付伟贤(新奥科技发展有限公司，煤基低碳能源国家重点实验室，河北 廊坊 065001)

1 水煤浆气化

水煤浆进料气化炉具有进料可靠，运行经验丰富，流程简单，过程控制安全可靠的优势，但采用水煤浆为原料，能耗较高，且对煤种要求较高，难以进一步提高水煤浆浓度和冷煤气气化效率。

1.1 德士古气化

德士古水煤浆气化炉的技术特点如下：

(1)原料适应性广。对原料的性状要求不敏感，烟煤、次烟煤、加氢半焦等能制成高浓度可输送浆料的含碳固体均可适用，有利于就近选煤，节约成本。

(2)气化效率高。含碳气化原料进入气化炉后在高温高压下于瞬间内转化为合成气，有效气含量最高可达80%，气化效率高达96%以上。

(3)污水少易于处理。气化反应温度高，无焦油、酚等副产物，污水易于处理，且生产过程可回收部分灰水作为制浆原料水，减少一次水的消耗量。

(4)氧耗高。因气化过程需要蒸发煤浆中多余的水分因此所需的氧耗较高，约为370～420Nm3O2/kNm3(CO+H2)。

(5)单炉生产连续性差、需热备炉。气化炉耐火砖的寿命短、价格高、更换时间长，煤浆泵和喷嘴易磨损，更换频次高，影响气化炉的运行周期；除故障检修外气化炉还需定期检修，备用炉温度需在1000℃以上才能投料，为保证生产连续稳定，备用炉需随时处于热备用状态，能耗较大。

1.2 多喷嘴对置式气化

多喷嘴气化炉与德士古气化炉相比，气化炉进料方式由单喷嘴顶喷改为多喷嘴对置，有效气成分由78%～80%提高至80%～83%，停留时间的延迟反应更为充分，碳转化率提高3个百分点以上，比煤耗可降低约2%，比氧耗可降低约8%。同时该技术调节负荷比单烧嘴气化炉更为灵活，当一对烧嘴或一个烧嘴出现故障时，另一对烧嘴可维持气化炉的稳定运行。该技术同样存在烧嘴易磨蚀使用寿命短的问题，且由于撞击流的影响，气化炉顶部温度较高导致耐火砖磨蚀较快，更换烧嘴及耐火砖势必会影响气化炉的运行周期。但多喷嘴对置式气化技术是我国自主知识产权技术，技术转让费用低，关键设备国产化，在市场竞争中优势明显。

1.3 非熔渣-熔渣氧气分级气化

清华炉气化技术特点有以下几方面：

(1)单炉运行周期长，可不设置备炉。第二代清华炉技术使用水冷壁结构，不必每年更换耐火砖，单炉年运转可达8000 小时以上。

(2)煤种适应性广，水冷壁结构解决了现有耐火砖气化炉的煤种灰熔点限制问题，可气化高灰熔点的煤种。

(3)煤气指标好，分级给氧技术可有效改变炉内的流场分布情况，确保炉内的温度更为均匀，加速气化反应；此外清华炉烧嘴在加入了CO2气体之后，烧嘴的温度至少可以下降 200℃，而内部的有效气体成分会出现明显提高。

(4)烧嘴使用寿命长，二次氧的加入出烧嘴的流速会出现明显的降低，烧嘴的运行情况会更好。

2 干粉煤气化

2.1 壳牌气化

壳牌粉煤气化工艺具有如下特点：

(1)该煤种适应性较强，不论是较差褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均都可以进行使用，可以说是应用范围比较广泛。而且该煤种灰熔点适应范围更是较其它气化工艺更为宽泛。高灰分、高水分甚至是高硫的煤种也可以得到应用。

(2)流程复杂、操作简单，流程包含磨煤和粉煤干燥、粉煤加压输送、粉煤气化、气化炉排渣、除灰排灰、合成气初净化、污水处理八个步骤，设备及工艺较为复杂，但生产过程中可通过联锁逻辑顺控实现自动控制、操作简单。

(3)气化效率高，能耗低。壳牌气化炉碳转化率高达99%，其煤气的甲烷含量极低，更不含重烃等物质，使得CO+H2高达到90%以上，同时工艺中不需要将煤中原有水分进行蒸发，与水煤浆气化工艺相比，壳牌粉煤气化工艺的氧气消耗量可在降低15%～25%左右，相关配套空分装置与设备运行投资费用也可相应的到降低。其工艺冷煤气效率更是高达80%以上，剩余副产高压或中压蒸汽占比在16%左右，不难推算出壳牌煤气化工艺总热效率在97%以上。

