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  循環(huán)流化床是指爐膛內(nèi)物料及飛出又返回爐膛的物料流化燃燒(氣化)方式,。它和加壓流化床一樣屬于第二代流化床燃燒技術,。循環(huán)流化床物料的流化速度比常規(guī)流化床的流化速度高，因此,，循環(huán)流化床內(nèi)物料的速度大大低于氣體的速度。氣體,、固體之間的流動速度很高,，對質(zhì)量和熱量的交換極為有利，燃料在系統(tǒng)內(nèi)不斷循環(huán),，實現(xiàn)均勻穩(wěn)定的燃燒和氣化,。循環(huán)流化床處于鼓泡流化床和氣流輸送床之間，具有對煤種適應性強,、燃燒效率高,、操作靈活，有利于環(huán)保(爐內(nèi)脫硫和減少氮氧化物的生成),，燃料制備和給煤系統(tǒng)簡單等優(yōu)點,。自20世紀70年代以來,，循環(huán)流化床煤氣化技術得到了快速發(fā)展。

1 國外情況

  國外對循環(huán)流化床煤氣化的研究應用比較早,，很多公司都從事這方面的試驗研究?，F(xiàn)介紹有代表性幾家公司的技術。

1.1 魯奇公司開發(fā)的CFB技術

  魯奇公司開發(fā)CFB技術已有二十多年的歷史,，從冷模試驗到小型熱試,、中試、工業(yè)性示范裝置有八套,。進行了大量的實驗研究,，從煤的燃燒到煤的氣化，并獲得了工業(yè)應用,，主要用于燃料氣及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,，其氣化爐結構如圖1。

  常壓CFB氣化爐操作壓力0.15～0.4 MPa,，氣化溫度1000～1100℃,，以氧氣和蒸汽作氣化劑，固態(tài)排渣,，單爐最大日處理煤量達500t,，碳轉(zhuǎn)化率95％～98％，粗煤氣中CO+H₂含量約為 80％,，每1000m³(CO+H₂)耗氧300～320m³,，耗煤630～670kg。

  宣化化肥廠原計劃引進此技術,，后因資金不足而中止,。

1.2 戴維電力煤氣公司開發(fā)的溫克勒(Winkler)氣化爐

  該氣化爐結構如圖2。

  該爐使用9.5 mm以下的煤為原料,，干法排灰,，用氧氣／蒸汽或空氣／蒸汽作氣化劑，操作壓力0.2～0.395MPa,，根據(jù)煤的灰熔點和煤的反應活性,，氣化溫度在815～1100℃之間選擇，單爐最大日處理煤量1100t(用氧氣／蒸汽作氣化劑),，用空氣／蒸汽作氣化劑為700 t煤,，煤氣中CO+H₂含量約為83％，煤產(chǎn)氣率為1.55 m³／kg,。

1.3 ?？松?Exxon)研究和工程公司開發(fā)的煤催化氣化工藝

  該工藝利用堿的弱酸鹽對煤與水蒸氣氣化反應的催化作用，達到在較低溫度下獲得較高反應速率的目的。目前尚處于中試階段,，其工藝流程如圖3,。

1.4 前西德萊茵褐煤公司和伍德公司合作開發(fā)的高溫溫克勒煤氣化工藝

  該工藝在常溫溫克勒工藝基礎上，提高氣化操作壓力和溫度,，其流程如圖4,。

1.5 美國能源部、煤氣工藝研究所開發(fā)的U—GAS氣化法

  該法以空氣,、氧氣,、蒸汽為氣化劑，分二路入爐,。含氧濃度低的從流化床分布板進入,，使流化床均勻流化，并保持床溫為954～1010℃,。含氧濃度高的從中心噴嘴高速噴入爐內(nèi),，在噴嘴上方形成低泡相高溫區(qū)域(高出床溫38℃)，灰渣在此區(qū)域“團聚”但應避免呈現(xiàn)液態(tài),，當灰渣團粒的粒度和相對密度增大到一定程度時,，通過噴嘴中心管墜入灰斗排出。氣化爐結構如圖5,。

  上海焦化廠“三聯(lián)供”引進有此裝置,，運行中存在一些問題。

1.6 西屋公司和美國能源部開發(fā)的西屋流化床氣化法   

  該技術氣化爐結構見圖6,。

  其基本原理與U—GAS法相同,，只是在爐下部排灰結構上有所差異，西屋氣化爐通過部分循環(huán)煤氣將形成的團聚灰粒從底部噴嘴側(cè)面排出,。

2 國內(nèi)情況

  國內(nèi)對循環(huán)流化床用于煤氣化的研究始于20世紀90年代,，目前主要有下面幾種。

2.1 鄭州永泰能源新設備有限公司的技術

  1990年,，江蘇理工大學(當時江蘇工學院)王同章,、王立群申請了“流化床粉煤氣化方法及其裝置”的發(fā)明專利，并于1995年獲得批準(專利號ZL90105680.4),。后來鄭州方與江蘇理工大學等成立了鄭州永泰能源新設備有限公司,，開發(fā)了FM1.6型粉煤常壓水煤氣發(fā)生爐，分別于1998年,、1999年應用于鄭州、南洋城市煤氣站,，經(jīng)多次調(diào)試,、改進，運行基本正常,，并向居民正常供氣,，于1999年3月通過河南省經(jīng)貿(mào)委組織的新技術鑒定,。2000年，在FM1.6型爐的基礎上,，引進華中科技大學“下排氣旋風分離器”等專利技術,，推出了FM2.5型爐，應用于山東濟南鋼廠制半水煤氣燃料氣,，在試車過程中發(fā)現(xiàn)氣化效率較低,、高溫熱管換熱器易損等問題，目前正在完善,。其流程如圖7,。

