王才梅郝曉旭河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

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清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于
煤氣生產(chǎn)的環(huán)保優(yōu)勢

王才梅郝曉旭
河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

摘要:清潔粉煤氣化系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤氣化技術(shù)，可有效降低粉塵、SO2、NOX等大氣污染物的排放，避免焦油、酚水等污染物的生成，在改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量方面具有較好的作用。

關(guān)鍵詞:粉煤氣化；環(huán)保

0前言

2015年3月1日，工信部聯(lián)合財政部發(fā)布了《工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用行動計劃（2015~2020年）》（以下簡稱《行動計劃》）?！缎袆佑媱潯诽岢?，到2017年，實現(xiàn)節(jié)約煤炭消耗8 000萬噸以上，減少煙塵排放量50萬噸、二氧化硫排放量60萬噸、氮氧化物40萬噸。到2020年，力爭節(jié)約煤炭消耗1.6億噸以上，減少煙塵排放量100萬噸、二氧化硫排放量120萬噸、氮氧化物80萬噸。

《行動計劃》以焦化、工業(yè)爐窯、煤化工、工業(yè)鍋爐等4個工業(yè)用煤領(lǐng)域為重點，以煤炭消耗量大的城市為載體，結(jié)合本地產(chǎn)業(yè)實際，綜合提升區(qū)域煤炭清潔高效利用水平，實現(xiàn)控煤、減煤。清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于陶瓷、玻璃、氧化鋁和冶金等多種行業(yè)，其提供的清潔煤氣，可替代燃油、天然氣、焦?fàn)t煤氣等能源，有效降低企業(yè)環(huán)保及燃料成本。

1煤氣化技術(shù)簡介

煤氣化技術(shù)是指把經(jīng)過適當(dāng)處理的煤送入反應(yīng)器如汽化爐內(nèi)，在一定的溫度和壓力下，通過氧化劑(空氣、氧氣和蒸氣)以一定的流動方式(移動床、流化床或攜帶床)轉(zhuǎn)化成氣體，得到粗制水煤氣,通過后續(xù)脫硫脫碳等工藝可以得到一氧化碳?xì)怏w。

煤氣化技術(shù)在我國已有近百年的生產(chǎn)歷史，但仍然落后且發(fā)展緩慢。就總體而言，我國煤氣化以傳統(tǒng)技術(shù)為主，工藝落后，環(huán)保設(shè)施不健全，煤炭利用效率低，污染嚴(yán)重。目前在國內(nèi)較成熟的煤氣化技術(shù)的仍然是常壓固定床氣化技術(shù),它廣泛用于冶金、化工、建材、機(jī)械等工業(yè)行業(yè)和民用燃?xì)猓訳GI、水煤氣兩段爐、發(fā)生爐兩段爐等固定床氣化技術(shù)為主。常壓固定床氣化技術(shù)的優(yōu)點是操作簡單，投資小。但技術(shù)落后，效率低，污染重，急需技術(shù)改造。如不改變現(xiàn)狀，將影響經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2清潔粉煤氣化系統(tǒng)介紹

清潔粉煤氣化系統(tǒng)是由科達(dá)公司研制，綜合吸取多種汽化爐的優(yōu)勢，在循環(huán)流化床粉煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上研究出的新的清潔煤氣化技術(shù)。清潔粉煤氣化系統(tǒng)主要由煤氣化系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)和DCS操作系統(tǒng)等組成。

清潔粉煤氣化技術(shù)采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，將固體燃煤顆粒在爐床內(nèi)經(jīng)氣體流化后進(jìn)行燃燒，燃煤顆粒在爐體內(nèi)及爐體外分離器之間循環(huán)運行，使煤的燃燒更充分。該技術(shù)與傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)的加料及燃燒方式不同，汽化過程在高溫中進(jìn)行，煤炭中的有害成分發(fā)生裂解。

清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于煤氣生產(chǎn)的工藝流程為:原煤經(jīng)過破碎、篩分加工成0~10 mm的粉煤顆粒，粉煤通過輸送皮帶運至煤氣發(fā)生爐煤斗，由螺旋輸送機(jī)送入汽化爐中，汽化劑（水蒸氣和空氣）經(jīng)高溫?fù)Q熱器預(yù)熱至700～750℃產(chǎn)生后進(jìn)入汽化爐。氣化劑與粉煤在950℃左右燃燒氣化反應(yīng)，反應(yīng)后生成的粗煤氣經(jīng)過高溫分離器、換熱器I、換熱器II、布袋除塵器除塵、換熱器III降溫后，干凈煤氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)和煤氣加壓系統(tǒng)后輸送至用戶。

3清潔粉煤氣化系統(tǒng)應(yīng)用于煤氣生產(chǎn)的環(huán)保優(yōu)勢

3.1燃料適應(yīng)性強(qiáng)

