我国循环流化床煤气化技术工艺研究现状
张进
（化工学院能源化学工程14-1班 06142588）
摘要：第一台工业流化床自1954年投产以来，在国内外得到了迅速的推广与发展。

近年来，使用循环流化床（CFB）做气化炉的工艺得到了迅速发展，使燃烧效率、碳转换率等得到了较明显的提高。

在国内煤气化领域中，主要用流化床气化炉来气化碎煤。

流化床气化炉在气化高活性、低阶煤种方面,具有其它煤气化技术不可比拟的优势。

[1]综述了循环流化床煤气化工艺流程，并对循环流化床气化的应用情况和工艺特点加以说明。

关键词：流化床煤气化循环流化床气化炉工艺特点
煤炭气化是清洁煤利用技术之一。

流化床煤气化技术作为一种清洁煤气化技术更受到了国内外的普遍重视。

循环流化床技术是近年来在沸腾炉上发展起来的一项新技术。

在环保、能源的充分利用、热效率的提高等方面都比沸腾炉效果好，而且在气化高活性、低阶煤种方面，具有其它煤气化技术不可比拟的优势。

[1]发展循环流化床气化技术是适合我国国情的，对满足我国城市民用煤气和工业用煤气的需求、发展清洁煤利用技术有重大作用。

1循环流化床煤气化工艺流程
原料煤经皮带运输至破碎机粉碎至4mm以下，送入煤仓备用。

煤粉在开车前将经给料、输送机送入立管中。

开车过程中，细煤粉经给料器、斗式提升机送到计量煤斗，经升压后进入料煤斗，由此稳定地经旋转阀、水冷螺旋给料器进入进料管，并送入循环流化床气化炉下部。

过程中所用空气(或氧气)来自压缩机，经预热后与废热锅炉所产生的水蒸气混合，由炉底经分布板进入炉内。

如有必要可以将气化剂的一部分做为二次气化剂由炉的中下部送入。

生成的煤气由气化炉顶部引出，粗煤气中含有大量的未转化碳颗粒和水蒸气。

经过分离系统分离后，95%以上的颗粒收集下落入立管中，经返料系统返回到气化炉底部。

此外，在喇叭状炉床内还形成物料的内循环。

由于新鲜原料、气化剂和大多数炉灰的循环物质之间的迅速混合，气化反应在气化炉底部附近立即开始进行。

循环物料和新加入的原料之比可高达40，因此碳转化率较高。

底部灰经水冷螺旋出料器，由旋转阀排入灰仓送出界区。

粗煤气经废热锅炉及列管或空气预热器回收热量后，温度降低，再进入水喷淋洗涤塔。

经过进一步降温及除尘后，送入煤气储罐。

随着高温净化技术的不断发展，粗煤气可以不经过换热或少部分换热后，通过高温净化系统除尘、脱硫后，
产生高温洁净煤气，直接提供给用户。

灰由炉底或立管上部经排料系统排出。

工艺流程图如图1所示。

图1 循环流化床煤气化工艺流程
工艺包括燃料破碎给料系统、流化床气化系统、排渣系统、合成气余热回收系统、飞灰脱除循环输送利用系统、粗煤气净化分配系统等。

[2]流化床气化系统主要由气化炉本体、一级旋风分离器、二级旋风分离器、布风板、中心管、排渣套管和二次气化剂给入口组成。

排渣系统主要由高温加压冷渣器、加压集渣罐、排渣锁斗和常压低温冷渣器组成。

合成气余热回收系统主要包括辐射废锅、对流废锅、省煤器、除盐水预热器组成合汽包组成。

对流废锅设为上段高温过热段和下段低温对流换热段组成。

飞灰脱除循环输送系统主要包括飞灰脱除装置、飞灰收集罐、飞灰锁斗喷吹罐及输送管路组成。

飞灰脱除装置可采用袋式除尘或过滤器除尘等方式。

粗煤气净化分配系统主要由合成气脱硫系统和合成气气柜组成。

粗煤气脱硫系统可采用低温甲醇洗技术、脱硫技术等各类脱硫工艺。

流化床气化系统可采用空气、富氧空气氧气浓度大于或纯氧进行气化。

[3]
2 几种流化床在煤气化过程中的比较
煤气化是一个强吸热反应过程，高温有助于煤气化的进行。

从动力学角度分析，提高温度、压力，减小颗粒粒径都有利于加快气化反应速度。

