葛志軍， 郭雯婧

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

隨著我國社會與經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，人們越來越重視對環(huán)境的保護，所以，各行各業(yè)中清潔能源的使用比例均在不斷上升。利用煤氣化技術(shù)，能夠把煤炭資源由對環(huán)境存在較大污染的能源，而轉(zhuǎn)變成更加潔凈的氣體能源，實現(xiàn)綠色環(huán)保的目標，同時還能夠顯著的改善煤炭資源轉(zhuǎn)化率。上世紀50年代殼牌便開始研究煤氣化技術(shù)，在1976年建成了煤氣化實驗裝置，該技術(shù)傳入國內(nèi)之后得到迅猛發(fā)展。

1 殼牌煤氣化技術(shù)簡介

1.1 殼牌煤氣化技術(shù)工藝原理

整個煤氣化流程均是處在高溫、高壓狀態(tài)之下完成的，煤粉、氧氣和極少的蒸汽采用并流方式被輸送至氣化爐之中，并且在非常短時間內(nèi)完成升溫過程、裂解過程以及燃燒轉(zhuǎn)化過程等各種物理以及化學(xué)反應(yīng)過程。因為汽化爐之中擁有的溫度非常高，當存在氧氣情況之下，煤炭中碳揮發(fā)分解一系列反應(yīng)得到的產(chǎn)物，會發(fā)生燃燒反應(yīng)，而當氣化爐之中的氧氣完全消耗以后，在其中便會發(fā)生碳的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，此時便會進入到氣化反應(yīng)階段，最后得到的成分主要包含有CO氣體以及H2氣體，這些氣體再通過除灰裝置而輸出。

1.2 殼牌煤氣化技術(shù)工藝流程

現(xiàn)階段，在殼牌煤氣化技術(shù)工藝中，示范裝置以及工業(yè)化裝置所采用的流程都是廢鍋流程，未來激冷流程技術(shù)工藝也會逐漸推廣到市場之中。殼牌煤氣化技術(shù)工藝廢鍋流程示意，如圖1所示。

圖1 殼牌煤氣化技術(shù)工藝廢鍋流程示意圖

原材料在完成破碎作業(yè)之后，通過相應(yīng)的運輸設(shè)備被輸送到磨煤機設(shè)備之中，并且在此完成粉磨處理，確保90%以上的煤顆粒直徑小于100 μm，對粉磨后的煤粉進行干燥處理，然后將經(jīng)由常壓煤粉倉、加壓煤粉倉以及給料倉，利用高壓的N2作用，把干燥之后的煤粉輸送到汽化爐煤燒嘴位置。采用相應(yīng)的設(shè)備將空氣分離，得到高壓氧氣，并且進行預(yù)熱處理，和中壓過熱的蒸汽加以混合之后輸送到煤燒嘴位置。在氣化爐裝置頂部位置處會形成溫度值為1 500 ℃左右的高溫煤氣，這些氣體經(jīng)過一定的除塵處理之后進行冷卻， 在激冷處理之后煤氣溫度降至900 ℃左右，這些氣體便被輸送至合成氣冷卻器之中，并在此裝置之中完成熱量的回收工作，然后再將煤氣輸送至干式除塵設(shè)備以及濕法洗滌設(shè)備之中，當煤氣之中粉塵含量不超過1 mg/m3時，再將煤氣輸送至后續(xù)工序之中[1]。

經(jīng)由濕洗設(shè)備而排出來的廢水在冷卻以后再次進行循環(huán)利用，而很少一部分會進行閃蒸處理以及沉降處理，之后再輸送到污水處理設(shè)備之中進行深度處理。氣化爐設(shè)備之中氣化形成的一些高溫熔渣，會在自重作用下流至氣化爐裝置下方部位的渣池，這些熔渣經(jīng)過激冷處理之后，會轉(zhuǎn)變成為直徑約幾mm的玻璃體，能夠作為再生建筑材料或者是作為路基回填材料再次使用。

2 殼牌煤氣化技術(shù)工藝特點

2.1 原料煤適應(yīng)性較廣

此種工藝對于原料煤的適應(yīng)能力相對強，能夠應(yīng)用褐煤、次煙煤、煙煤以及無煙煤等等，同時，還能夠同時使用兩種不同的煤作為原料，較其它一些煤氣化技術(shù)而言，該種技術(shù)對于原料煤灰熔點擁有更廣的適用范圍，有些煤炭之中含有相對高的灰分以及水分等，依然能夠被用作原料煤。

2.2 單系列擁有較大生產(chǎn)能力

現(xiàn)階段，已經(jīng)投產(chǎn)的煤氣化設(shè)備之中，單臺設(shè)備的投煤數(shù)量高達2 000 t/d，而且單臺設(shè)備投煤數(shù)量高達3 000 t/d的煤氣化爐裝置很快即將建成。

2.3 擁有較高的碳轉(zhuǎn)化率

因為此種設(shè)備的氣化溫度值相對較高，通常情況下要超過1 400 ℃，因此碳轉(zhuǎn)化率能夠超過99%。

2.4 所得氣體產(chǎn)品品質(zhì)較高

所得氣體產(chǎn)品較為潔凈，而且煤氣之中CH4含量非常低，沒有重烴物質(zhì)，所得氣體之中CO氣體與H2氣體的總比例高達90%以上。

2.5 氣化過程中耗氧量少

此種工藝在氣化過程中消耗氧氣數(shù)量非常少，較采用水煤漿氣化技術(shù)時耗氧量減少20%左右，能夠有效的節(jié)約空分設(shè)備運行成本，具有較為明顯的經(jīng)濟效益[2]。