燃料適應(yīng)性強(qiáng)是清潔粉煤氣化系統(tǒng)的主要優(yōu)點。循環(huán)流化床的流體動力特性使得氣體與固體、固體與固體燃料混合非常好，燃料進(jìn)入爐膛后能很快與大量床料混合，燃料被迅速加熱至明火溫度，同時床層溫度沒有明顯改變。裝置既可以燃用優(yōu)質(zhì)煤，也可以燃燒低熱值燃料，如褐煤、高灰分煤、高硫煤、高灰高硫煤。

圖1　清潔粉煤氣化系統(tǒng)煤氣生產(chǎn)工藝流程

3.2燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單

清潔粉煤氣化系統(tǒng)的給煤粒度一般小于10 mm,因此與煤粉爐煤粉（顆粒直徑為0.05~0.1 mm）相比，燃料的制粉系統(tǒng)較為簡化，燃料在破碎、篩分過程中粉塵產(chǎn)生量相對較少。

3.3粉塵和H2S含量低

設(shè)備采用干法布袋除塵，布袋收集的飛灰可二次利用。袋式收塵器是目前治理粉塵的主要除塵措施，袋式收塵的濾料利用網(wǎng)孔阻留塵粒間產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象及碰撞、攔截、擴(kuò)散、靜吸收和重力沉降等作用，使粉塵很快被纖維捕集，收塵效率極高，除塵效率99%以上，含塵量可降至10 mg/Nm3以下。

采用濕法脫硫工藝,系統(tǒng)脫硫效率90%以上,出口煤氣H2S含量小于20 mg/Nm3。與燃燒過程不同，脫硫反應(yīng)進(jìn)行得較為緩慢。為了使氧化鈣（煅燒后的石灰石）充分轉(zhuǎn)化為硫酸鈣，煙氣中的二氧化硫氣體必須與脫硫劑有充分長的接觸時間和盡可能大的反應(yīng)面積。循環(huán)流化床設(shè)備中石灰石粒徑通常為0.1~0.3 mm，無論是脫硫劑的利用率還是二氧化硫的脫除率，都比單段及兩段式汽化爐優(yōu)越。

3.4氮氧化物（NOX）排放低

氮氧化物排放低是其又一個特點。清潔粉煤氣化系統(tǒng)運行經(jīng)驗表明，氮氧化物排放范圍為5~50 PPM。氮氧化物排放低的原因:一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成氮氧化物;二是分段燃燒，抑制燃燒中的氮轉(zhuǎn)化成二氧化氮，并使部分已生成的二氧化氮得到還原。

3.5不產(chǎn)生酚水和焦油

以兩段式煤氣發(fā)生爐為例介紹固定床汽化爐，爐內(nèi)從下到上依次為灰層、氧化層、還原層、干餾層和干燥層。爐內(nèi)煤自上而下移動，產(chǎn)生的煤氣自下而上排出。在干餾層（300～600℃），煤中酚氰類物質(zhì)、焦油揮發(fā)出來，并通過干燥層進(jìn)入上段煤氣，在煤氣凈化（冷卻和電捕焦油）過程中得到收集。兩段式煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的焦油是優(yōu)質(zhì)的化工原料，可以出售，但酚水較難處理，部分違法企業(yè)直排溝道，嚴(yán)重污染地表水、土壤和地下水。

循環(huán)流化床汽化爐，整個爐膛溫度基本都在950～1 050℃。原煤顆粒在950～1 050℃的流化床中汽化，焦油、酚氰類物質(zhì)裂解比較完全，從根源上解決了酚氰類廢水問題。

3.6易于實現(xiàn)灰渣綜合利用

系統(tǒng)燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件，使得鍋爐灰渣含碳量低，易于實現(xiàn)灰渣的綜合利用。灰渣可作為水泥摻和料或用作建筑材料。

3.7煤炭能源綜合利用率高

整個系統(tǒng)碳的綜合轉(zhuǎn)化率在90%以上，同時系統(tǒng)可以調(diào)整產(chǎn)氣熱值范圍，以適應(yīng)不同客戶需求。普通空氣煤氣熱值在1 300～1 400 kcal/Nm3，而富氧煤氣熱值可達(dá)1 650 kcal/Nm3,完全可以滿足工業(yè)生產(chǎn)中不同的工藝和產(chǎn)品對燃料的需求。

4結(jié)論

清潔粉煤氣化系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤氣化技術(shù)應(yīng)用于提供清潔煤氣,可有效的降低粉塵、SO2、NOX等大氣污染物的排放，避免焦油、酚水等污染物的生成，在改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量方面具有較好的作用。

因此，建議國家加大對煤炭清潔高效利用技術(shù)項目的財政和政策支持，并制定統(tǒng)一的行業(yè)清潔能源升級改造政策,保證競爭環(huán)境的相對公平，從而推動產(chǎn)業(yè)全面升級。