煤氣化技術(shù)

波浪床煤氣化技術(shù)(L型臥式回轉(zhuǎn)波浪床煤氣化生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)),是我國(guó)鮮有的通過三年四輪國(guó)際答辯，獲得發(fā)明專利的煤氣化系統(tǒng)生產(chǎn)工藝創(chuàng)新技術(shù)。它通過煤氣化工藝設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新，臥式回轉(zhuǎn)波浪床爐體技術(shù)設(shè)備的發(fā)明，為普通煤炭氣化生產(chǎn)以及更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)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(diǎn)是基于煤炭組分的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)煤氣化工藝設(shè)計(jì)客觀性、準(zhǔn)確性與系統(tǒng)化，給煤炭不同成分各自準(zhǔn)確的工藝定位。采用分類處理的工藝?yán)砟?，使工藝系統(tǒng)更加適度準(zhǔn)確合理，以最小成本的外部條件，促進(jìn)煤炭?jī)?nèi)在動(dòng)力發(fā)揮更大的作用，不是采用外部強(qiáng)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(shù)有三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)“1熱交換質(zhì)量為核心的回轉(zhuǎn)技術(shù)”2采用普通煤炭為原料，3以中溫中壓工藝環(huán)境為基礎(chǔ)，它改變了國(guó)內(nèi)外高溫高壓高成本的工藝，突破了只能使用優(yōu)質(zhì)煤炭的局限，項(xiàng)目建設(shè)造價(jià)和運(yùn)行成本降低40%；質(zhì)量效益提高20%以上，它突破了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的技術(shù)屏障，將推動(dòng)煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)有一個(gè)快速的高增長(zhǎng)。

中文名

L型臥式回轉(zhuǎn)波浪床煤氣化生產(chǎn)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(zhuǎn)波浪床煤氣化生產(chǎn)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(gòu)成是創(chuàng)新煤氣化工藝的基礎(chǔ)

煤炭是煤氣化生產(chǎn)的原料，其分類繁雜，有煙煤無煙煤，肥煤瘦煤，氣化煤動(dòng)力煤等等，不同品種的煤炭熱值含量，機(jī)械強(qiáng)度密度，粘結(jié)性及灰融點(diǎn)等各有不同。無論多少種分類，煤炭是一個(gè)混合物，由揮發(fā)物質(zhì)、固定碳、灰分和少量硫等雜質(zhì)組成，這個(gè)基本的內(nèi)在屬性不變?，F(xiàn)行煤氣化工藝設(shè)計(jì)理念，對(duì)煤炭的內(nèi)在屬性重視不夠，忽視煤炭組分構(gòu)成與生產(chǎn)工藝之間的互動(dòng)研究，同時(shí)對(duì)煤原料的化學(xué)性利用重視不夠。

現(xiàn)行煤氣化技術(shù)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(zhì)炭，通過不斷縮小外形尺寸，不斷提高工藝溫度壓力，達(dá)到提高煤氣化產(chǎn)量的目的。如果煤炭是單質(zhì)炭，從熱力學(xué)的角度來說，它增加了幾何面積促進(jìn)了熱交換的實(shí)現(xiàn)，這個(gè)做法無可非議。但是在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)實(shí)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(xì)，除了揮發(fā)物質(zhì)至少還會(huì)有15%的灰分，如果選擇了“高速率”工藝手段，數(shù)秒中的急速增溫，煤炭固氣轉(zhuǎn)換時(shí)間太短，碳與灰分離的時(shí)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(shè)計(jì)付出的多余代價(jià)。也是某些煤氣化技術(shù)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(diǎn)是基于煤碳組分的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)煤氣化工藝設(shè)計(jì)客觀性、準(zhǔn)確性與系統(tǒng)化，給煤碳不同成分各自準(zhǔn)確的工藝定位。采用分類處理的工藝?yán)砟?，使工藝系統(tǒng)更加適度準(zhǔn)確合理，以最小成本的外部條件，促進(jìn)煤碳內(nèi)在動(dòng)力發(fā)揮更大的作用，不是采用外部強(qiáng)力高能量覆蓋“一刀切”的工藝方式，這就類似于中國(guó)古代的庖丁解牛，究其筋骨，摸清脈絡(luò)，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(gòu)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(shù)的一個(gè)重要理念，全面準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)煤碳的內(nèi)在屬性，關(guān)注煤碳不同成分的物理性化學(xué)性，關(guān)注煤碳與氣化工藝要素之間的關(guān)系，才是新型煤氣化技術(shù)研究開發(fā)的準(zhǔn)確出發(fā)點(diǎn)。