2.6 擁有相對高的熱效率

經(jīng)過煤氣化技術(shù)處理之后得到的煤氣熱效率非常高，通常超過80%以上，剩余的為中壓蒸氣或者是副產(chǎn)高壓，煤氣化總體的熱效率能夠達到98%。

2.7 運轉(zhuǎn)周期相對較長

由于氣化爐設(shè)備的結(jié)構(gòu)為水冷壁結(jié)構(gòu)，擁有非常優(yōu)良的牢固性，在運行過程中更為可靠，在內(nèi)部無需加襯耐火磚。此種設(shè)備在運行過程中無需進行較多維護工作，設(shè)備的運轉(zhuǎn)周期相對長，不用另外加設(shè)備用設(shè)備。其中，煤燒嘴的壽命設(shè)計值高達8 000 h，正是由于此部件擁有非常長的使用壽命，才能夠確保氣化爐裝置可以在非常長時間段內(nèi)安全、穩(wěn)定的運行。

2.8 便于調(diào)整負荷

每一個氣化爐設(shè)備均會設(shè)置有4～6個煤燒嘴，這樣能夠確保煤粉可以氣化更加完全，并且在進行負荷調(diào)整過程中會更加便利，調(diào)節(jié)的范圍也可以更大，一般情況下調(diào)節(jié)范圍能夠達到40%～100%，設(shè)備負荷的調(diào)節(jié)速率可達5%/min。

2.9 擁有良好的環(huán)境效益

由于此設(shè)備排出的飛灰之中包含的碳量相對較低，能夠?qū)⑦@些材料當成是水泥摻合料使用，也可以作為路基回填材料使用，而且在堆放過程中不會有污染物排出，污水之中沒有焦油成分，更加便于污水處理，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)零污染排放。

3 殼牌煤氣化技術(shù)在工廠安全穩(wěn)定應(yīng)用的注意事項

3.1 配煤工藝注意事項

應(yīng)當確保煤粉處于注氮環(huán)境下的時間不能超出10 d，要將干煤粉的含水量限制在2%以內(nèi)，還要對粉磨過程中煤粉的粒度進行有效控制，保證粒徑不超過5 μm的煤粉所占比例<8%，這樣才能確保煤粉擁有更為優(yōu)良的輸送性能。

3.2 防渣與防積灰注意事項

要想防止出現(xiàn)大渣導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生堵塞問題，當原料煤種類發(fā)生變化，應(yīng)當對煤的灰分進行測量，石灰石添加數(shù)量應(yīng)當依照黏度-溫度實驗所得數(shù)據(jù)進行確定。要重視對渣池中水密度以及黏度的測量，避免因渣漿的濃度過高，而發(fā)生堵塞問題，并且適宜的增加循環(huán)水排放數(shù)量。要確保管道以及設(shè)備擁有良好伴熱，這樣才能有效的避免出現(xiàn)飛灰堵塞問題[3]。

3.3 防止燒煤嘴出現(xiàn)損壞的注意事項

需要在適宜的范圍內(nèi)增加燒煤嘴罩之中冷卻水單位時間流量，在原煤的種類發(fā)生變更時，應(yīng)當對系統(tǒng)各個參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

4 殼牌煤氣化技術(shù)在工廠中的具體應(yīng)用

4.1 殼牌煤氣化技術(shù)在國外工廠中的具體應(yīng)用

國外最早應(yīng)用煤氣化技術(shù)的工程為荷蘭Demkolec電廠，該系統(tǒng)于1990年在Demkolec電廠中進行建設(shè)，并在1993年建設(shè)完成投入運行，在系統(tǒng)的整個試運行時期表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，在順利運行了3年后，項目交由事業(yè)部門管理，而且長期以來其運行狀況均非常良好。在國外還有很多應(yīng)用實

例，這些實例也反映出了煤氣化技術(shù)在實際運行過程中非?？煽浚覍儆诜浅Ｏ冗M的一項技術(shù)。

4.2 殼牌煤氣化技術(shù)在國內(nèi)工廠中的具體應(yīng)用

國內(nèi)首家應(yīng)用殼牌煤氣化技術(shù)的企業(yè)為湖北雙環(huán)科技公司，殼牌煤氣化系統(tǒng)在2006年5月開始投產(chǎn)運行，此系統(tǒng)運行也非常穩(wěn)定，生產(chǎn)負荷達到了100%。最近一段時期內(nèi)，國內(nèi)很多企業(yè)均與殼牌公司達成了技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，越來越多的煤氣化項目投入建設(shè)。

5 結(jié)語

經(jīng)過大量的實踐證明，殼牌煤氣化技術(shù)原料的利用效率更高、能耗更少，其屬于能源節(jié)約以及環(huán)境友好型技術(shù)。該項技術(shù)在國內(nèi)以及國外的應(yīng)用逐漸廣泛，也取得非常顯著的應(yīng)用效果。未來隨著殼牌煤氣化技術(shù)不斷發(fā)展以及國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗進一步積累，對我國煤氣化行業(yè)發(fā)展將起到更大的推動作用。

參考文獻：

[1] 張海蘭,龐巖峰.殼牌煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計探討[J].山西化工,2017,37(3):78-80.

[2] 牛玉奇.殼牌煤氣化裝置生產(chǎn)管理要點總結(jié)[J].化肥設(shè)計,2016,54(3):45-48.

[3] 夏正峰,孫中華.殼牌煤氣化爐的設(shè)備特性及技術(shù)管理探討[J].化工管理,2017(2):178.