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1、恩德粉煤气化技术的应用与改进恩德粉煤气化技术的应用与改进作者/来源：（1.中冶焦耐工程技术有限公司，辽宁 鞍山 114002； 日期：2008-8-14恩德粉煤气化技术从 2000 年开始在我国应用，至今已有 8 年时间了。这期间该项技术应用情况如何？应用中存在哪些技术上的问题？在技术上有何改进？这些是人们关心的问题。对此作者进行了调查研究。现把有关情况作一介绍，供参考。1 1 应用情况应用情况恩德粉煤气化技术 1998 年从朝鲜引入中国后，结合中国国情又进行了开发和完善，并获得了专利。2000年景德镇焦化厂燃气工程设计第一次采用 1 台 1104m3h 恩德炉系统，并于 2001 年 1 月
2、投入生产运行。2002 年在包头燃气行业会议上恩德粉煤气化技术正式推向燃气市场。2002 年 9 月 28 日，原国家经贸委正式下文将此技术作为中国工业近期发展导向的推荐技术推广。2003 年吉林长山化肥厂 2 台 1104m3h 恩德炉系统投产，标志着该技术正式推向合成气行业市场。中国化工报把恩德粉煤气化技术作为支撑中国合成氨工业的未来技术，在行业内推广。2005 年被中国环境保护协会评审，定为国家重点环境保护实用技术（A 类），并予公告。到目前为止，已有 26 套装置在运行或建设中。其中 8 台是燃气产品；台氨合成气产品；10 台甲醇产品（在建）。恩德炉采用不同的气化剂，可生产不同性质的煤
3、气，满足不同用户的需要。1.1 用于生产工业燃气 以空气和水蒸气为气化剂生产低热值的空气煤气其热值为（10001100）4.18 kJm3。第一台 1104m3h 气化炉于 2001 年 1 月在景德镇焦化厂投入运行。生产的煤气用于焦炉加热，以替换出焦炉煤气，作它用。 由于经济效益显著，紧接着又增加了一台 1104m3h 的气化炉。2006 年 3 月又投产了一台 4104m3h 气化炉，生产的煤气也是用于焦炉加热。2006 年和 2007 年通辽市通顺碳素厂又投产 2 台 1104m3h 气化炉，主要用于烧制碳素制品。煤气组成一般如下。组分 CO CO2 H2 CH4 O2 H2S N2含量
4、/% 1920 910 1012 23 0.2 0.15 5657一般的煤质，每 1000m3煤气消耗煤 270273 kg。 用富氧气化生产热值为 15004.18 kJm3的工业燃气2005 年葫芦岛锌厂投产 2 台 2104m3h 的气化炉，用于炼锌加热炉。煤气组成如下。组分 CO CO2 H2 CH4 O2 H2S N2含量/% 2425 1415 2122 22.5 0.2 0.1 3738一般的煤质，每 1000m3煤气消耗煤 370 kg，含量 99%的氧气 7080m3。 以纯氧气化生产热值为 22504.18 kJm3的水煤气作为工业燃气2007 年 7 月景德镇开门子陶瓷化
5、工公司投产 1 台 4104m3h 的气化炉，生产的煤气用于陶瓷制品的烧制。1.2 用于生产氨合成气2003 年 12 月，吉林长山化肥集团和黑龙江黑化集团分别投产 2 台 4104m3h 气化炉。这两个项目都是技改项目。原生产采用的是固定床富氧连续气化技术。由于所用原料为无烟块煤或焦炭，生产成本高，企业经济效益下降。为此决定进行技术改造。这两个项目做到了当年设计，当年施工，当年投入运行，情况良好。接着宁安化肥厂、通辽梅花生物科技有限公司、河南郸城财鑫实业有限公司相继投产 1 台4104m3h、2 台 2104m3h、1 台 1104m3h 气化炉。一般氨（醇）合成气的组成如下。组分 CO C