1,熱交換質(zhì)量是煤氣化工藝設(shè)計(jì)核心

在煤氣化生產(chǎn)工藝過程中，煤碳的組分、氣化溫度、機(jī)械強(qiáng)度、粘結(jié)性、灰熔點(diǎn)都屬于內(nèi)在屬性范疇；煤氣化爐體內(nèi)的工藝溫度、壓力、煤流量、氣流量、固氣空間、時(shí)空流程都屬于外部條件范疇。煤氣化工藝設(shè)計(jì)的過程，是尋找煤碳內(nèi)在屬性與外部條件最佳匹配的過程。在工藝設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)中，主要矛盾是“最佳匹配”，它決定著熱交換的質(zhì)量。

“熱交換質(zhì)量”的計(jì)算較為復(fù)雜，它主要是從物料之間熱交換的結(jié)構(gòu)和方式的角度，來反應(yīng)熱傳遞交換程度的計(jì)量。它的基本規(guī)律反映在煤氣化生產(chǎn)上，更接近工藝的本質(zhì)，它的基本目標(biāo)應(yīng)該是更少資源消耗及環(huán)境影響，換取更大的工藝生產(chǎn)社會(huì)價(jià)值。

“熱效率”是單位時(shí)間內(nèi)一定工況環(huán)境下，工藝過程的熱能量轉(zhuǎn)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(chǔ)原料標(biāo)準(zhǔn)，工況環(huán)境花費(fèi)，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(gè)速度概念；熱交換質(zhì)量追求的則是一個(gè)相關(guān)范圍矛盾體中的“和諧統(tǒng)一”，是一個(gè)質(zhì)量體系概念，也是綠色發(fā)展的一個(gè)重要尺度。

例如，在一個(gè)煤氣化工藝生產(chǎn)過程中，使用7000大卡的優(yōu)質(zhì)煤要比使用5000大卡的普通煤熱效率高出很多。因?yàn)樵谝粋€(gè)生產(chǎn)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(zhì)量不同，優(yōu)質(zhì)煤原料要高出普通煤原料生產(chǎn)中的熱效率是必然的。而從現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情況看，優(yōu)質(zhì)煤資源儲(chǔ)備少，只有解決普通煤碳的氣化高效清潔利用，才能滿足當(dāng)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(zhì)煤”的工藝缺陷，是一個(gè)體系的質(zhì)量問題，所以熱效率的計(jì)算結(jié)果，在這里形成不對(duì)稱的比較，失去了判斷的準(zhǔn)確性。僅僅用熱效率的計(jì)算是不夠的，熱交換質(zhì)量的核查和計(jì)量是必要的，它包括的相關(guān)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(gè)局部的優(yōu)異表現(xiàn)。

