一、概述
型煤富氧連續(xù)氣化技術是一項綜合了粉煤成型技術、固定床煤氣爐技術和空氣分離制氧技術為一體的系統(tǒng)工程技術。它把粉煤成型用于氣化，使煤氣化工業(yè)企業(yè)避開了以優(yōu)質塊煤焦為原料的獨木橋，走上了以本地粉煤為氣化原料，成本低、資源豐富的廣闊大道。同時，也避開了采用國外粉煤氣化技術，投資大、消化期長、見效慢的曲折道路。走上了投資少、見效快、節(jié)能減排效果好的寬廣道路。
我們中國的能源結構是比較特殊的，原煤生產占能源生產總量的77%，原油生產占能源總量的12%，天然氣生產占能源生產總量的3%，水電生產占能源生產總量的7%，其它占1%。中國國情決定了國民經濟發(fā)展必須以煤為主要能源。
目前，我國氮肥企業(yè)合成氨年總產達到5000萬噸，在世界上占第一位。生產合成氨以煤為原料的比例達到了76%以上。煤氣化是我國合成氨生產的主力軍。在煤氣化企業(yè)的生產中，以固定床間歇氣化爐生產的占全部生產能力的70%以上。由此可見，固定床間歇氣化爐在我國煤氣化工業(yè)和國民經濟發(fā)展中的重要地位。
我國以固定床間歇氣化為工藝生產的企業(yè)約500家左右，擁有固定床間歇氣化爐約5000余臺。其中Φ3.6m爐約110臺，Φ3.0m系列600臺，Φ2.6系列3500臺，其它煤氣爐300臺。固定床間歇氣化工藝能耗高，污染較重，注定要退出歷史舞臺。但是，我國國情決定了，上述落后的工藝技術與國際上選進技術必須有對接和過渡，這就是型煤富氧氣化的歷史使命。型煤富氧連續(xù)氣化技術，它是一項可以在眾多煤氣化企業(yè)現有裝置的基礎上，進行設備改造和技術提升后即可實現的技術。它是由多項已經用于生產實踐的成熟技術的組合，是一種零風險的技術。
在二00七年召開的“巴厘島”會議之后，世界各國把治理溫室氣體排放問題做為工業(yè)發(fā)展的首要問題。我國更是以積極態(tài)度走在發(fā)展中國家的前列。我國目前用于煤氣化的近5000臺常壓間歇氣化煤氣爐，每年向大氣排放CO2達到6000萬噸以上，是我國治理溫室氣體排放的重點問題。而型煤富氧連續(xù)氣化技術，正是治理我國現有5000臺常壓間歇氣化煤氣爐排放CO2和其它有害氣體的金鑰匙。它完全可以做到現代工業(yè)發(fā)展所要求的零排放。
綜上所述，型煤富氧連續(xù)氣化技術，是符合中國國情、適應我國產業(yè)政策，順應世界潮流的一項綜合技術，是具有中國特色和強大生命力的技術。
我國富氧連續(xù)氣化（固定床煤氣爐）始于60年代末，是在固定床間歇氣化爐的基礎上發(fā)展的。主要用于UGI型煤氣爐。發(fā)展四十余年，爐型沒有大的技術進步，仍然是UGI煤氣爐的基本設計，流程沒有大的變化，自控技術發(fā)展到今天，老的工藝也沒有明顯的變化。主要原因：歷史上這種富氧氣化生產成本偏高，與其它氣化技術相比，沒有生命力，因此一直沒有得到明顯的發(fā)展。它的主要缺點：1、裝置不合理，熱損失大，有效氣體成份達不到要求；2、煤價較低，而制氧成本偏高，用價格偏高的氧來節(jié)約用煤，生產成本不合算；3、富氧氣化CO2偏高，脫C系統(tǒng)成本升高。而隨著科學技術進步，現在出現了一系列變化：1、裝置技術含量大幅度提高，煤氣爐、爐箅、自控水平、余熱回收技術、自動下灰技術、變壓吸附脫C技術等；2、制氧成本大幅度下降，由0.6元/m3下降到0.3元/m3；3、煤價翻了兩番，中塊煤由原來的200元/T升至800元/T，粉煤由100元/T升至450元/T；4、型煤制造技術飛速發(fā)展。
新的歷史條件和歷史使命注定了型煤富氧氣化技術的誕生和發(fā)展。
二、型煤富氧連續(xù)氣化技術的組成
1、型煤技術
富氧連續(xù)氣化要求型煤要具備如下特性：
熱穩(wěn)定性≥80%，熱強度≥50kg/cm2，固定C≥60%，化學活性較好。
目前，腐植酸型煤，復合粘結劑型煤都可以達到上述要求。并且，無論型煤加工成球還是棒，都實現了自動加煤機連續(xù)自動控制。
2、固定床間歇氣化煤氣爐技術
以型煤為原料進行富氧連續(xù)氣化，煤氣爐的設計要解決如下問題：