6、O2 H2 CH4 O2 H2S N2含量/% 29.5 19.28 38.93 1.61 0.2 0.1 8.97若用褐煤，吨氨消耗 2.02.4 t 煤，氧 660m3；若用长焰煤，吨氨消耗 1.82.2 t 煤，氧 660680m3。1.3 用于生产甲醇合成气用纯氧为气化剂生产水煤气制甲醇，目前已有吉林康乃尔化学工业公司、呼伦贝尔东能化工公司、上海金煤化工公司，规模分别为 1 台 2104m3h、2 台 4104m3h、2 台 4104m3h 和 1 台 2104m3h 气化炉，目前正在施工建设中。预计水煤气组成如下。组分 CO CO2 H2 CH4 O2 H2S N2含量/% 3435
7、 2223 4041 1.52 0.2 0.2 0.5有效气（COH2）的消耗为褐煤 806 kgkm3，氧 286m3km3。2 2 存在的问题及技术改进存在的问题及技术改进2.1 存在的问题恩德炉是在原温格勒气化炉基础上，经过长期生产实践进行多次改进后而形成的具有自己技术特点的实用新型粉煤气化技术，在实际应用中已显示了它的优越性。但常压流化床粉煤气化技术所固有的通病仍不同程度地存在。主要表现在以下几方面。 气化炉设备高大，建筑物高度很高，致使设备组装难度增加，建设投资增多。 煤气中粉尘含量高，占入炉煤总灰分的 60%70%，给煤气净化除尘带来较大困难。 灰中含碳量较高，一般上部出灰中碳约占
8、 30%，炉底出灰中约占 10%。由于灰中含碳量高，且气化炉外壳面积大，热损失大，致使碳的综合利用率低，气化率低。 煤气中 CO2和 CH4含量高。在生产合成气时，脱碳设备需增大，弛放气量增加。这些问题要从根本上解决，只能采取高温高压操作。这要重新进行设计和较长期的试验研究，目前是不可能的。现在只能在现有的基础上进行改进、完善。由于恩德炉已有不同规模、不同的原料煤、不同气化条件下的生产实践，积累了一定经验，为这项技术的进一步改进创造了条件。我们也摸索出一些可行的设计参数，并付诸实践。2.2 气化炉的改进气化炉改进的目标，是延长粉煤在炉内氧化还原反应的时间，提高煤气质量，减少耗氧量，减低热损失。
9、（1）改进炉体结构在不影响煤气炉生产能力的前提下，降低气化炉高度，减少外壳表面积，增大气流空间。在保证气化炉内粉煤均匀沸腾的前提下，为了克服炉内煤气流速快而带出去粉尘多，反应时间短，CO2还原反应不充分的问题，重新确定了气化炉外壳几何参数。包括下部圆锥角，上端直径，炉体中部圆锥台倾斜角，圆锥台高度，炉体上部圆筒直径及其高度。（2）合理选定上下喷嘴的方位及流速为使炉内粉煤与气化剂均匀混合和接触，并使粉尘尽量不随煤气飞出去而沉降到炉底，合理选择了下喷嘴的方位及气化剂通过喷嘴的流速，以满足气化炉在最高、最低负荷时粉煤的沸腾条件，保证气化剂与粉煤均匀接触，并根据煤质及气化炉的能力来确定上、下喷嘴的数量
