（波浪床臥式回轉煤氣化技術）

波浪床煤氣化技術(L型臥式回轉波浪床煤氣化生產工藝及系統(tǒng)),是我國鮮有的通過三年四輪國際答辯，獲得發(fā)明專利的煤氣化系統(tǒng)生產工藝創(chuàng)新技術。它通過煤氣化工藝設計理念的創(chuàng)新，臥式回轉波浪床爐體技術設備的發(fā)明，為普通煤炭氣化生產以及更廣泛領域的應用，提供高效清潔解決方案。

波浪床煤氣化研究開發(fā)的起點是基于煤炭組分的認識，強調煤氣化工藝設計客觀性、準確性與系統(tǒng)化，給煤炭不同成分各自準確的工藝定位。采用分類處理的工藝理念，使工藝系統(tǒng)更加適度準確合理，以最小成本的外部條件，促進煤炭內在動力發(fā)揮更大的作用，不是采用外部強力高能量覆蓋“一刀切”的高溫高壓高速率的工藝方式，

波浪床煤氣化技術有三個創(chuàng)新點“1熱交換質量為核心的回轉技術”2采用普通煤炭為原料，3以中溫中壓工藝環(huán)境為基礎，它改變了國內外高溫高壓高成本的工藝，突破了只能使用優(yōu)質煤炭的局限，項目建設造價和運行成本降低40%；質量效益提高20%以上，它突破了長達數十年的技術屏障，將推動煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術有一個快速的高增長。

中文名

L型臥式回轉波浪床煤氣化生產工藝及系統(tǒng)

外文名

L-type horizontal rotary wave bed gasification production processes and systems

L型臥式回轉波浪床煤氣化生產工藝及系統(tǒng) L-type horizontal rotary wave bed gasification production processes and systems

• L-shaped horizontal type rotary wave bed coal gasification production process and system

研究煤炭的組分構成是創(chuàng)新煤氣化工藝的基礎

煤炭是煤氣化生產的原料，其分類繁雜，有煙煤無煙煤，肥煤瘦煤，氣化煤動力煤等等，不同品種的煤炭熱值含量，機械強度密度，粘結性及灰融點等各有不同。無論多少種分類，煤炭是一個混合物，由揮發(fā)物質、固定碳、灰分和少量硫等雜質組成，這個基本的內在屬性不變。現行煤氣化工藝設計理念，對煤炭的內在屬性重視不夠，忽視煤炭組分構成與生產工藝之間的互動研究，同時對煤原料的化學性利用重視不夠。

現行煤氣化技術過多的依賴煤炭外形尺寸的前置條件 ，而且定形定性要求苛刻，幾乎假定煤炭是單質炭，通過不斷縮小外形尺寸，不斷提高工藝溫度壓力，達到提高煤氣化產量的目的。如果煤炭是單質炭，從熱力學的角度來說，它增加了幾何面積促進了熱交換的實現，這個做法無可非議。但是在現實生產實踐中，最好的煤炭也只有70%的固定碳含量，不管把煤粉磨得再細，除了揮發(fā)物質至少還會有15%的灰分，如果選擇了“高速率”工藝手段，數秒中的急速增溫，煤炭固氣轉換時間太短，碳與灰分離的時空條件過于狹窄，采用提高工藝溫度壓力的方式熔融灰分，需要增加能耗約20%，這是“高速率”工藝設計付出的多余代價。也是某些煤氣化技術成本居高不下的重要原因之一。

波浪床煤氣化研究開發(fā)的起點是基于煤碳組分的認識，強調煤氣化工藝設計客觀性、準確性與系統(tǒng)化，給煤碳不同成分各自準確的工藝定位。采用分類處理的工藝理念，使工藝系統(tǒng)更加適度準確合理，以最小成本的外部條件，促進煤碳內在動力發(fā)揮更大的作用，不是采用外部強力高能量覆蓋“一刀切”的工藝方式，這就類似于中國古代的庖丁解牛，究其筋骨，摸清脈絡，不再把注意力集中在煤碳外形尺寸上做出淺層的判斷，按煤碳構成規(guī)律分門別類分化處理。分類處理是波浪床煤氣化技術的一個重要理念，全面準確認識煤碳的內在屬性，關注煤碳不同成分的物理性化學性，關注煤碳與氣化工藝要素之間的關系，才是新型煤氣化技術研究開發(fā)的準確出發(fā)點。

1,熱交換質量是煤氣化工藝設計核心

在煤氣化生產工藝過程中，煤碳的組分、氣化溫度、機械強度、粘結性、灰熔點都屬于內在屬性范疇；煤氣化爐體內的工藝溫度、壓力、煤流量、氣流量、固氣空間、時空流程都屬于外部條件范疇。煤氣化工藝設計的過程，是尋找煤碳內在屬性與外部條件最佳匹配的過程。在工藝設計這個環(huán)節(jié)中，主要矛盾是“最佳匹配”，它決定著熱交換的質量。