A、高徑比問題
型煤富氧氣化的CO2必然偏高，只有靠提高氣化層中的還原層才能降低CO2。但是型煤的灰熔點偏低夾套鍋爐的高度設計必須考慮壁免掛疤，因此，煤氣爐要綜合考慮解決上述問題。現在經過實踐，已經很好地解決了高徑比設計問題。
B、爐箅問題
型煤富氧氣化的氣化劑中O2濃度達到58%左右。O2與高溫炭的反應是非常劇烈的。用常規(guī)的塔形爐箅環(huán)形布風，必然造成環(huán)中心區(qū)溫度高，而環(huán)邊緣區(qū)溫度低，特別是兩個環(huán)帶之間，形成氣化劑死角，炭反應薄弱，燒不透；而環(huán)中心區(qū)溫度高，超過灰熔點，結疤結塊。實際生產中，的確出現了這種現象。如：有兩個企業(yè)五臺爐的型煤富氧氣化，出現上述情況后，只能靠降低生產負荷來適應。
型煤富氧氣化的爐箅，要求每個布風單元盡量小，單元之間的間隙盡量小，整個布風要求盡可能均勻，但通風面積要適當加大。同時，破碴能力要強，否則富氧氣化中達到T2點溫度以上的碴是硬度較高的熔融后的碴，破碴強度較大。
對于爐箅材質的要求：（1）耐高溫，因為富氧氣化中局部溫升很容易達到600℃以上。（2）材質硬度高、耐磨損。熔融冷卻后灰碴硬度很高，對爐箅的磨損會很嚴重，要求爐箅用特殊材質。
目前，專門用于型煤富氧連續(xù)氣化的爐箅已經成功投運。
C、不停車下灰和自動連續(xù)下灰
富氧氣化是連續(xù)的，不宜停車下灰，因為每停一次爐，氣汽比的調整和氣化層的調整都要有一個過程，調整中，最容易出現不平衡而造成工藝波動。
不停車下灰和自動連續(xù)下灰裝置要求：第一必須安全，嚴格切斷氣化劑與灰斗內的灰碴的接觸，不允許漏氣。第二要快捷靈活，下灰時間不能太長，要求在5分鐘之內操作完畢。自動下灰則要求連續(xù)、均衡、穩(wěn)定，可調性好。最后，裝置運行周期要長，連續(xù)運行確保一年以上。
D、自動加煤機
型煤富氧連續(xù)氣化的自動加煤機與間歇氣化煤的自動加煤機是有嚴格區(qū)別的。間歇氣化爐的加煤時間可以放在下行時加入爐內，此時即便加煤機漏氣，也是蒸汽外漏，不會出現著火、爆炸等事故。而型煤富氧連續(xù)氣化爐的自動加煤機，必須確保：
（1）兩道閥都不能漏氣，否則，會出現煤氣直接與空氣接觸，形成燃燒或爆炸。
（2）型煤與蒸汽接觸，會降低機械強度，形成破碎率升高。
（3）富氧氣化，爐上溫度較高，自動加煤機部分部件要耐高溫。
E、連續(xù)富氧氣化與間歇氣化自由切換裝置。
連續(xù)富氧氣化時，氣化劑富氧空氣和蒸氣混合后，是從煤氣爐的下部入爐，經過固定的碳層氣化，半水煤氣從煤氣爐的上部出來，進入旋風除塵器等設備。由于氣化劑一直是自下而上流動，爐膛內的碳層溫度很容易上移，造成爐上溫度逐步升高，經常高達650℃-750℃。上部的高溫危害較大，第一造成熱損失增加；第二造成原料的破碎率升高，氣體中帶出物增加；第三造成設備在高溫下使用壽命降低。
為了有效解決上述問題，對富氧連續(xù)氣化的工藝流程設計，可以自由切換為上下行制氣，把較高的爐上溫度降下來，再恢復富氧連續(xù)氣化。這種工藝，不但可以較好地利用熱量，還可以保護設備和平衡氣體質量，增加氣化原料利用率和選擇范圍。當然，前提是確保安全，因為富氧空氣和煤氣的交替切換，是極易出現爆炸的。因此，自由切換裝置的管道、閥門、油壓程控系統(tǒng)、安全聯鎖等裝置，要求很高，必須達到萬無一失。
3、工藝流程
型煤富氧氣化的工藝流程不同于一般富氧氣化工藝流程。因為型煤的熱穩(wěn)定性，熱強度都較差，氣化中如果造成爐上部溫度過高，爐內炭層表面會形成粉狀或爛泥狀料層，造成氣化阻力升高，工藝迅速惡化。
為了解決連續(xù)上行氣化易造成上部溫度過高的問題，特別設計了切換為間歇氣化的程序。即沒有吹風階段的間歇氣化程序。上行——吹凈——下行——上行，待到爐上部溫度降低后，再切換為富氧連續(xù)氣化。也可以設計為自動程序重復：上行連續(xù)氣化——吹凈——下行——上行——吹凈——下行——上行連續(xù)氣化。根據工藝流程配備工藝管道和工藝閥門，應特別注意工藝閥門不能出現漏氣。密封面應避免氧化。型煤富氧連續(xù)氣化半水煤氣主要氣體成份：CO2 14~16%, CO 36~40, H2 31~34%, O2 0.3%, CH4 1.5%, N2 10~12% ;在氣體凈化脫碳后，有效氣體成份百分比含量會高于合成氨工藝要求，適合用于合成氨和甲醇的生產。
