翟建楠

（中科清能燃?xì)饧夹g(shù)（北京）有限公司，北京 100190）

將菱鎂礦、水鎂石和由海水或鹵水中提取的氫氧化鎂經(jīng)800℃～1000℃左右煅燒，使其分解排出CO2或H2O，即得到輕燒鎂粉，也稱(chēng)輕燒氧化鎂、苛性氧化鎂或輕燒鎂。輕燒鎂被廣泛用于于建材、化工、冶金、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域，是生產(chǎn)防火板、輕質(zhì)隔墻板、硫酸鎂、造紙、除硫工藝、鋼廠(chǎng)護(hù)爐濺渣等的理想材料。

輕燒鎂生產(chǎn)必須使用氣體燃料，一直以來(lái)，輕燒窯一直使用單段爐制氣，單段爐雖然投資少，但能耗高，必須使用塊煤，嚴(yán)重浪費(fèi)能源，2011年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄已將單段式煤氣發(fā)生爐項(xiàng)目列為淘汰類(lèi)。2015年，部分廠(chǎng)家按環(huán)保部門(mén)的要求將單段爐改成了兩段爐，雖然兩段爐比單段爐稍節(jié)能，但焦油和酚水，特別是酚水治理的高昂費(fèi)用問(wèn)題又再次嚴(yán)重困擾著海城輕燒鎂企業(yè)。

以天然氣為燃料，可以滿(mǎn)足輕燒鎂煅燒的要求，但由于我國(guó) “缺油、少氣、富煤”的特點(diǎn)，天然氣供應(yīng)不足，且冬季價(jià)格飛漲，大大降低了企業(yè)的利潤(rùn)水平。

2019年7月1日，生態(tài)環(huán)境部、發(fā)改委、工信部、財(cái)政部四部門(mén)聯(lián)合下發(fā)的《工業(yè)爐窯大氣污染綜合治理方案》，再次明確要加大煤氣發(fā)生爐淘汰力度。2020年年底前，重點(diǎn)區(qū)域淘汰爐膛直徑3米以下燃料類(lèi)煤氣發(fā)生爐；集中使用煤氣發(fā)生爐的工業(yè)園區(qū)，暫不具備改用天然氣條件的，原則上應(yīng)建設(shè)統(tǒng)一的“清潔煤制氣中心”。

通過(guò)對(duì)一些輕燒鎂企業(yè)的實(shí)地調(diào)研，得知輕燒鎂生產(chǎn)對(duì)煤氣的要求是潔凈、10KPa壓力、熱值不低于1250kal/Nm3。結(jié)合我公司循環(huán)流化床氣化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，采用循環(huán)流化床雙床氣化工藝為輕燒鎂廠(chǎng)家提供燃料。

1 氣化技術(shù)選擇

1.1 循環(huán)流化床氣化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

中科院工程熱物理研究所研究開(kāi)發(fā)的循環(huán)流化床氣化技術(shù)，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）煤氣不含焦油，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)酚水產(chǎn)生，環(huán)保性能好；

（2）氣化爐為常壓空氣氣化，安全可靠 ，無(wú)安全隱患；

（3）氣化爐是空間氣化，易于實(shí)現(xiàn)大型化，單爐產(chǎn)量20～80kNm3/h;

（4）采用DCS完成各工藝系統(tǒng)的檢測(cè)和控制，更安全、更經(jīng)濟(jì)；

（5）節(jié)省脫硝費(fèi)用：清潔煤氣因燃燒溫度低，燃燒后的NOX排放量為1500mg/Nm3，而天然氣NOX排放量是3000mg/Nm3，故使用煤制氣比使用天然氣更節(jié)約脫硝費(fèi)用。

1.2 采用循環(huán)流化床雙床氣化爐，為輕燒鎂煅燒提供冷凈煤氣

循環(huán)流化床氣化有單床、雙床，可做熱荒煤氣或冷、凈煤氣。

由于，循環(huán)流化床雙床煤氣熱值比單床提高10%、氣化效率提高2%，所以我們首選雙床；

煤氣若不除塵，塵含量約40～50g/Nm3,此塵經(jīng)煤氣帶入爐窯會(huì)降低MgO的品位，工藝上不允許，所以只能選擇凈煤氣；

從環(huán)保角度考慮，在煤氣側(cè)脫硫，則窯后不用考慮脫硫問(wèn)題，煤氣脫硫比煙氣脫硫更經(jīng)濟(jì)。所以，最后的方案是采用循環(huán)流化床雙床氣化爐，煤氣經(jīng)降溫、除塵、脫硫，加壓后通過(guò)管網(wǎng)輸送至輕燒鎂爐窯。

表1 氣化爐設(shè)計(jì)指標(biāo)

表2 混合干煤氣組成

圖1 煤氣化工藝流程框圖

表3 工藝系統(tǒng)及主體設(shè)備

根據(jù)用戶(hù)煤氣量需求，單臺(tái)氣化爐產(chǎn)氣量40000Nm3/h，共設(shè)計(jì)2臺(tái)循環(huán)流化床雙床氣化爐。氣化爐設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1，煤氣成分見(jiàn)表2。

