煤气化特性研究的现状与展望

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能源研究与管理2010(1)

研究与探讨

煤气化特性研究的现状与展望

刘典福

（安徽工业大学热能系安徽马鞍山243002）

摘要：对煤气化特性的基础研究和气化技术工艺的最新研究进展进行了综述，重点介绍了煤气化技术工艺路线和煤气化特性的研究方法与研究进展，并提出了在直流电弧炉中进行煤气化的研究新方向。关键词：煤气化特性；研究进展；直流电弧炉中图分类号：TK16

文献标识码：B

文章编号：1005－7676（2010）01－20-04

ResearchProgressandExpectationonCoalGasificationCharacteristics

LIUDian-fu

（AnhuiUniversityofTechnologyMaanshan243002AnhuiChina）

Abstract:Inthispaperthegeneralresearchsituationofcoalgasificationwasreviewed.Especially,thenewresearchprogressonthecharacteristicsandtechnologyofcoalgasificationwashighlighted.Anewresearchdirectionofcoalgasificationinthedirectcurrentarcfurnacewasproposed.

Keywords:thecharacteristicsofcoalgasification;researchprogress;directcurrentarcfurnace

引言

目前我国能源资源现状是贫油少气多煤，因而我国以煤炭为主的能源结构在未来很长一段时间内

不会发生根本性改变，有关资料显示我国已成为世界上最大的煤炭生产国和消费国。根据中国煤炭工业协会提供数据显示：2007年度我国原煤总产量达25.50亿t标准煤，预计到2050年将达到40亿t左右，而2007年度煤炭在我国一次性能源生产和消费结构中的比重分别为76%和69%。可见尽管我国目前正在大力发展水能、风能、核能、生物质能等其它能源来源，但是我国能源结构在未来很长一段时间内仍将主要依赖于煤炭的局面不会得到根本性改变。

现阶段我国对煤炭利用的主要方式是采用直接燃烧方式转化为其它形式能量加以利用，结果造成综合能源利用效率较低，环境污染严重。据有关部门统计，每年我国所消费的煤炭总量中约有86%直接或间接在各种燃烧器中燃烧利用，其它用于气化、液化、制焦所占比例较低。由于我国经济、科技发展水平限制，目前我国对于煤炭燃烧利用技术总体来说与世界发达国家相比还存在一定差距，从而使得我国煤炭燃烧利用综合效率相对较低，燃烧过程中所产生的各种污染排放物排放相对较多，对人类赖以生存的自然环境造成严重污染和危害。根据我国有关部门统计，目前我国每年所排放的各种污染物中，燃煤所占份额相对较多。如排放到大气中SO2总量的90%、NOx总量的67%以及粉尘颗粒物

投稿时间：2009-12-06

基金项目：1、安徽工业大学校青年基金项目:No.QZ200802

2、国家自然科学基金项目：No.50376068

作者简介：刘典福（1977-），男，山东海阳人，博士副教授，主要从事煤炭清洁利用和城市固体废弃物综合处理研究。

研究与探讨

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总量的60%左右都是由于煤炭燃烧利用而排放产生。大气中的SO2和NOx在一定条件下可以发生反应形成酸雨[1-2]，对我国相当部分地区的农作物生长、城市各种建筑物产生不利影响。煤炭燃烧利用过程中产生大量CO2会造成温室效应，对自然环境和人类社会都会产生负面效应。因而，必须对我国目前的煤炭利用技术和手段进行转变和革新，降低其各种污染物排放，提高煤炭的能源综合利用效率。

为提高煤炭综合利用效率，减少对环境污染，我国从上世纪90年代开始大力提倡洁净煤技术，其中煤气化技术是洁净煤技术的重要核心技术。煤气化技术主要是通过在一定压力和温度下将固体煤转化为气体煤气，煤气可用作燃料或化工原料，具有运输方便、燃烧效率高、污染排放低等优点，具有广泛应用前景。

mm），气化强度较高，可以达到固定床的2～3倍，床内温度更加均匀，出口温度高（可以达到900℃以上），粗煤气中几乎不含焦油、酚、烃类等难以净化物质，净化处理流程简化。传统流化床为防止床内结渣，保持炉内流态化正常，操作温度较低850～950℃），仅适合于褐煤与高活性烟煤。中科（

