
进水的含尘量为44mg/L，出水的含尘量为7104mg/m3。合成气洗涤塔的循环水量为300m3/h，由此得出每小时从洗
涤塔带出的粉尘量多达2.1t。而最初的设计值为5.7kg/h，是设计值的375倍。对废热锅炉系统造成了极大的磨损，
严重地影响了设备的使用寿命。此外，对带出的细灰进行分析化验，结果显示细灰的固定碳含量高达62%，导致原
料利用率低，严重影响了经济效益。
　　解决办法：
　　发生上吐问题的主要原因是旋风分离器系统的固体物料回送装置即锁风阀存在问题。
　　众所周知，回送装置必须满足三个基本要求：物料流动稳定、无气体反窜、物料流量可控。为满足这些基本要
求，回送装置一般由立管和阀两部分组成。而阀又可分为机械阀和非机械阀两大类。由于在循环流化床中循环物料
温度较高，阀需在高温下工作也会产生膨胀，固体颗粒还极易进入运动部件中，造成部件磨损，产生卡塞等现象。
更值得注意的是，在压力高的情况下机械阀密封也变得相当困难。因此返料装置几乎全部采用非机械阀。而我们采
用的机械阀（高温插板阀）也产生了卡阀、开关困难和密封不严等问题。如果在一、二级旋风分离器料腿上安装流
通型非机械阀（结构如图2）。这样就满足了回送装置的基本要求，分离不好的问题可得到基本解决。山东某厂即采
用这种回送方式，带到后系统的粉尘非常少，袋式除尘器的负荷非常低，压差仅为2～3kPa。                            
    3． 下泻问题
　　由于工业化装置使用物料的宽筛分特性（0～6mm），粒径比较大的煤粒，其终端速度就比较大。这样就会造成粒
径大的颗粒几乎没有经过任何转化直接由环隙排出，造成灰渣的固定碳含量较高。笔者曾对国内的灰熔聚装置做过
广泛的调查。太原某化肥厂的灰熔聚装置排出的渣含碳量为27%，天津某厂的灰熔聚装置排出的渣含碳量为37%，丰
喜装置排出的渣含碳量为50%，热值为17357J/g。给工厂造成了巨大的经济损失。图3是没有改造前的结构。
　　解决办法：
　　笔者通过对流化床粉煤气化装置排渣方式的调查（如恩德炉排渣方式，U-gas排渣方式，美国西屋电气公司流
化床粉煤气化装置的排渣方式），发现一般的流化床气化炉排渣均采用移动床排渣，这样能够有效地保证煤在炉内的
停留时间，使碳转化率大幅度提高，而我们的选择性排渣装置则做不到这一点，分布板下边安装一台水冷绞笼式冷
渣机，改为移动床排渣即可解决下泻问题。山东某厂采用该排渣方式，其排渣含碳量仅为3%左右，晋城某新建厂目
前正在做这样的改造，结构如图4。
    4．中心管断裂问题
　　中心管是灰熔聚气化炉的关键部件，其作用是在气化炉的中心区喷入高浓度的氧气，形成局部高温区，使下落
的煤灰在中心高温区熔聚成灰球。在不形成熔渣的情况下，连续有选择性地排出气化炉。图3是中心管的结构图，
从图中可以看出，中心管的工作环境极为恶劣。一方面，由于要从中心管喷出大量高浓度的氧气，强烈的反冲造成
弯头处容易断裂；再者在高温情况下，受到下落渣的磨损，使中心管的工作环境更为恶劣，缩短了中心管的使用寿
命。太原某厂家开车一年半更换了4根中心管。丰喜开车五个半月更换了3根中心管（参照图3中心管部分）。
　　解决办法：
　　陕西秦能天脊科技有限公司结合美国西屋电气公司流化床气化炉的中心管形式，提出了第三代分布器的设计方
案，并在长治某新建厂得到了成功应用。目前已运行3个月，没有发生任何问题。丰喜临猗分公司正根据该设计方
案做相应地改造(鉴于专利保护问题，本文未附结构图)。
    5.关于布袋除尘器滤袋材质的发展
　　国内灰熔聚装置布袋除尘器滤袋的材质已经由刚开始耐温为140～160℃的聚苯硫醚发展为耐温为240～260℃
的氟美斯材料。有的已经发展为以玄武岩为基质的耐温350～360℃的材料,使装置的可靠性大为提高。
    三、效益与市场前景展望
    1. 该技术大大放宽了原料煤的要求，可以适应“三高一低”（高灰、高硫、高灰熔点、低活性）煤，使原料煤
本地化。
    2. 该技术与Texaco、shell煤气化技术相比，同等规模气化装置的投资费用节省40%~50%，氧耗低20%~30%。
    3. 目前我国中小型合成氨厂约有4000余台UGI炉在运行。近年来由于无烟块煤资源有限，价格上涨，使企业
成本提高，经济效益下降，亟待进行气化原料路线的改造，若采用加压灰熔聚循环流化床粉煤气化技术原料煤本地
化改造，预计合成氨成本可降低200～250元/t。
    4. 气化炉属于单段炉，结构简单，炉内无转动部件，维修方便，工作量小，操作稳定，抗干扰能力强，操作负
荷大，易于实现长周期、平稳运行，安全可靠。