（河南順達(dá)新能源科技有限公司 河南 463000）

引言

全國(guó)間歇式固定床造氣爐應(yīng)用數(shù)量達(dá)3萬(wàn)余臺(tái)，產(chǎn)氣量7560億m3，間歇制氣，工藝復(fù)雜、能耗高及三廢排放高，環(huán)境污染嚴(yán)重，屬于落后技術(shù)及裝備，亟需升級(jí)換代。本項(xiàng)目從公司生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，借鑒國(guó)內(nèi)先進(jìn)煤氣化的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)中小型煤化工、合成氨行業(yè)氣頭改造，玻璃、陶瓷及冶煉壓延行業(yè)工業(yè)燃?xì)獾木薮笫袌?chǎng)需求，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)投資低、工藝操作簡(jiǎn)單、氣化效率高、環(huán)境友好的高溫非熔渣純氧連續(xù)氣化技術(shù)，作為間歇式常壓固定氣化技術(shù)的升級(jí)換代產(chǎn)品，解決成本高、環(huán)保壓力大的突出問(wèn)題，為行業(yè)發(fā)展提供清潔、可靠的能源保障。

1.氣化技術(shù)理論及對(duì)比研究

目前國(guó)際上成熟的造氣爐氣化技術(shù)主要有UGI氣化法、魯奇氣化法、BGL氣化法、氣流床氣化法、流化床氣化法，以上5種氣化法對(duì)比如下：

UGI氣化：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資低；間歇操作、循環(huán)制氣，碳耗高、能耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重。

魯奇氣化：純氧、加壓、連續(xù)氣化，氣化效率高，單爐處理規(guī)模大；投資高；蒸汽分解率低，含酚、氨廢水量大，廢水處理成本高。

BGL氣化：氣化溫度高，蒸汽分解率高，碳轉(zhuǎn)化率高，處理規(guī)模大；系統(tǒng)投資高，工藝操作復(fù)雜。

氣流床氣化：氣化效率高，處理能力大；系統(tǒng)投資高，單爐產(chǎn)量過(guò)大不適合用于煤制工業(yè)燃?xì)狻?/p>

流化床氣化：煤種適應(yīng)性廣，投資相對(duì)較低；空氣氣化，燃?xì)庵泻械獨(dú)?，熱值相?duì)較低。

2.技術(shù)開(kāi)發(fā)思路

本公司所用造氣爐以氧氣（O2≥99.6%）與二氧化碳（CO2≥93%）按比例混合后，與炙熱的焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)，制取濃度為65%～68%左右的CO氣體，其中（CO2：25%～30%，O2≤0.4%）。

主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

C+O2=CO2+Q

2C+O2=2CO+Q

2CO+O2=2CO2+Q

CO2+C=2CO-Q

(1)多灰斗強(qiáng)制排渣

現(xiàn)有氣化技術(shù)存在的問(wèn)題有：

UGI采用雙灰斗排渣，灰渣在排渣裝置中隨著刮刀的旋轉(zhuǎn)在排渣環(huán)狀空間累積，旋轉(zhuǎn)至多180°后落入灰斗。若遇灰渣量較多或出現(xiàn)渣塊，極易在旋轉(zhuǎn)排渣過(guò)程中與環(huán)狀空間內(nèi)外壁擠壓，堵塞或出現(xiàn)卡頓，甚至導(dǎo)致排渣受阻，造成強(qiáng)制停爐[3]。

解決方案及優(yōu)勢(shì)：

①考慮在傳統(tǒng)對(duì)側(cè)排灰的基礎(chǔ)上，對(duì)稱增設(shè)一對(duì)排渣鎖斗，降低排渣過(guò)程中灰渣的累積量，將灰渣熔融團(tuán)聚后的渣塊及時(shí)排出；

②同時(shí)減少渣塊在環(huán)形排渣空間的移動(dòng)距離，使得排灰更加均勻穩(wěn)定，有利于氣化劑的均勻分布和預(yù)熱。

(2)提高氣化爐高徑比

現(xiàn)有氣化技術(shù)存在的問(wèn)題有：

UGI爐高徑比一般為2～3，且氣化溫度低、床層溫度分布變化頻繁、氣化劑在床層內(nèi)的停留時(shí)間短等原因，碳轉(zhuǎn)化率低，灰渣殘?zhí)剂靠蛇_(dá)20%以上，不僅是對(duì)于原料的極大浪費(fèi)，單位粗煤氣的煤耗也大大增加。