  主要特點：

(1)對煤的活性要求較高，機械強度不能太低,，粒徑1～13mm,；

(2)操作壓力小于30 kPa，操作溫度850～1050℃,，以空氣／蒸汽作氣化劑,；

(3)煤產(chǎn)氣率約為0.8m³／kg，碳轉(zhuǎn)化率較低,，需配備循環(huán)流化床鍋爐或采取其他辦法來處理排渣和飛灰,；

(4)煤氣中CO+H₂在65％左右；

 (5)最大單爐產(chǎn)氣量約為5000m³／h,。

2.2 中科院山西煤化學研究所開發(fā)的灰熔聚流化床粉煤氣化技術

  山西煤化所從80年代開始研究灰熔聚流化床粉煤氣化技術,。先后建立了日處理1 t煤的小型試驗裝置和24 t煤的中間試驗裝置以及相配套的冷態(tài)試驗模型，1991年和1996年分別在試驗裝置上完成了(壓力0.03～0.3MPa)空氣／蒸汽鼓風制工業(yè)燃料氣,、氧氣／蒸汽鼓風制合成氣的國家重點攻關項目,，并獲得專利(發(fā)明專利ZL941067815，實用新型專利ZL942022785),，采用該技術的￠2.4m氧氣／蒸汽鼓風制合成氨原料氣裝置在陜西漢中城化公司建成,，于2000年7月投入試車，目前正在調(diào)試中,，其工藝流程見圖8,。

  特點

(1)煤種適用性較寬，對煤的灰熔點無苛刻要求,，粒徑1～8mm,，反應活性、灰分有較大差異的煤,，其煤氣組成和產(chǎn)氣率不一樣,；

(2)氣化溫度1050～1100℃，氣化壓力小于25kPa，氣化強度較高,，煤產(chǎn)氣率2.2m³／kg(中試數(shù)據(jù),，CO+H₂含量60％～65％)；

(3)需配套相應規(guī)模的供氧裝置,；

(4)灰熔聚排渣,，類同U—GAS；

(5)有效氣CO+H₂可調(diào)整至80％,。

2.3 上海申江化肥成套公司的循環(huán)流化床粉煤氣化綜合利用技術

  上海申江化肥成套公司利用謝志平的循環(huán)流化床粉煤煤氣發(fā)生爐專利技術(ZL98231024.2),，與其合作開發(fā)了循環(huán)流化床粉煤氣化綜合利用技術，1999年在邵東鋁廠建400 m³／h的中試裝置并試驗成功,，2000年在吳忠化肥廠建立一套3000m³／h規(guī)模的半水煤氣工業(yè)化裝置(只包括氣化爐和燃燒爐主體部分),，2000年3月進入調(diào)試階段，已試車多次,，正在完善并計劃建5000m³／h的工業(yè)化裝置,。其工藝流程如圖9。

  特點

(1)該流程類似于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工藝(IGCC),，燃燒爐配氣化爐,，補充氣化爐需要的熱量，又可產(chǎn)生蒸汽,，因此流程較長,，影響因素較多，實現(xiàn)難度較大,；

(2)試驗以靈武煙煤作原料,，CO+H₂含量在49％～75％，CH₄含量在1.4％～8.3％,，爐溫750～850℃,，氣體成分隨爐溫變化而變化；

(3)需要用煙煤作原料,，對多種原料,、多種工況，尚缺乏試驗數(shù)據(jù),。

3 發(fā)展趨勢

3.1高效

  針對不同的原料特性,，進行氣化爐和氣化工藝差異化設計，對各種級別能量綜合利用,，進行煤的高效氣化,。

3.2 清潔

  煤的清潔氣化，包括處理各種劣質(zhì)煤,、高硫煤及煤和各種垃圾廢棄物混合氣化,，盡量減少氣化過程中硫化物,、氮氧化物的生成、粉塵的排放,，同時對渣、CO₂進行綜合利用,，減少對環(huán)境的污染,。

3.3 多聯(lián)產(chǎn)

  對煤氣化產(chǎn)物進行綜合利用，滿足多種用途燃料氣,、多種化工原料氣要求,，如“聯(lián)合循環(huán)發(fā)電”，建立“公用工程島”,、“氣化園”,，用作城市煤氣、發(fā)電,、生產(chǎn)甲醇,、液體燃料和其他化工產(chǎn)品，提高經(jīng)濟性,。

4 應用前景

  我國是一個煤資源豐富,、石油天然氣資源相對缺乏的國家，循環(huán)流化床煤氣化技術的發(fā)展在民用燃料,、工業(yè)燃料,、化肥、化工等行業(yè)有著廣闊的應用前景,。我們應吸收國外的先進技術和經(jīng)驗,，結合我國的具體情況，加強對煤氣化技術的基礎研究,，特別是各種煤的燃燒,、氣化性能、適用工藝條件的試驗研究,，同時抓緊對大型低能耗制氧設備,、高效換熱等配套設備的開發(fā)，科研院所,、工廠,、高校之間加強合作，國家給予適當?shù)姆龀?，使這一技術不斷發(fā)展,、完善，在我國的經(jīng)濟建設中發(fā)揮良好的效益,。

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