(4)调节负荷操作简单。每台气化炉设有4～6个烧嘴，不仅有利于粉煤的气化，同时生产负荷的调节更为灵活，范围也更宽。负荷调节范围为40%～100%，每分钟可调节5%。

(5)运转周期长，无备炉。气化炉采用水冷壁结构，具有以渣抗渣的特点，不需要经常维护，正常使用维护量很小，可不配置备用炉。

(6)环境效益好，系统排出的炉渣和飞灰含碳低，可作为水泥添加剂或其他建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水量小且不含焦油、酚等，容易处理，需要时可实现零排放。

2.2 GSP粉煤加压气化

GSP 气化工艺的特点：

(1)煤种适应性强：该技术采用干煤粉作气化原料，不受成浆性的影响；由于气化温度高，可以气化高灰熔点的煤。

(2)技术指标优越：气化温度一般在1350～1750℃，碳转化率可达99%，煤气中甲烷含量极少(CH4<0.1%)，且不含重烃，合成气中CO+H2高达90%以上，冷煤气效率高达80%以上。

(3)氧耗低：可降低配套空分装置投资和运行费用。

(4)设备寿命长，维护量小，连续运行周期长。

(5)开、停车操作方便，且时间短(从冷态达到满负荷仅需1h)。

(6)操作弹性大：单炉操作负荷为70%～110%。

(7)粗煤气的高温显热回收利用不充分。GSP 气化炉与壳牌气化炉一样都存在结构复杂，加工和制造难度大，主要设备需从国外进口，投资大的问题。

2.3 HT-L粉煤加压气化

HT-L 炉结构形式与GSP 煤气化技术基本相同，具有以下特点：

(1)煤种适应性广，HT-L 气化对煤的特性如煤的粒度、挥发分、粘结性、水分、硫分、含氧量及灰分等均无要求。

(2)技术指标优：气化炉为水冷壁结构，可对粉煤进行高温气化，最高能到1800℃，碳转化率高达99%以上，冷煤气效率可达83%，产品气体洁净，煤气中有效气体(CO+H2)达到90%左右。

(3)氧耗低：与水煤浆气化相比，氧耗低15%～25%，因而为之配套的空分装置投资可减少。

(4)无需备炉：水冷壁结构无需频繁更换耐火砖，烧嘴等关键设备寿命长，维护量小，连续运行周期长。

(5)具有完全的自主知识产权，很多设备实现了国产化，经过长期运行检验，其运行维护费用较低，生产工艺操作稳定，非常适应我国对煤炭利用技术的要求。

3 粉浆气化

粉浆气化技术实质是在气化炉同时喷入煤粉和水煤浆，进而提高整体煤浆浓度，实现煤粉和煤浆的共气化。该技术以成熟的水煤浆气化和粉煤加压密相输送技术耦合集成。相比水煤浆气化技术，该技术降低了气化过程的氧耗和煤耗，提高了冷煤气效率和有效气组分含量，增加了气化炉产气能力，同时拓宽了原料煤种的适用范围，实现了煤炭清洁、高效转化利用。

其先进性体现在以下几方面：

(1)煤种适应性方面，降低煤成浆性能要求，扩大原料选择范围，甚至可以使用褐煤。

(2)气化指标方面，干粉投入量达1/3 时煤浆有效浓度可提高至68%以上，相比现有水煤浆气化技术，有效气含量和冷煤气效率提高4%～6%，同时比氧耗下降约15%、比煤耗下降约11%。

(3)以成熟的水煤浆气化和相对成熟粉煤加压密相输送技术耦合开发，放大风险小。

(4)气化炉结构方面，降低对拱顶的冲刷，提高气化炉的紧凑性，有利于气化炉大型化。

(5)与水煤浆气化技术相比，粉浆气化技术有较好技术经济和环保优势，其应用于甲醇生产时，综合能耗约1.6tce/吨甲醇(优于国家先进值)；同时循环使用部分CO2输送粉煤，进一步使吨甲醇的CO2排放降低约8%。

4 结语

目前我国在气流床煤气化技术的研究上已处于国际领先地位，目前具有自主知识产权的多喷嘴对置式气化和HT-L 粉煤气化已在国内大规模应用并成功走向了世界。为实现煤碳的高效、洁净利用，从而实现经济的可持续发展。