两段式干煤粉气化技术介绍
1研发历程
随着IGCC、煤化工、多联产等洁净煤发电技术的推广应用，清洁能源技术研究院从1990年开始对干煤粉加压气化技术进行研究。在研发过程中，清能院充分发挥了其在煤粉锅炉上的优势，突破了干煤粉气化所涉及的三个技术核心——煤的性质、液态排渣、水动力学，经过十余年的研究，顺利开发出了具有自主知识产权的干煤粉气化技术。
清洁能源技术研究院于1996年建成了我国第一套干煤粉浓相输送和气化试验装置（0.7～1.0 t/d）。装置如图1-1所示。其中气化炉方面，最右侧为下喷式气化炉（即类似GSP结构气化炉），中间为两段式气化炉。在该套试验装置上完成了14种中国典型煤种的干煤粉加压气化特性试验研究，取得了大量试验数据，给该项技术的研究和更大型的气化装置的设计和运行提供了科学的依据。
“十五”期间，“干煤粉加压气化技术”被列为国家“十五”863计划能源领域重点项目，清洁能源技术研究院引入产、学、研相结合的方式，联合国内煤炭、化工六家研究院、所和化工生产单位，开始了更大规模的干煤粉加压气化技术研究。近100人的课题组经过五年的艰苦攻关，先后完成了干煤粉加压气化半工业化装置的技术方案、工艺设计和装置建设，并于2004年在陕西省渭南渭河煤化工集团公司内，建成了我国第一套带水冷壁和煤气冷却器的干煤粉加压气化半工业化装置（如图1-2所示），可处理煤量为36～40 t/d，操作压力为3.0～4.0MPa，操作温度为1300～1800℃。装置包括：干煤粉干燥和浓相输送系统、煤气化炉、煤气冷却器、干法除尘器、文丘里洗涤器、水冷壁冷却系统、喷嘴冷却系统、O2和N2供应系统、蒸汽系统、黑水系统等，并配备了完善的分散式控制系统。工艺流程如图1-3所示。
图1-1 我国第一套干煤粉浓相输送和气化试验装置（0.7～1.0 t/d）
图1-2 我国第一套带水冷壁和煤气冷却器的干煤粉加压气化半工业性装置
图1-3 干煤粉加压气化试验装置的工艺流程
经过一年多的反复试验研究，2006年五月初，干煤粉加压气化装置一次性通过了168小时连续运行试验，比国内进口干煤粉气化炉早投运1个月。装置累计运行时间达到2300小时，试验了包括褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤在内的十二种典型煤种，证明了干煤粉加压气化流程的合理性，为我国干煤粉加压气化技术的发展和工程化奠定了坚实的基础，填补了国内在干煤粉煤气化技术方面的空白。
2006年5月16日，科技部组织专家对装置进行了测试和验收，专家认为该技术整体上已达到国外（SHELL）同类技术（气化技术）的指标，冷煤气效率和比氧耗等指标优于国外工艺，具备了工程化的条件。
清洁能源技术研究院开发的干煤粉加压气化工艺流程工艺特点如下。
（1）干煤粉进料
煤种适应性广，从无烟煤、烟煤、褐煤到石油焦均可气化，对煤的灰熔点范围比其他气化工艺更宽。对于高灰分、高水分、高含硫量的煤种也同样适应。粉煤用密封料斗法升压（即间断升压），常压粉煤经变压仓升压进入工作仓（压力仓），其压力略高于气化炉，粉煤用惰性气体氮气或二氧化碳夹带入炉（经喷嘴）。
为保证煤粉流动特性，要求煤粉的典型颗粒尺寸分布如下：
1.90%（重量比）小于或等于90微米，并且
2.最大10%（重量比）小于5微米。
3.对于烟煤，要求水份小于2%。
4.对于褐煤，要求水分小宇8%。
（2）气化温度为1400～1600℃，压力3.0 MPa，碳转化率高达99%以上，产品气体相对洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体(CO+H2)高达90%以上。高温气化不产生焦油、酚等凝聚物，不污染环境，煤气质量好。
（3）干煤粉喷嘴冷却保护
干煤粉气化炉使用多个喷嘴(又称煤粉喷枪)，喷嘴的空气动力学设计是科技部立项研究开发后确定的。
喷嘴冷却水系统是为保护喷嘴设置的，目的是防止气化炉内高温对喷嘴造成过热损坏。化学软水经喷嘴冷却水泵分别打入一段喷嘴和二段喷嘴，出喷嘴的冷却水进入喷嘴冷却水冷却器，冷却后循环使用。
（4）气化炉
干煤粉被气化剂雾化，在气化炉内（温度1400～1700oC），煤与O2和H2O发生部分氧化反应，生成以CO+H2为主要成分的粗煤气。气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣，无耐火砖衬里，维护量少，运转周期长。
（5）氧耗低
本工艺的氧耗比较低，因而与之配套的空分装置投资可减少。单炉生产能力大，本工艺投入运转的单炉气化压力3.0～4.0MPa。同时，本工艺的热效率比较高，一般冷煤气效率80%以上，另有约15%的能量被回收为中压蒸汽，总的热效率为95%以上。
（6）排渣
气化过程中产生的高温熔渣沿水冷壁向下流动，经过渣口后落入气化炉底部渣池，经渣池水激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，然后经过锁渣罐排出。气化污水中含氰化物少，容易处理，可以做到近零排放。
2 两段式煤气化装置操作数据
清洁能源技术研究院在中试装置上完成了若干煤种的气化试验研究，取得了充分的煤气化过程数据。试验煤种的灰分试验范围为5%~30%，挥发份试验范围为8%~40%，灰熔点试验范围为1100~1600℃，覆盖了从褐煤、烟煤、贫煤到无烟煤的各种煤种。煤种数据如表1-1、表1-2所示。不同煤种的气化煤气成份如表1-3、表1-4所示。
表1-1 低灰熔点煤种数据
表1-4 高灰熔点煤气化煤气成份
3 科研成果介绍
