清洁粉煤气化系统应用于煤气生产的环保优势

王才梅郝晓旭河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）



清洁粉煤气化系统应用于
煤气生产的环保优势

王才梅郝晓旭
河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

摘要:清洁粉煤气化系统代替传统的煤气化技术，可有效降低粉尘、SO2、NOX等大气污染物的排放，避免焦油、酚水等污染物的生成，在改善区域环境质量方面具有较好的作用。

关键词:粉煤气化；环保

0前言

2015年3月1日，工信部联合财政部发布了《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划（2015~2020年）》（以下简称《行动计划》）。《行动计划》提出，到2017年，实现节约煤炭消耗8 000万吨以上，减少烟尘排放量50万吨、二氧化硫排放量60万吨、氮氧化物40万吨。到2020年，力争节约煤炭消耗1.6亿吨以上，减少烟尘排放量100万吨、二氧化硫排放量120万吨、氮氧化物80万吨。

《行动计划》以焦化、工业炉窑、煤化工、工业锅炉等4个工业用煤领域为重点，以煤炭消耗量大的城市为载体，结合本地产业实际，综合提升区域煤炭清洁高效利用水平，实现控煤、减煤。清洁粉煤气化系统应用于陶瓷、玻璃、氧化铝和冶金等多种行业，其提供的清洁煤气，可替代燃油、天然气、焦炉煤气等能源，有效降低企业环保及燃料成本。

1煤气化技术简介

煤气化技术是指把经过适当处理的煤送入反应器如汽化炉内，在一定的温度和压力下，通过氧化剂(空气、氧气和蒸气)以一定的流动方式(移动床、流化床或携带床)转化成气体，得到粗制水煤气,通过后续脱硫脱碳等工艺可以得到一氧化碳气体。

煤气化技术在我国已有近百年的生产历史，但仍然落后且发展缓慢。就总体而言，我国煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。目前在国内较成熟的煤气化技术的仍然是常压固定床气化技术,它广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。常压固定床气化技术的优点是操作简单，投资小。但技术落后，效率低，污染重，急需技术改造。如不改变现状，将影响经济、能源和环境的协调发展。

2清洁粉煤气化系统介绍

清洁粉煤气化系统是由科达公司研制，综合吸取多种汽化炉的优势，在循环流化床粉煤气化技术的基础上研究出的新的清洁煤气化技术。清洁粉煤气化系统主要由煤气化系统、脱硫系统、水处理系统、加压系统和DCS操作系统等组成。

清洁粉煤气化技术采用循环流化床燃烧技术，将固体燃煤颗粒在炉床内经气体流化后进行燃烧，燃煤颗粒在炉体内及炉体外分离器之间循环运行，使煤的燃烧更充分。该技术与传统煤气化技术的加料及燃烧方式不同，汽化过程在高温中进行，煤炭中的有害成分发生裂解。

清洁粉煤气化系统应用于煤气生产的工艺流程为:原煤经过破碎、筛分加工成0~10 mm的粉煤颗粒，粉煤通过输送皮带运至煤气发生炉煤斗，由螺旋输送机送入汽化炉中，汽化剂（水蒸气和空气）经高温换热器预热至700～750℃产生后进入汽化炉。气化剂与粉煤在950℃左右燃烧气化反应，反应后生成的粗煤气经过高温分离器、换热器I、换热器II、布袋除尘器除尘、换热器III降温后，干净煤气经脱硫系统和煤气加压系统后输送至用户。

3清洁粉煤气化系统应用于煤气生产的环保优势

3.1燃料适应性强

燃料适应性强是清洁粉煤气化系统的主要优点。循环流化床的流体动力特性使得气体与固体、固体与固体燃料混合非常好，燃料进入炉膛后能很快与大量床料混合，燃料被迅速加热至明火温度，同时床层温度没有明显改变。装置既可以燃用优质煤，也可以燃烧低热值燃料，如褐煤、高灰分煤、高硫煤、高灰高硫煤。

图1　清洁粉煤气化系统煤气生产工艺流程

3.2燃料预处理系统简单

清洁粉煤气化系统的给煤粒度一般小于10 mm,因此与煤粉炉煤粉（颗粒直径为0.05~0.1 mm）相比，燃料的制粉系统较为简化，燃料在破碎、筛分过程中粉尘产生量相对较少。

3.3粉尘和H2S含量低

设备采用干法布袋除尘，布袋收集的飞灰可二次利用。袋式收尘器是目前治理粉尘的主要除尘措施，袋式收尘的滤料利用网孔阻留尘粒间产生“架桥”现象及碰撞、拦截、扩散、静吸收和重力沉降等作用，使粉尘很快被纤维捕集，收尘效率极高，除尘效率99%以上，含尘量可降至10 mg/Nm3以下。

采用湿法脱硫工艺,系统脱硫效率90%以上,出口煤气H2S含量小于20 mg/Nm3。与燃烧过程不同，脱硫反应进行得较为缓慢。为了使氧化钙（煅烧后的石灰石）充分转化为硫酸钙，烟气中的二氧化硫气体必须与脱硫剂有充分长的接触时间和尽可能大的反应面积。循环流化床设备中石灰石粒径通常为0.1~0.3 mm，无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的脱除率，都比单段及两段式汽化炉优越。

3.4氮氧化物（NOX）排放低

氮氧化物排放低是其又一个特点。清洁粉煤气化系统运行经验表明，氮氧化物排放范围为5~50 PPM。氮氧化物排放低的原因:一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成氮氧化物;二是分段燃烧，抑制燃烧中的氮转化成二氧化氮，并使部分已生成的二氧化氮得到还原。

3.5不产生酚水和焦油

以两段式煤气发生炉为例介绍固定床汽化炉，炉内从下到上依次为灰层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。炉内煤自上而下移动，产生的煤气自下而上排出。在干馏层（300～600℃），煤中酚氰类物质、焦油挥发出来，并通过干燥层进入上段煤气，在煤气净化（冷却和电捕焦油）过程中得到收集。两段式煤气发生炉产生的焦油是优质的化工原料，可以出售，但酚水较难处理，部分违法企业直排沟道，严重污染地表水、土壤和地下水。

循环流化床汽化炉，整个炉膛温度基本都在950～1 050℃。原煤颗粒在950～1 050℃的流化床中汽化，焦油、酚氰类物质裂解比较完全，从根源上解决了酚氰类废水问题。

3.6易于实现灰渣综合利用

系统燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件，使得锅炉灰渣含碳量低，易于实现灰渣的综合利用。灰渣可作为水泥掺和料或用作建筑材料。

3.7煤炭能源综合利用率高

整个系统碳的综合转化率在90%以上，同时系统可以调整产气热值范围，以适应不同客户需求。普通空气煤气热值在1 300～1 400 kcal/Nm3，而富氧煤气热值可达1 650 kcal/Nm3,完全可以满足工业生产中不同的工艺和产品对燃料的需求。

4结论

清洁粉煤气化系统代替传统的煤气化技术应用于提供清洁煤气,可有效的降低粉尘、SO2、NOX等大气污染物的排放，避免焦油、酚水等污染物的生成，在改善区域环境质量方面具有较好的作用。

因此，建议国家加大对煤炭清洁高效利用技术项目的财政和政策支持，并制定统一的行业清洁能源升级改造政策,保证竞争环境的相对公平，从而推动产业全面升级。