“熱交換質量”的計算較為復雜，它主要是從物料之間熱交換的結構和方式的角度，來反應熱傳遞交換程度的計量。它的基本規(guī)律反映在煤氣化生產上，更接近工藝的本質，它的基本目標應該是更少資源消耗及環(huán)境影響，換取更大的工藝生產社會價值。

“熱效率”是單位時間內一定工況環(huán)境下，工藝過程的熱能量轉換比，它只包含了可以折算熱值的因素，并不包括工藝過程中的非熱值因素，比如工藝方式，基礎原料標準，工況環(huán)境花費，資源獲得難易程度，環(huán)境影響等等。

“熱效率”追求的是更快更多，是一個速度概念；熱交換質量追求的則是一個相關范圍矛盾體中的“和諧統(tǒng)一”，是一個質量體系概念，也是綠色發(fā)展的一個重要尺度。

例如，在一個煤氣化工藝生產過程中，使用7000大卡的優(yōu)質煤要比使用5000大卡的普通煤熱效率高出很多。因為在一個生產系統(tǒng)中，同樣的煤碳體積流量，同樣的工藝消耗，所用的原料的質量不同，優(yōu)質煤原料要高出普通煤原料生產中的熱效率是必然的。而從現實生產情況看，優(yōu)質煤資源儲備少，只有解決普通煤碳的氣化高效清潔利用，才能滿足當前節(jié)能減排，高效清潔發(fā)展綠色的需要。要解決的主要矛盾，是破解“只能使用優(yōu)質煤”的工藝缺陷，是一個體系的質量問題，所以熱效率的計算結果，在這里形成不對稱的比較，失去了判斷的準確性。僅僅用熱效率的計算是不夠的，熱交換質量的核查和計量是必要的，它包括的相關因素更多，比熱效率更為深刻，更接近事物全過程的合理性。而不僅僅是一個局部的優(yōu)異表現。

“氣化速率”是生產工藝中的一個手段參數，它是單位時間固氣轉換量的計算，是一個速度指標，它不代表“最佳匹配”的整個工藝工程。最佳匹配則是一個更全面的系統(tǒng)設計，它不僅包括氣化速率還包括更多的因素。尋找和發(fā)現最佳匹配，需要梳理多種要素之間的相互關系，例如：提高煤氣化產量，最佳選擇是加快煤氣化速度，還是改善熱交換環(huán)境，兩者哪個是解決矛盾的關鍵等等。煤氣化過程中要素很多，分析辨別主要矛盾是工藝設計的基本定位，它決定著整個工藝設計的成敗?！疤嫁D換率”常常被看做衡量煤氣化技術的一個重要指標，在生產環(huán)節(jié)中，可以理解為是工藝設計最佳匹配一個必然反應，是事物運行的結果，它有一個氣化工藝條件的能量投入產出的價值比較關系，不應該是不計算投入產出的資源形式轉化。比如：在將固體煤碳轉換成氣體生產過程中，如果生產工藝環(huán)境消耗的能量大于轉換后氣體產品所含能量的50%以上，就意味著，在不計算生產過程所需要的設備投資的前提下，完成這個生產轉換，新生成的氣體產品能量減少了50%；如果加上設備投資，再與新生成產品的能量價值比較，就可以衡量這個生產轉換過程的商業(yè)意義。所以不能只看“碳轉換率”的比值，還要考察它的轉換條件代價，它可以做為煤氣化實驗過程的一個參考尺度，但它不是判斷衡量煤氣化生產全過程的價值尺度。

煤氣化是一組存在于碳氧之間、碳與水蒸氣之間以及再生氣體之間的系列化學反應，在這一系列的化學反應中，既有放熱反應又有吸熱反應，無論是放熱還是吸熱，都是通過熱交換完成其化學性物理性的轉換，沒有熱交換固體的碳不可能變成氣體；沒有熱交換氧氣不可能參與煤氣化的化學反應；沒有熱交換也不可能有水蒸氣的身份轉變。因此熱交換是煤氣化生產的主要矛盾，熱交換的質量是煤氣化生產質量的“美學”標準，是煤碳內在屬性與外部條件匹配的結果，如何提高被氣化物之間熱交換質量是煤氣化工藝設計的“牛鼻子”。

發(fā)現熱交換質量在煤氣化生產工藝中的核心作用，是波浪床煤氣化技術發(fā)現和堅守的理念，如何實現這個理念，需要對煤炭在氣化過程中的變化作進一步的分析。在煤氣化生產過程中，煤的固氣轉換質量，依賴于物料之間熱交換的質量，一個高質量的熱交換，需要對煤原料的內在屬性與外部條件之間，多元函數關系的分析理解與合理匹配。不同品種不同產地不同熱值含量的煤碳，不管外形顆粒大小，它的煤原料內在屬性是相同相近的。只要找到與之最佳匹配的一組外部條件，理清它們之間函數關系的變化規(guī)律，就可以實現我們的設計理念，構建我們需要的煤氣化新技術。在這里有三個要點：?內在屬性是客觀的，是無法改變的；?外部條件是形式是可以創(chuàng)造的；?內在屬性與外部條件的最佳匹配是可以調控的。三個要點既是對煤氣化過程的分析認識，也是提高熱交換質量的工藝準則。遵循這個準則，就能找到破解煤氣化生產技術的難題，就能找到符合投入產出規(guī)律的煤氣化技術。