“氣化速率”是生產(chǎn)工藝中的一個(gè)手段參數(shù)，它是單位時(shí)間固氣轉(zhuǎn)換量的計(jì)算，是一個(gè)速度指標(biāo)，它不代表“最佳匹配”的整個(gè)工藝工程。最佳匹配則是一個(gè)更全面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它不僅包括氣化速率還包括更多的因素。尋找和發(fā)現(xiàn)最佳匹配，需要梳理多種要素之間的相互關(guān)系，例如：提高煤氣化產(chǎn)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(gè)是解決矛盾的關(guān)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(shè)計(jì)的基本定位，它決定著整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的成敗?！疤嫁D(zhuǎn)換率”常常被看做衡量煤氣化技術(shù)的一個(gè)重要指標(biāo)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，可以理解為是工藝設(shè)計(jì)最佳匹配一個(gè)必然反應(yīng)，是事物運(yùn)行的結(jié)果，它有一個(gè)氣化工藝條件的能量投入產(chǎn)出的價(jià)值比較關(guān)系，不應(yīng)該是不計(jì)算投入產(chǎn)出的資源形式轉(zhuǎn)化。比如：在將固體煤碳轉(zhuǎn)換成氣體生產(chǎn)過程中，如果生產(chǎn)工藝環(huán)境消耗的能量大于轉(zhuǎn)換后氣體產(chǎn)品所含能量的50%以上，就意味著，在不計(jì)算生產(chǎn)過程所需要的設(shè)備投資的前提下，完成這個(gè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換，新生成的氣體產(chǎn)品能量減少了50%；如果加上設(shè)備投資，再與新生成產(chǎn)品的能量?jī)r(jià)值比較，就可以衡量這個(gè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)換過程的商業(yè)意義。所以不能只看“碳轉(zhuǎn)換率”的比值，還要考察它的轉(zhuǎn)換條件代價(jià)，它可以做為煤氣化實(shí)驗(yàn)過程的一個(gè)參考尺度，但它不是判斷衡量煤氣化生產(chǎn)全過程的價(jià)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(xué)反應(yīng)，在這一系列的化學(xué)反應(yīng)中，既有放熱反應(yīng)又有吸熱反應(yīng)，無論是放熱還是吸熱，都是通過熱交換完成其化學(xué)性物理性的轉(zhuǎn)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(xué)反應(yīng)；沒有熱交換也不可能有水蒸氣的身份轉(zhuǎn)變。因此熱交換是煤氣化生產(chǎn)的主要矛盾，熱交換的質(zhì)量是煤氣化生產(chǎn)質(zhì)量的“美學(xué)”標(biāo)準(zhǔn)，是煤碳內(nèi)在屬性與外部條件匹配的結(jié)果，如何提高被氣化物之間熱交換質(zhì)量是煤氣化工藝設(shè)計(jì)的“牛鼻子”。

發(fā)現(xiàn)熱交換質(zhì)量在煤氣化生產(chǎn)工藝中的核心作用，是波浪床煤氣化技術(shù)發(fā)現(xiàn)和堅(jiān)守的理念，如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)理念，需要對(duì)煤炭在氣化過程中的變化作進(jìn)一步的分析。在煤氣化生產(chǎn)過程中，煤的固氣轉(zhuǎn)換質(zhì)量，依賴于物料之間熱交換的質(zhì)量，一個(gè)高質(zhì)量的熱交換，需要對(duì)煤原料的內(nèi)在屬性與外部條件之間，多元函數(shù)關(guān)系的分析理解與合理匹配。不同品種不同產(chǎn)地不同熱值含量的煤碳，不管外形顆粒大小，它的煤原料內(nèi)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(shù)關(guān)系的變化規(guī)律，就可以實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建我們需要的煤氣化新技術(shù)。在這里有三個(gè)要點(diǎn)：?內(nèi)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(nèi)在屬性與外部條件的最佳匹配是可以調(diào)控的。三個(gè)要點(diǎn)既是對(duì)煤氣化過程的分析認(rèn)識(shí)，也是提高熱交換質(zhì)量的工藝準(zhǔn)則。遵循這個(gè)準(zhǔn)則，就能找到破解煤氣化生產(chǎn)技術(shù)的難題，就能找到符合投入產(chǎn)出規(guī)律的煤氣化技術(shù)。

2，營(yíng)造空間是提高熱交換質(zhì)量的基礎(chǔ)

爐體容量是煤氣物料實(shí)現(xiàn)熱交換的總空間，是一個(gè)確定的常量。在這個(gè)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(dòng)，固氣之間熱交換，都需要在相應(yīng)的時(shí)空條件下進(jìn)行，沒有一定的時(shí)空條件就談不上熱交換，恰當(dāng)?shù)臅r(shí)空結(jié)構(gòu)是保障熱交換質(zhì)量的基礎(chǔ)。不同的煤氣化技術(shù)有不同的爐體結(jié)構(gòu)，爐體內(nèi)的空間總量，固氣比例，煤流量氣流量的參數(shù)匹配，都受爐體空間結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)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(nèi)上下堆放，固體空間過多，氣體空間過少是固定床爐體結(jié)構(gòu)性矛盾，其比例很難做變量調(diào)整，而且必須使用相對(duì)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(yīng)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(xì)粉是從外部向爐體中噴射，工藝設(shè)計(jì)要求煤粉（煤漿）在進(jìn)入爐體漂浮中的數(shù)秒鐘時(shí)間內(nèi)，完成固氣轉(zhuǎn)換，高速率必然要有一個(gè)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(shè)備造價(jià)費(fèi)用上漲，高能量環(huán)境衍生的代價(jià)，一系列函數(shù)關(guān)系變化追問著工藝設(shè)計(jì)的商業(yè)合理性。