解決方案及優(yōu)勢(shì)：

氣化爐溫度提高后，床層中高溫區(qū)域縱向延伸較長(zhǎng)，且分布較為穩(wěn)定。借鑒加壓氣化爐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化氣化爐高徑比拉長(zhǎng)氣化反應(yīng)區(qū)域，增加氣化劑在氣化溫度區(qū)間的停留時(shí)間，提高蒸汽分解率和碳轉(zhuǎn)化率。

3.強(qiáng)制均勻排渣裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖1 四灰斗強(qiáng)制排渣裝置

如圖1所示，為解決排渣不均勻造成的床層不穩(wěn)定，促進(jìn)排渣連續(xù)均勻，本公司將原有的兩灰頭排渣裝置改為四灰斗排渣裝置。試驗(yàn)測(cè)試兩灰斗、四灰斗和六灰斗的排灰情況：

四灰斗，實(shí)現(xiàn)了90°強(qiáng)制排渣，相比兩灰斗，熱效率和冷煤氣效率均有不同程度的提升，灰渣殘?zhí)恳策M(jìn)一步下降至0.6%以下。六灰斗，即60°強(qiáng)制排渣，相應(yīng)氣化指標(biāo)較四灰斗幾乎不變。

表1 各灰斗排渣效果對(duì)比

圖2 兩灰斗四灰斗對(duì)比圖

4.改為四灰斗排渣裝置后達(dá)到的效果

（1）造氣爐全部更換新?tīng)t篦、全部更換為四灰斗放渣裝置。造氣爐由直徑2745mm改造成直徑3200mm，爐底總成整體更換，更便于工藝的運(yùn)行及調(diào)節(jié)。改造前公司每月都有1-2臺(tái)造氣爐出現(xiàn)結(jié)疤現(xiàn)象，自2017年以來(lái)，改造后的造氣爐從未出現(xiàn)結(jié)疤現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了造氣爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）造氣爐多灰斗排渣方式創(chuàng)新改造前，老造氣需開(kāi)9臺(tái)造氣爐（開(kāi)7備2），改造后只需開(kāi)7臺(tái)爐子（開(kāi)5備2）就能滿足后工序氣量要求，氣量大幅度提高。有數(shù)據(jù)表明：改造前單爐發(fā)氣量為5000-5500m3/h，改造后單爐發(fā)氣量提高到8500-10000m3/h。目前，改造后單爐加煤間隔為300s左右（改造前單爐加煤間隔為150s左右），但是單爐出口溫度才400℃左右（遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到改造前設(shè)定的出口溫度為550℃左右的工藝指標(biāo)），爐子上部、下部溫度及中心風(fēng)艙溫度均處于可控狀態(tài)，由此可見(jiàn)改造后單爐氣量沒(méi)有達(dá)到最大值，但由于入爐CO2閥門全開(kāi)，流量已滿量程（2500m3/h），下一步電儀將配合車間調(diào)整校核CO2閥門，實(shí)現(xiàn)改造后造氣爐發(fā)氣量的進(jìn)一步提升。

（3）造氣爐多灰斗排渣方式創(chuàng)新改造后，氣質(zhì)明顯提高，煤氣出口CO含量可由68%提高到70%～71%。

5.結(jié)論

本公司工程示范裝置經(jīng)過(guò)3年多的長(zhǎng)期運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)優(yōu)異，獲得了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。該氣化技術(shù)適用于中小型煤化工、玻璃、陶瓷及冶煉壓延領(lǐng)域，替代原有間歇式移動(dòng)床氣化爐，且具有氣化效率高，煤氣熱值高、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點(diǎn)，可促進(jìn)我國(guó)能源供應(yīng)向集中化、區(qū)域化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用和節(jié)能減排。目前已與多家企業(yè)開(kāi)展了相關(guān)合作洽談，與七臺(tái)河勃盛清潔能源有限公司、魯北集團(tuán)、魏橋集團(tuán)等3家企業(yè)已經(jīng)達(dá)成了共計(jì)54臺(tái)套造氣爐的合作意向。