1.3 雙床氣化工藝流程

將原煤破碎成8mm以下粒度，再由螺旋給煤機(jī)從熱解爐加入，與大量的高溫物料混合并被快速加熱，發(fā)生高溫?zé)峤夥磻?yīng)。釋放出的揮發(fā)分經(jīng)熱解爐與氣化爐的連通管進(jìn)入到氣化爐上部成為煤氣一部分，熱解半焦通過(guò)熱解爐返料器，進(jìn)入到氣化爐爐膛底部，并與底部通入的600℃高溫預(yù)熱空氣發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫煤氣將固體物料輸運(yùn)至氣化爐頂部；部分的固體顆粒參與爐膛內(nèi)循環(huán)，煤氣和較細(xì)固體物料混合物經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器氣固分離后，固體物料通過(guò)氣化爐返料器進(jìn)入熱解爐，加熱原煤，從而形成固體物料循環(huán)。煤氣經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器降溫到700℃左右（同時(shí)產(chǎn)生600℃的高溫預(yù)熱空氣，用作氣化劑）；然后再經(jīng)余熱鍋爐等繼續(xù)降溫到230℃左右同時(shí)產(chǎn)生1.0MPa的飽和蒸汽，184℃的飽和蒸汽。蒸汽一部分用作氣化劑，其余使用柔性熱源管理系統(tǒng)綜合利用。煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后進(jìn)入省煤器降溫至180℃，再進(jìn)入布袋除塵器，出來(lái)的煤氣經(jīng)冷卻器降溫至～40℃后，進(jìn)脫硫塔脫除H2S，脫硫后的煤氣經(jīng)加壓機(jī)升壓外送。

氣化爐底產(chǎn)生的渣經(jīng)冷渣機(jī)冷卻至≤100℃后，由皮帶機(jī)經(jīng)斗提輸送至渣倉(cāng)。由旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器收集的灰通過(guò)倉(cāng)泵氣力輸送至灰倉(cāng)。

2 工藝系統(tǒng)及主體設(shè)備簡(jiǎn)述

（1）循環(huán)流化床氣化爐

爐膛采用絕熱結(jié)構(gòu)，由防磨耐火材料層、保溫層和鋼殼組成。耐火材料要求有合適的錨固和支撐結(jié)構(gòu)，保證耐火材料自身重量橫向和縱向分配合理。氣化爐上下等徑，氣化爐爐膛布置有DN500檢修孔，供維修清理爐膛用，采用風(fēng)帽布風(fēng)，爐膛底部設(shè)有渣管。

氣化爐爐膛布置螺旋給煤機(jī)給煤，煤通過(guò)落煤管進(jìn)入爐膛，落煤管頂部布置播煤風(fēng)。

循環(huán)流化床氣化爐系統(tǒng)采用床下點(diǎn)火啟動(dòng)。進(jìn)風(fēng)道并行布置一臺(tái)點(diǎn)火燃燒器，燃料為柴油，柴油流量可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中保證燃燒器穩(wěn)定燃燒，不出現(xiàn)回火、脫火現(xiàn)象。

（2）熱解爐

由耐磨耐火材料和鋼板外殼構(gòu)成，由上返料器返料至熱解爐中下部，下部與下返料器相連，上部通過(guò)連通管與氣化爐相連，熱解爐工作溫度800℃，爐膛采用絕熱結(jié)構(gòu)，由防磨耐火材料層、保溫層和鋼殼組成。耐火材料要求有合適的錨固和支撐結(jié)構(gòu)，保證耐火材料自身重量橫向和縱向分配合理。

熱解爐布置兩組螺旋給煤機(jī)給煤，給煤口位于熱解爐的中部。

（3）旋風(fēng)分離器

循環(huán)流化床煤氣化爐用旋風(fēng)分離器作為高溫煤氣與高溫半焦的分離裝置，旋風(fēng)分離器出口接空氣預(yù)熱器。旋風(fēng)分離器采用切向入口和中心筒偏心設(shè)計(jì)。旋風(fēng)分離器筒體內(nèi)壁面及入口內(nèi)壁面均敷設(shè)高溫耐磨耐火材料，入口銜接處及錐段連接處過(guò)渡光滑無(wú)臺(tái)階。耐火材料要求有合適的錨固和支撐結(jié)構(gòu)，保證耐火材料自身重量橫向和縱向分配合理。

（4）上、下返料器

上、下返料器由耐磨耐火材料和鋼板外殼構(gòu)成。返料器采用風(fēng)管和風(fēng)帽布風(fēng)。風(fēng)管采用穿墻雙層套管設(shè)計(jì)，以便于清理和檢修。冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)采用空氣作為返料風(fēng)，正常運(yùn)行后由蒸汽進(jìn)行返料。

3 結(jié)論

循環(huán)流化床煤氣化是國(guó)家兩部委推薦的工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效利用技術(shù)，既環(huán)保又節(jié)能，非常適合菱鎂行業(yè)，可以徹底解決菱鎂行業(yè)酚水污染、安全等問(wèn)題。

本項(xiàng)目所產(chǎn)的工業(yè)燃?xì)鉃榍鍧嵢剂暇哂幸韵聝?yōu)勢(shì)：

（1）干煤氣熱值與輕燒窯所用的單段爐或兩段爐的煤氣熱值相近，完全適用于輕燒鎂煅燒工藝。

（2）燃燒尾氣無(wú)須脫硫即可達(dá)標(biāo)排放。

（3）工業(yè)燃?xì)夤夥€(wěn)定，不受季節(jié)影響，有利于用氣單位平穩(wěn)生產(chǎn)。

（4）工業(yè)燃?xì)馀c天然氣相比具有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)，氣價(jià)是天然氣價(jià)格的80%左右。

循環(huán)流化床氣化技術(shù)已在氧化鋁、鎳、銅等有色金屬行業(yè)成熟運(yùn)用，相信在輕燒鎂行業(yè)也將一定會(huì)得到成功應(yīng)用。希望本文能夠?yàn)閺V大從事煤氣化爐設(shè)計(jì)、菱鎂行業(yè)及相關(guān)行業(yè)人員提供一定的參考，并通過(guò)我們共同的努力把煤制清潔工業(yè)燃?xì)馔茝V到更多領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)雙贏的目標(biāo)。