流化床煤气化技术的研究进展

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1、流化床煤气化技术的研究进展煤气化技术有多种分类法，按煤的进料状态可分为干块进料、干粉进料和煤浆进料。煤层中燃料运动状态，可分为固定床（亦称移动床）、流化床、气流床和熔融床.按床层压力等级，可分为低压（<0.3MPa）、中压（0.3MPa～4.5MPa）和高压（>4.5MPa）。按排渣状态，可分为干法（固态）、熔聚和熔渣（液态）。目前，应用较广泛的煤气化技术有如下几种：1）加压固定床气化技术加压鲁奇炉是典型的加压固定床气化技术，技术成熟，能利用高灰分煤，并且能在2.41MPa压力下运行，适合合成液体燃料合成所需要的操作压力，可节约投资和能耗，但过程中产生大量的焦油

2、和酚。为克服上述缺点，又进行了新的开发，主要技术升级包括进一步提高压力、提高温度和两段引气。2）流化床气化技术温克勒气化工艺是典型的流化床技术，最早用于工业生产，第一台工业生产装置于1926年投入运行。这种炉型存在严重的缺陷，只能利用高活性褐煤，排灰含碳多，飞灰带出碳损失严重，致使碳利用率降低。针对这些问题开发了新的流化床技术，如高温温克勒（HTW）、灰熔聚气化（KRW，U-gas）和循环流化床气化工艺。3）水煤浆气流床气化技术水煤浆气流床气化又称湿法进料气流床气化，其中Texaco炉是一种率先实现工业化的水煤浆气流床气化技术，其进料方式简单，工程问题较少，具有

3、大的气化能力，可以实现高压力（8MPa～10MPa）操作。但冷煤气效率较低，氧耗较高。为了降低过程氧耗，提高冷煤气效率，在Texaco气化技术基础上发展了两段进煤煤气化工艺。4）干粉进料气流床气化技术干粉进料气流床气化技术相对湿法进料具有氧耗低，煤种适应广和冷煤气效率高等优点.其代表技术有Shell，Prenflo和日立气流床等。ShellSCGP工艺是在K-T炉的基础上所开发的加压K-T气化炉。Prenflo气化工艺与ShellSCGP基本相同，只是炉体设计有所不同。由上可知，煤气化技术中以煤气化流化床技术具有燃烧、气化温度低、碳转化率高、炉内固硫和生成氮化物

4、少等优点而受到广泛的关注。流化床煤气化技术作为煤清洁利用技术的重要组成部分具有重要的研究意义。·工业应用流化床煤气化器的分类煤气化流化床有多种分类。按操作压力可分为常压、增压流化床；按床内运行状况，可分为循环流化床、鼓泡流化床。各种类型的流化床简要介绍如下。1）鼓泡流化床BFB（bubblingfluidizedbed）鼓泡流化床结构见图1，通过床面气流的始升速度约1m/s～3m/s，燃料有一清晰的起浮面，一般有70cm～110cm厚，气体携带的固体颗粒旋风分离后再循环回床内。鼓泡流化床由于颗粒群和流体的返混以及速度分布的不均匀性，造成部分流体短路，床内存在大量

5、气泡。碳颗粒在流化床稀相段的转化率低，设备利用率低。2）循环流化床CFB（circulatingfluidizedbed）循环流化床原理：对垂直气、固流动系统，当表观气速由湍动流态化进一步提高时，颗粒夹带速率愈益增大，床层界面愈趋弥散。当达到一定气速时，颗粒夹带速率达到气体饱和携带能力，在没有颗粒补入的情况下，床层颗粒将被很快吹空。为维持系统稳定操作，必须以带出相同的速率向床中补入颗粒。若补入速率太小，则床层发生由湍动流化向稀相气力输送的直接过渡；若补入速率足够高，并将带出颗粒回收后返回床层底部，则可在高气速下形成一种不同于传统密相流化床的密相状态，即快速流态化

6、。4以这种形式运转的流化床称之为循环流化床.典型的循环流化床结构见图2，主要由上升管（即反应器）、气固分离器、回料立管和返料机构等几大部分组成。吹入炉内空气流携带颗粒物充满整个燃烧空间而无确定的床面，高温的燃烧气体携带着颗粒物升到炉顶进入旋风器。粒子被旋转的气流分离沉降至炉底入口，再循环进入主燃烧室。循环流化床气化炉操作气速范围在鼓泡流化床和气流床反应器之间，具有较大的滑移速度，使其气固之间的传热和传质速率提高。它综合了并流输送反应器和全混釜式鼓泡流化床反应器的优点。整个反应器系统的温度均匀，可使煤气化操作温度达到最大临界温度即灰熔点温度，从而有利于煤气化反应的

7、快速进行。循环流化床特点：1）操作温度高且均匀；2）床内气固接触良好；3）颗粒物料细；4）颗粒在床内的停留时间长，相应的反应时间增加；另外，CFB高径比大（H∶D>10），有利于加压操作，处理量大，反应器放大容易，易于实现工业化。3）增压流化床增压流化床是由常压流化床增压操作发展起来的。由于燃烧反应在增压燃烧室进行煤燃烧的化学反应速度大大加快。燃烧器被包围在压力壳内，燃料通过特殊的给料系统送入加压的燃烧器，整个燃烧气化过程发生在加压情况下，一般压力在1MPa～3MPa。增压流化床可以是鼓泡床也可以是循环床。增压流化床主要有两大技术流派：一是以ABBcarbon为

8、代表，鼓泡型增压流化床；