技術(shù)進(jìn)步的理念是在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，通過對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)難題的思辨產(chǎn)生的，它促進(jìn)人們產(chǎn)生變革現(xiàn)實(shí)的沖動(dòng)，去研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造解決生產(chǎn)問題的新方案，新方案又需要回到生產(chǎn)實(shí)踐中檢驗(yàn)自身的創(chuàng)新意義，技術(shù)創(chuàng)新需要一個(gè)“再知行”的反復(fù)過程。依據(jù)“熱交換為核心的設(shè)計(jì)理念”，依照煤碳內(nèi)在屬性與外部條件匹配的設(shè)計(jì)思想，分析觀察現(xiàn)行的煤氣化技術(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們彼此的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)行技術(shù)存在的問題，尋找我們的解決方案2100433B

氣流床加壓氣化技術(shù)以惠生與殼牌聯(lián)合開發(fā)的混合氣化技術(shù)（Hybrid）為例：Hybrid是一種先進(jìn)的粉煤氣化技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)有殼牌 SCGP廢鍋流程優(yōu)點(diǎn)，包括粉煤加壓氣化輸送系統(tǒng)、多燒嘴側(cè)噴式燒嘴布置、膜式水冷壁、間歇排渣等已經(jīng)在現(xiàn)有SCGP裝置被充分驗(yàn)證成熟可靠的工藝，同時(shí)又去掉了現(xiàn)有流程中復(fù)雜而容易出故障合成氣冷卻器（廢鍋）和飛灰過濾器，并且結(jié)合了目前被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有氣化技術(shù)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(yīng)性強(qiáng)、易大型化等特點(diǎn)，采用優(yōu)點(diǎn)，又吸收了現(xiàn)有激冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并有針對(duì)性地做出了改進(jìn)。2100433B

衡量煤氣化過程的綜合性技術(shù)參數(shù)。用于對(duì)氣化過程的操作特性進(jìn)行評(píng)估及作為工業(yè)煤氣化站設(shè)計(jì)的依據(jù)。根據(jù)煤氣化過程的熱力學(xué)分析，從熱平衡和物料平衡計(jì)算，確定氣化技術(shù)指標(biāo)，包括煤氣組成、煤氣熱值、煤氣產(chǎn)率、空氣消耗、蒸汽消耗、冷煤氣效率、熱效率和氣化強(qiáng)度，還有焦油產(chǎn)率、輕油產(chǎn)率、酚水產(chǎn)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?jǐn)?shù)。

煤氣熱值在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1m煤氣的發(fā)熱量，以MJ/m表示。根據(jù)煤氣中各可燃組分的體積百分?jǐn)?shù)計(jì)算而得。

煤氣產(chǎn)率1kg入爐煤所產(chǎn)煤氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積數(shù)，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(shù)(標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)煤氣的熱值占該氣化用煤發(fā)熱量的百分?jǐn)?shù)。若

氣化效率氣化產(chǎn)物的熱量(包括煤氣潛熱、顯熱及副產(chǎn)蒸汽的熱量之和)占?xì)饣妹旱臒崃康陌俜謹(jǐn)?shù)。

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

在上述各項(xiàng)指標(biāo)中，冷煤氣效率和氣化強(qiáng)度是兩項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)指標(biāo)。若氣化強(qiáng)度、冷煤氣效率的數(shù)值大，表明氣化過程好。各項(xiàng)氣化指標(biāo)之間存在著密切的關(guān)系，把它們作為分析氣化過程的依據(jù)時(shí)，都有各自的意義，不可忽視。