2，營造空間是提高熱交換質量的基礎

爐體容量是煤氣物料實現熱交換的總空間，是一個確定的常量。在這個常量總空間中，煤碳空間和氣流空間之比，煤流量與氣流量的交流互動，固氣之間熱交換，都需要在相應的時空條件下進行，沒有一定的時空條件就談不上熱交換，恰當的時空結構是保障熱交換質量的基礎。不同的煤氣化技術有不同的爐體結構，爐體內的空間總量，固氣比例，煤流量氣流量的參數匹配，都受爐體空間結構和工藝設計思想的支配。固定床立式圓形靜態(tài)爐體，以塊煤和型煤為原料，在爐體內上下堆放，固體空間過多，氣體空間過少是固定床爐體結構性矛盾，其比例很難做變量調整，而且必須使用相對均等的塊煤，才能通過煤塊之間的縫隙，給氣體留出固氣反應所需要的空間。氣流床同樣立式圓形靜態(tài)爐體，以煤粉或者水煤漿為原料，它把煤碳加工成細粉是從外部向爐體中噴射，工藝設計要求煤粉（煤漿）在進入爐體漂浮中的數秒鐘時間內，完成固氣轉換，高速率必然要有一個高能量的煤氣化空間與之相匹配，不僅帶來了高溫高壓高能耗，還帶來了管道儀表一系列的設備造價費用上漲，高能量環(huán)境衍生的代價，一系列函數關系變化追問著工藝設計的商業(yè)合理性。

技術進步的理念是在長期生產實踐中，通過對現實生產難題的思辨產生的，它促進人們產生變革現實的沖動，去研究發(fā)現創(chuàng)造解決生產問題的新方案，新方案又需要回到生產實踐中檢驗自身的創(chuàng)新意義，技術創(chuàng)新需要一個“再知行”的反復過程。依據“熱交換為核心的設計理念”，依照煤碳內在屬性與外部條件匹配的設計思想，分析觀察現行的煤氣化技術，就會發(fā)現它們彼此的優(yōu)缺點，針對現行技術存在的問題，尋找我們的解決方案2100433B

氣流床加壓氣化技術以惠生與殼牌聯(lián)合開發(fā)的混合氣化技術（Hybrid）為例：Hybrid是一種先進的粉煤氣化技術，該技術結合了現有殼牌 SCGP廢鍋流程優(yōu)點，包括粉煤加壓氣化輸送系統(tǒng)、多燒嘴側噴式燒嘴布置、膜式水冷壁、間歇排渣等已經在現有SCGP裝置被充分驗證成熟可靠的工藝，同時又去掉了現有流程中復雜而容易出故障合成氣冷卻器（廢鍋）和飛灰過濾器，并且結合了目前被廣泛應用于現有氣化技術的合成氣激冷工藝，既保留了殼牌SCGP廢鍋流程原有的煤種適應性強、易大型化等特點，采用優(yōu)點，又吸收了現有激冷技術的優(yōu)點，并有針對性地做出了改進。2100433B

衡量煤氣化過程的綜合性技術參數。用于對氣化過程的操作特性進行評估及作為工業(yè)煤氣化站設計的依據。根據煤氣化過程的熱力學分析，從熱平衡和物料平衡計算，確定氣化技術指標，包括煤氣組成、煤氣熱值、煤氣產率、空氣消耗、蒸汽消耗、冷煤氣效率、熱效率和氣化強度，還有焦油產率、輕油產率、酚水產率及灰渣含碳、蒸汽分解率等。

煤氣組成指煤氣中所含CO2、CO、H2、CH4、CmHn、N2、H2S等組分的體積百分數。

煤氣熱值在標準狀況下，1m煤氣的發(fā)熱量，以MJ/m表示。根據煤氣中各可燃組分的體積百分數計算而得。

煤氣產率1kg入爐煤所產煤氣的標準狀態(tài)下體積數，以m3/kg表示。

空氣消耗(或氧氣消耗)，1kg入爐煤氣化消耗的空氣(或氧氣)的體積數(標準狀況下)，以m3/kg表示。

蒸汽消耗1kg入爐煤所需的蒸汽量，kg/kg。

冷煤氣效率氣化1kg煤所產煤氣的熱值占該氣化用煤發(fā)熱量的百分數。若

氣化效率氣化產物的熱量(包括煤氣潛熱、顯熱及副產蒸汽的熱量之和)占氣化用煤的熱量的百分數。

氣化強度指每小時單位氣化爐截面積所氣化的煤量或所產煤氣量，分別以kg/(m·h)、m/(m·h) 表示。

在上述各項指標中，冷煤氣效率和氣化強度是兩項綜合性較強的技術指標。若氣化強度、冷煤氣效率的數值大，表明氣化過程好。各項氣化指標之間存在著密切的關系，把它們作為分析氣化過程的依據時，都有各自的意義，不可忽視。