国家重点研发计划课题“新型高效循环流化床气化技术开发及工业示范”研究进展 

　　文/王小芳  来源：循环流化床实验室 

　　一、项目概述 

　　我国以煤炭为主的能源资源禀赋和“富煤、贫油、少气”的传统能源结构决定了煤炭的基础能源地位。煤气化是煤炭能源转化利用的源头技术，也是煤化工中最关键的工艺过程之一。2017年我国煤炭消费总量为38.6亿吨，其中约8亿吨通过气化转化为广泛用于钢铁、冶金、机械、化工、建材、轻纺、食品等行业的工业燃气和用于合成氨、气/液燃料制备和大宗煤基化学品合成等现代煤化工领域的合成气。 

　　煤制工业燃气和合成气的常规主流技术有两大类：固定床/移动床气化技术和气流床气化技术。固定床/移动床气化技术以优质块煤为原料，技术成熟度高，但其使用的原料局限于优质块煤，且煤气中含有焦油、酚和高碳氢化合物等，污染严重。气流床气化技术的主要特点是气化指标好、气化强度大、煤种适应性相对固定床而言较强、广泛应用于现代大型煤化工行业，但其一次投资和运行成本较高，不适用于工业燃气和中小合成氨行业。与固定床/移动床气化技术和气流床气化技术相比，循环流化床煤气化技术煤种适应性强、清洁高效、成本低，更适合于我国煤种多样且低阶煤占比高的现状。 

　　作为一种清洁的煤炭气化技术，循环流化床煤气化技术以粉煤为气化原料，利用循环流化床作为反应器，通过构建高浓度的物料循环回路，实现高效清洁气化，经济性能和环保性能优势显著。国家重点研发计划课题“新型高效循环流化床气化技术开发及工业示范”以开发适用于0-10mm碎煤的新型循环流化床高效煤气化制中低热值燃气技术为目标，通过高浓度物料分布/分离/回送-气化一体化技术、高温高含尘煤气余热梯级回收-气化过程强化技术和飞灰高温燃烧/熔融技术等关键技术研发，解决和突破制约低阶煤制清洁燃气技术发展的瓶颈问题，集成关键技术和关键部件，建成单套处理能力400吨/日新型高效循环流化床气化技术示范装置，并实现稳定运行，完成72小时连续运行考核，达到冷煤气效率≥74%，整体碳转化率≥96%的性能指标。该课题由中国科学院工程热物理研究所承担，课题执行期为2017年7月至2021年6月。 

　　二、研究进展及阶段研究成果 

　　项目团队已在新型高效循环流化床煤气化过程强化技术研究、循环流化床煤气化系统优化技术研究、煤种适应性研究、400 吨/日示范装置建设与运行等方面取得突破性进展，2019年6月，项目顺利通过中期检查。目前各项研究任务进展顺利，主要研究进展如下： 

　　1.新型高效循环流化床煤气化过程强化技术研究 

　　开展了循环流化床高浓度物料分布/分离/回送关键部件研究，获得了具有更高的返料能力与抗逆压差能力的返料器结构型式；开展了无风室布风技术及关键部件试验研究，考察了不同布风形式对物料流化均匀性、系统物料循环特性的影响，在此基础上，研究了布风结构形式对床料粒径分选的影响规律，获得了优化的布风结构及工艺参数。以已运行的60000 Nm³/h循环流化床煤气化项目为对象，开展了高温高含尘煤气余热梯级回收技术研究，得到优化的余热回收-气化过程强化工艺参数。通过以上研究，掌握了循环流化床煤气化过程强化的关键要素和影响规律，获得了降低系统底渣含碳量、提高系统碳转化率和冷煤气效率的关键技术和工艺，为400吨/日新型高效循环流化床煤气化工业示范装置的设计及优化提供了支持。 

　　2.循环流化床煤气化系统优化技术研究 

　　通过开展气化飞灰高温熔融特性机理研究，获得了影响气化飞灰熔融流动特性的机理；完成了2.5吨/日飞灰高温燃烧/熔融试验台气化飞灰燃烧/熔融试验研究，实现了燃料预热+富氧熔融工艺的长时间稳定运行，熔渣含碳量小于1%，飞灰含碳量为2.7%，燃烧效率达到99.54%；开展了0.5吨/日气化飞灰高温燃烧/熔融炉与循环流化床气化炉耦合试验台的调试和试验研究，掌握了气化飞灰熔融系统关键部件工作特性，获得了熔融高温烟气对气化炉温度、压力、煤气组分等运行特性的影响规律；开展了气化飞灰高温燃烧/熔融炉与循环流化床气化炉耦合的工程方案的设计，为示范工程优化提供方案。 

　　3.煤种适应性研究 

　　通过开展气化飞灰的理化特性机理研究，并结合煤质和灰成分的理论分析，探索了促进飞灰中碳转化的关键要素，研究结果为气化飞灰利用途径及操作参数的选择提供支持；通过煤气化工艺优化小试试验研究、中试试验研究、不同高碱种煤的灰化学特性研究，并结合理论分析，获得了优化的循环流化床煤气化工艺运行参数，为拓宽循环流化床气化煤种提供了理论依据和技术支持。 

　　4.400吨/日示范装置建设与运行 

　　在实验室关键技术研发和工程化放大研究的基础上，完成了400吨/日新型高效循环流化床气化技术示范装置的设计和建设。目前，示范装置已顺利建成通过竣工验收，并完成调试，已正式投入商业运行。 

　　三、下一阶段工作计划及目标