另外从反应器分析得出，如果整个气化炉床内温度均一，增加气固接触效率,使反应器更接近理想反应器，有利于提高反应转化率。

因此提高气化炉的气化能力及碳转化率需要气化炉能满足以上有利于煤气化转化的工艺条件。

单从反应器结构及其工艺特性的观点上分析移动床及气流床有其固有的缺陷，鼓泡流化床由于颗粒群和流体
的返混以及速度分布的不均匀性，造成部分流体短路，床内存在大量气泡，另外由于碳颗粒在流化床稀相段的转化率低，导致设备利用率低，实现以上工艺要求有一定困难。

[4]而循环流化床反应器的结构及工艺特点在煤气化方面却显得有其独有的优越性，这是因为循环流化床反应器在其它领域应中所表现的优点正是提高煤气化碳转化率及生产能力的至关重要的因素。

高温且均一，气化反应在整个反应器内进行，使反应速度及生产能力大大提高；气固接触良好，基本上不存在外扩散影响，克服了鼓泡流化床中气泡对传质、传热的影响。

停留时间长，循环流化床存在颗粒的大量循环，使颗粒在床内总停留时间提高，有利于颗粒完全气化，提高碳利用率。

粒径小，小颗粒可以减少内扩散对气化速率的影响。

3 循环流化床锅炉技术评述
循环流化床是在煤粉炉的基础上发展起来的，燃料在锅炉炉膛、分离器、返料装置中多次循环，进行低温燃烧，炉内湍流运动强烈，使燃料燃烧完全。

[5]
(1)循环流化床锅炉采用低温燃烧，温度850~100℃间，使NO x产生量少；
(2)使燃料在炉内循环悬浮燃烧炉内紊流扰动强,有利于稳定燃料和燃烬，储热能力强，调峰能力极强；
(3)炉膛温度低于灰的软化温度，从而可以避免因锅炉受热而结焦，提高锅炉运行的安全性；
(4)循环流化床对燃料粒度要求不高，可以破碎机代替磨煤机，燃烧系统相对简单；
(5)循环流化床具有较高的效率，燃料易燃烬，有利于灰渣的综合利用；
(6)由于采用了对燃料适应性极强的循环流化床锅炉，利用目前造气系统的炉渣，可节省褐煤及购买燃料的资金，另外，还可减少炉渣的堆存量，具有较好的节能效果、经济效益和环境效益。

(7)由于采用气槽式冷渣机,渣由湿出改为干出，减少了冲渣水量，改善了出渣的劳动条件。

另一方面，由于循环流化床煤气化过程开发相对晚一些，循环流化床煤气化也存在一些问题：
(1)气化反应不如燃烧反应迅速，而循环流化床反应器属快速反应器，所以必须提高颗粒相对停留时间(停留时间与颗粒完全气化时间比)；
(2)颗粒回收系统复杂，投资费用高。

循环流化床必须有高效的气固分离装置,否则碳损失严重；
(3)循环流化床气化炉出口温度过高，显热损失大，如何有效利用这部分显热仍是重要的研究课题。

4 结论
循环流化床气化技术在我国属于新型气化工艺，正处于起步阶段，距离广泛普及还有很长的一段路。

针对气化炉的具体实际应用，气化炉向着高温、高压、高生产能力的方向发展。

在应用方面，流化床气化炉工艺将根据其产气的实际应用情况而发展为具体的类型，其具体发展有待观察。

【参考文献】
[1]刘雷,李克忠,康守国,郑岩,祖静茹,侯祥生.流化床气化炉及气化系统[P].河北：CN104762108A,2015-07-08.
[2]彭敏,李新春,王人杰.循环流化床气化炉系统[P].安徽：CN205907224U,2017-01-25.
[3]倪建军,江晶亮,池国镇.一种循环流化床气化系统及其气化方法[P].上海：CN106010666A,2016-10-12.
[4]刘初平.一种流化床气化炉飞灰与灰渣的处理系统[P].北京：CN205774356U,2016-12-07.
[5]岳光溪,吕俊复,徐鹏,胡修奎,凌文,陈英,李建锋. 循环流化床燃烧发展现状及前景分析[J]. 中国电力,2016,(01):1-13.。