近年来，清洁能源技术研究院在干煤粉气化技术方面一直处于国内领先水平，先后负责完成的与煤气化和技术有关的国家和省部级科研项目包括：
●国家“十一五”863课题“2000吨／天级干煤粉加压气化技术开发与示范”，
2007~2009；
●国家“十一五”863项目“以煤气化为基础的多联产示范工程”，2007~2009；
●国家“十一五”863课题“IGCC 联产系统运行及控制技术”，2007~2009；
●国家“十五”863课题“干煤粉加压气化技术”（前期），2001~2002
●国家“十五”863重点课题“干煤粉加压气化技术”（中试），2002~2005
●国家电力公司重点科技项目“干煤粉加压气化评价装置和粉煤气化特性研究”，
1996~2000
●国家“十五”863重点项目课题“干煤粉加压气化技术中试研究”（后续）
（2005AA522040），2005-2006
●国家国际合作重点项目“干煤粉加压气化技术研究开发”，2000~2002
●国家重大基础研究发展（973）规划项目“煤热解、气化和高温净化”（G1*******），
1999-2004
●陕西省科技计划项目“干煤粉加压气化中试研究”，2003~2005
●国家重大基础研究发展规划项目“煤热解、气化和高温净化”，1999~2004
●国家“八五”国家科技攻关计划专题“我国整体煤气化联合循环(IGCC)发电示范项目
技术可行性研究”
●国家“九五”国家重点科技攻关计划项目“IGC C关键技术研究”（97-A26），1997-2000 ●国家“十五”863项目课题“IGCC设计集成和动态特性”
●国家“十五”863项目课题“带静电促进的移动颗粒层过滤高温除尘技术研究开发”
(2003AA522030），2002-2004
●中－法（国家电力公司－法国电力公司）科技合作项目“IGCC设计、运行和维护
技术”；
●中－英（科技部－DTI）科技合作项目“空气气化IGCC发电技术研究”；
●中－美（国家电力公司－美国能源部）科技合作项目“中国IGCC示范项目技术可
行性研究”；
●中－荷（国家电力公司－NOVEN)科技合作项目“中国IGCC示范项目技术可行性
研究”;
●国家电力公司项目“烟台IGCC示范项目技术可行性研究”；
●中国华能集团公司科技项目“绿色煤电关键技术研究开发”，完成了130MW IGCC
和250MW IGCC示范电站的系统设计；
●电力行业标准“IGCC电站验收考核试验标准”。
干煤粉气化技术已经获得了国家发明专利（ZL01131780.9）。如图1-5所示。
图1-5 “干煤粉气化炉”发明专利证书
清洁能源技术研究院有限公司开发的“干煤粉加压气化技术”，采用煤种适应性更广的、更易于大型化的、碳转化率更高、有效气含量更高的干煤粉加压气流床气化技术。该技术于2006年5月16日顺利通过了科技部组织的验收（见图6），并于2007年1月14日通过了中国电机工程学会组织的“干煤粉加压气化技术研究开发”科技成果鉴定会（见图1-6）。科技部组织的专家和电机工程学会组织的专家一致认为该科研成果整体达到了国际先进水平，推动了我国干煤粉加压气化技术的发展，在煤气化联合循环发电、煤气化多联产、煤化
工等过程中有广阔的应用前景。
鉴定意见
图1-6 863验收意见和鉴定意见
我院开发的“干煤粉加压气化技术”获得陕西省科学技术奖一等奖、中国电力科技一等奖（见图1-7）。此外，还获得多个省部级二等奖（见图1-8）。
图1-7 气化技术所获一等奖
图1-8 所获奖项
4 煤气化工业应用业绩
●华能绿色煤电IGCC示范工程
气化炉处理煤量：2000t/d
操作压力：3.0MPa
操作温度：1400~1500℃
煤气流量：165000Nm3/h
比氧耗：310 Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）
冷煤气效率：83%
有效气成份（CO+H2）：91%
●内蒙世林化工有限公司30万吨/年甲醇项目
气化炉处理煤量：1000t/d
操作压力：4.0MPa
操作温度：1400~1500℃
煤气流量：71500 Nm3/h
比氧耗：310 Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）
冷煤气效率：83%
有效气成份（CO+H2）：91%
●满洲里煤化工有限公司60万吨甲醇项目
气化炉处理煤量：2830t/d
操作压力：4.0MPa
煤种：褐煤
操作温度：~1500℃
有效气流量：165000 Nm3/h
比氧耗：330 Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）
冷煤气效率：81%
有效气成份（CO+H2）：>89%
●美国宾西法尼亚IGCC项目
气化炉处理煤量：2400t/d
操作压力：3.0MPa
煤种：无烟煤
操作温度：~1500℃
有效气流量：78000 Nm3/h
比氧耗：330 Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）
冷煤气效率：82%
有效气成份（CO+H2）：>89%
●华能新疆准东40亿标方/年煤制天然气项目
气化装置处理煤量: 3000t/d X 10套
煤种：烟煤
操作压力: 4.0MPa
操作温度: ~1500℃
输送气体：CO2
有效气流量：165000Nm3/h X 10套
比氧耗：330 Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）
冷煤气效率：81%
有效气成份（CO+H2）：>89%