10、及直径。（3）开发高效回流高温旋风分离器，并使其与气化炉成为一体过去的旋风分离器与气化炉是分开的，仅为工艺上的联系，而且内部为没有中心管的旋风沉降粉尘捕集筒。现在把回流高温旋风分离器与气化炉连为一体，固定了气化炉与旋风分离器的安装距离和高度，并在旋风分离器内部安装中心管。煤气和粉尘通过气化炉上部的煤气出口进入回流高温旋风分离器，在此煤粉受离心力的作用分离而坠落，顺着回流管返回到气化炉，再参与气化反应。气化炉结构形式和喷嘴安装位置的改进，不仅改善了粉煤沸腾条件，还能使气化炉内反应时间比过去延长 10%，从而使煤气中 CO2含量减少 1%以上，CO、H2含量增加 1%。在回流高温旋风分离器出口，煤
11、气中粉尘含量由过去总灰分量的 60%降至 40%，炉底出灰量由过去总灰量的 40%增加到 60%，明显地弥补了流化床气化炉的致命缺陷。与此同时，粉尘中碳含量由 30%降至小于15%，炉底灰中碳含量小于 8%。总体来说，炉底灰和粉尘的碳含量减少 50%，粉煤利用率提高 34%（达到 9394%）。每台 2104m3h 半水煤气炉每年可节省 2400t 粉煤，每小时可节省 100m3（99.5%）氧气，即每年可节省 800 km3氧气。由于气化炉外壳表面积缩小 30m2，热损失比以往减少 6%；气化炉高度降低，使制气系统建筑物高度降低5m 左右，这不仅节省设备组装费和建筑施工费，还能节省气化炉和旋
12、风分离器的钢材和耐火材料。改进后的恩德炉已在新版设计中采用，有 6 台套用到工程上。2.3 煤气净化除尘系统的改进煤气净化系统包括煤气显热的利用，煤气除尘和冷却。其中煤气除尘不太好处理，存在的问题较多。这是因为煤气中含尘量过高，一般废热锅炉出口含尘量都在 50gm3左右，而且灰的粒度小，一般在 0.4mm以下，其中小于 0.25mm 的占 80%。过去除尘系统多以湿法除尘为主，这样不仅需要大量的循环水，而且有时因为含尘污水中的灰水不好分离，致使含尘污水溢流外排，造成总排废水悬浮物严重超标；沉淀池采用的抓斗，常出现“稀泥难抓，人工清淤”的脏累场面。针对湿法除尘出现的问题，新设计的除尘系统做了改进
13、，以干法为主，干湿结合。即在废热锅炉前后增设高温旋风分离器和低温旋风分离器，使煤气中的含尘量降至 10gm3以下。分离器除下的干灰采用气力除灰系统进行处理。煤气中的灰尘由于大部分被除尘器干法分离掉，这样减轻了湿法除尘的固体负荷，最后经洗涤塔和文丘里水膜除尘，使煤气中含尘量降至低于 50mgm3。循环水经沉淀池产生的污泥，采用压滤机处理系统，改变了抓斗稀泥难抓的局面，灰水分离已不再是难题，实现了循环水闭路循环，不外排。3 3 结结 语语恩德粉煤气化技术已在工业燃气、氨合成气、甲醇合成气等领域的多个工程中应用，效果良好。该项技术被越来越多的用户所认识、肯定，它的应用范围将越来越广阔。比如，用于制氢
14、，焦炉煤气制甲醇，用于增碳，为配合煤制油（FT 合成气）开发的 CO2参与的循环气化，制出的气体 H2CO 比例可调节，可顺利进行油、催化剂的分离，简化流程，在 FT 合成中将占有一席之地。恩德粉煤气化技术的广泛应用以及从国外引进的粉煤气化技术相继投入运行，将为恩德粉煤气化技术的进一步改进提供新的借鉴。作者认为，恩德粉煤气化技术有必要在以下方面再进行改进： 采用新型隔热材料和耐磨材料，以进一步解决炉体散热及设备和管道内壁冲刷、耐磨问题； 改变加料方式，加大煤料流出速度，防止粘结性煤料在气化炉加料口高温处粘结堵塞，以扩大弱粘结性或粘结性煤的应用； 改进排灰方式（如灰团聚气化炉那样），以提高气化炉的反应温度，扩大原料煤的应用和降低灰渣含碳量； 选用耐高温耐磨阀门，以提高干法除尘系统的调节能力。