院山西煤化所通过对常规流化床改进，在流化床底部设置了特殊结构的射流—分离结构，形成局部高温区（温度可达1100～1300℃），使灰粒从流化床中选择性排出，增加了流化床中炭浓度，从而降低了炉内结渣风险，提高了操作温度（从900℃提高到1050℃），并且适用煤种也扩展到多数烟煤和无烟煤。流化床气化炉操作温度适中，投资成本较低，原料适应范围宽，因此得到越来越广泛应用。其不足之处在于目前的技术操作压力较低、单台处理能力与气流床相比显得较小，同时由于床内强烈混合与气流的夹带，灰渣和飞灰中未转化炭含量较高，炭转化率有待于进一步提高。

（3）气流床气化炉是流化床气化炉的进一步改进，使用更细粒度（颗粒直径<0.2mm）和更高的温度(1350～1500℃)，从而成倍地加快了反应速度，达到极高的碳转化率（98%～99%）和气化炉500～2500t煤/d），成为当前世界单台处理能力（

煤气化市场主导选择。粉煤可以以干粉进料（Shell、GSP），也可以以水煤浆进料（Texaco、E-gas），几乎可以使用所有煤种，而且煤气中不含焦油、酚、烃类等难以净化物质，后续净化流程简化，气化强度高。但同时存在投资成本较高，氧耗量也较高的不利一面。

表1列出了3种气化技术工艺的主要特性，从不同方面对当前常规的典型的煤气化工艺技术路线进行了总结和比较。

1典型煤气化工艺

目前已经在工业上获得广泛应用的常规煤气化工艺主要有固定床气化、流化床气化、气流床气化3种工艺路线，下面分别加以简单介绍。

（1）固定床气化炉分为常压与增压固定床气化炉两种炉型，典型代表为德国鲁奇炉（Lurgi）。在固定床气化炉中，煤与气化剂逆流流动，原料煤（粒

）从炉顶加入，在逐步下移过程中与度为5～50mm

热的气化剂发生换热，经过干燥、干馏、气化、燃

烧、灰渣冷却，发生气化反应从而转化为煤气。该气化过程热效率（或冷煤气效率）较高，耗氧量较低，但仅适用于弱粘或者不粘块煤，并且煤气中干馏产物（焦油、酚等）未能气化，使得净化处理流程长，投资成本高，新建气化项目一般较少采用固定床气化炉。

（2）流化床气化炉也分为常压与增压两种形式，主要以经过简单破碎的碎煤为气化原料（粒度＜6

气化技术排灰形式

原料煤特性

表13种气化技术工艺特性

固定床

干灰

块煤

流化床

熔渣

块煤

气流床熔渣

灰团聚

碎煤

粉煤/水煤浆

干灰

碎煤

粒度/mm灰含量/%灰熔点/℃操作压力/MPa操作温度/℃煤气温度氧气消耗蒸汽消耗代表技术

13-50＜20＞12502.24400-1200

低低高Lurgi

5-50＜15＜13002.24400-1200

低低低Lurgi/BGL

0-8不限不限1.0900-1000

中中中恩德粉

0-8不限不限0.03-2.5950-1100

中中中灰团聚

0.2＜13≤13502.5-6.51350-1700

高高高Shell/Texaco

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能源研究与管理2010(1)

研究与探讨

不依靠煤气化过程中部分煤炭燃烧来提供热量，利用外来能源供给煤气化反应过程所需能量，也是煤气化技术发展方向之一。外界供给能源一般可以持续稳定供给，便于控制，并且易于实现机械化、自动化控制，可以在较高温度下使煤炭气化，从而加快气化反应速率，提高煤炭综合利用 …… 此处隐藏：2930字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……