（河南顺达新能源科技有限公司 河南 463000）

引言

全国间歇式固定床造气炉应用数量达3万余台，产气量7560亿m3，间歇制气，工艺复杂、能耗高及三废排放高，环境污染严重，属于落后技术及装备，亟需升级换代。本项目从公司生产实际出发，借鉴国内先进煤气化的技术经验，针对中小型煤化工、合成氨行业气头改造，玻璃、陶瓷及冶炼压延行业工业燃气的巨大市场需求，开发系统投资低、工艺操作简单、气化效率高、环境友好的高温非熔渣纯氧连续气化技术，作为间歇式常压固定气化技术的升级换代产品，解决成本高、环保压力大的突出问题，为行业发展提供清洁、可靠的能源保障。

1.气化技术理论及对比研究

目前国际上成熟的造气炉气化技术主要有UGI气化法、鲁奇气化法、BGL气化法、气流床气化法、流化床气化法，以上5种气化法对比如下：

UGI气化：结构简单、投资低；间歇操作、循环制气，碳耗高、能耗高，环境污染严重。

鲁奇气化：纯氧、加压、连续气化，气化效率高，单炉处理规模大；投资高；蒸汽分解率低，含酚、氨废水量大，废水处理成本高。

BGL气化：气化温度高，蒸汽分解率高，碳转化率高，处理规模大；系统投资高，工艺操作复杂。

气流床气化：气化效率高，处理能力大；系统投资高，单炉产量过大不适合用于煤制工业燃气。

流化床气化：煤种适应性广，投资相对较低；空气气化，燃气中含有氮气，热值相对较低。

2.技术开发思路

本公司所用造气炉以氧气（O2≥99.6%）与二氧化碳（CO2≥93%）按比例混合后，与炙热的焦炭发生氧化还原反应，制取浓度为65%～68%左右的CO气体，其中（CO2：25%～30%，O2≤0.4%）。

主要化学反应方程式如下：

C+O2=CO2+Q

2C+O2=2CO+Q

2CO+O2=2CO2+Q

CO2+C=2CO-Q

(1)多灰斗强制排渣

现有气化技术存在的问题有：

UGI采用双灰斗排渣，灰渣在排渣装置中随着刮刀的旋转在排渣环状空间累积，旋转至多180°后落入灰斗。若遇灰渣量较多或出现渣块，极易在旋转排渣过程中与环状空间内外壁挤压，堵塞或出现卡顿，甚至导致排渣受阻，造成强制停炉[3]。

解决方案及优势：

①考虑在传统对侧排灰的基础上，对称增设一对排渣锁斗，降低排渣过程中灰渣的累积量，将灰渣熔融团聚后的渣块及时排出；

②同时减少渣块在环形排渣空间的移动距离，使得排灰更加均匀稳定，有利于气化剂的均匀分布和预热。

(2)提高气化炉高径比

现有气化技术存在的问题有：

UGI炉高径比一般为2～3，且气化温度低、床层温度分布变化频繁、气化剂在床层内的停留时间短等原因，碳转化率低，灰渣残碳量可达20%以上，不仅是对于原料的极大浪费，单位粗煤气的煤耗也大大增加。

解决方案及优势：

气化炉温度提高后，床层中高温区域纵向延伸较长，且分布较为稳定。借鉴加压气化炉经验，通过优化气化炉高径比拉长气化反应区域，增加气化剂在气化温度区间的停留时间，提高蒸汽分解率和碳转化率。

3.强制均匀排渣装置的优化设计

图1 四灰斗强制排渣装置

如图1所示，为解决排渣不均匀造成的床层不稳定，促进排渣连续均匀，本公司将原有的两灰头排渣装置改为四灰斗排渣装置。试验测试两灰斗、四灰斗和六灰斗的排灰情况：

四灰斗，实现了90°强制排渣，相比两灰斗，热效率和冷煤气效率均有不同程度的提升，灰渣残炭也进一步下降至0.6%以下。六灰斗，即60°强制排渣，相应气化指标较四灰斗几乎不变。

表1 各灰斗排渣效果对比

图2 两灰斗四灰斗对比图

4.改为四灰斗排渣装置后达到的效果

（1）造气炉全部更换新炉篦、全部更换为四灰斗放渣装置。造气炉由直径2745mm改造成直径3200mm，炉底总成整体更换，更便于工艺的运行及调节。改造前公司每月都有1-2台造气炉出现结疤现象，自2017年以来，改造后的造气炉从未出现结疤现象，实现了造气炉长周期稳定运行。

（2）造气炉多灰斗排渣方式创新改造前，老造气需开9台造气炉（开7备2），改造后只需开7台炉子（开5备2）就能满足后工序气量要求，气量大幅度提高。有数据表明：改造前单炉发气量为5000-5500m3/h，改造后单炉发气量提高到8500-10000m3/h。目前，改造后单炉加煤间隔为300s左右（改造前单炉加煤间隔为150s左右），但是单炉出口温度才400℃左右（远没达到改造前设定的出口温度为550℃左右的工艺指标），炉子上部、下部温度及中心风舱温度均处于可控状态，由此可见改造后单炉气量没有达到最大值，但由于入炉CO2阀门全开，流量已满量程（2500m3/h），下一步电仪将配合车间调整校核CO2阀门，实现改造后造气炉发气量的进一步提升。

（3）造气炉多灰斗排渣方式创新改造后，气质明显提高，煤气出口CO含量可由68%提高到70%～71%。

5.结论

本公司工程示范装置经过3年多的长期运行，各项指标参数优异，获得了业内的广泛关注。该气化技术适用于中小型煤化工、玻璃、陶瓷及冶炼压延领域，替代原有间歇式移动床气化炉，且具有气化效率高，煤气热值高、环境友好等显著优点，可促进我国能源供应向集中化、区域化方向发展，实现煤炭的清洁高效利用和节能减排。目前已与多家企业开展了相关合作洽谈，与七台河勃盛清洁能源有限公司、鲁北集团、魏桥集团等3家企业已经达成了共计54台套造气炉的合作意向。