4、系統(tǒng)配套設備
型煤富氧連續(xù)氣化的系統(tǒng)配套設備有旋風除塵器，兩段余熱回收鍋爐，即高溫段、低溫段。根據不同的位置，設計不同的換熱方式和換熱面積。也可以按一廢鍋、二廢鍋設計。
富氧氣體和蒸汽、CO2，在型煤氣化中要求的壓力差別較大，必須要有特殊的加入裝置和混合器，否則會形成不安全因素和工藝惡化。
5、CO2氣化爐
型煤富氧連續(xù)氣化原料氣中的CO2較高，一般會達到14~15%，在后序工序脫除CO2后，應返回造氣工段進行CO2氣化，轉變?yōu)?/SPAN>CO和部分CO2，再進入系統(tǒng)。這樣既避免了CO2放空，造成污染大氣環(huán)境，又提高了C轉化率，降低生產成本。CO2氣化爐是專用爐，視系統(tǒng)工程規(guī)模情況，確定建CO2氣化爐的型號和數量。
三、空氣分離設備
一般而言，空氣分離工程的選型，應根據企業(yè)生產的實際情況，選擇深冷空分制氧或者變壓吸附制氧。
空分的生產規(guī)模，可以根據合成氨（甲醇可折氨）規(guī)模的情況選取。每噸合成氨按需要純O2500 m3—550m3/TNH3，來配套考慮，優(yōu)質煤生產負荷較高，氧耗較低；劣質煤則相反。
深冷空分制氧的優(yōu)點：氧的純度較高，副產品較多，液氧、液氮、液氬，副產品經濟效益好。壓縮機可以用透平技術代替電機達到節(jié)約成本的目的。
缺點：工藝流程復雜，操作技術性強，系統(tǒng)啟動后出產品所需時間較長，要三個小時。變工況速度慢，要90分鐘。
變壓吸附制氧的優(yōu)點：工藝流程簡單，便于操作，生產彈性大，可在正常工況的40-110%操作，變工況速度快，10分鐘即可。運行中電耗低。
缺點：副產品少。
各企業(yè)可根據自身要求選擇空分。
四、后工序的要求
型煤富氧連續(xù)氣化技術 配套的原料氣凈化系統(tǒng)的脫C方法，最好使用變壓吸附脫C。可以更適應CO2較高的原料氣體，脫C成本較低。
五、型煤富氧連續(xù)氣化技術的經濟效益
富氧連續(xù)氣化的固定床煤氣爐目前在國內有約20臺，歷史上沒有得到進一步發(fā)展，主要原因：
1、制O2成本高，達到0.6元/m3以上，而1995年前煤價較低，塊煤僅有300元/T，優(yōu)質焦僅有450元/T，粉煤僅有110元/T，企業(yè)不愿用成本較高的O2，而節(jié)約成本較低的煤焦。
2、富氧氣化的煤氣爐是借用固定床間歇氣化爐，設備落后，幾十年一貫制，沒有進行技術改造。一直到目前，富氧氣化爐的專用爐箅還沒有采用。
3、工藝流程落后，中能進行連續(xù)上行氣化，易造成上部溫度過高，熱損失大，經濟效益差。
而今天，歷史發(fā)生了較大變化：
（1）、制O2成本大幅度下降，由原來的0.6元/m3降到目前的0.25元/m3。煤焦價格上漲了數倍：焦1200元/T，塊煤800元/T，粉煤450元/T。
用550m3 O2生產一噸合成氨，多投入了165元/TNH3，而可以節(jié)約：煤300元，蒸汽50元，共節(jié)約成本350元/TNH3，350元—165元=185元。每噸合成氨成本下降185元。
（2）、富氧氣化工藝流程更加成熟靈活�？梢郧袚Q上、下吹制氣，有效地控制爐上溫度。使富氧氣化工藝應用劣質煤成為現實。
（3）、富氧氣化煤氣爐及其關鍵部件技術含量大幅度提高，進而可靠性，經濟性得到根本改善。
（4）、制O2技術、裝備發(fā)展，使空分大型化，單位成本大幅度下降。
（5）、脫C技術發(fā)展，使原料氣中較高的CO2可以順利脫除，并且回收利用，得到二次氣化。
（6）、型煤富氧氣化對煤的適應性非常強，只要是無煙煤幾乎都可以有效利用。并且爐渣中殘?zhí)己艿�。一是可以“吃光、燒盡”，二是爐渣做為工業(yè)原料，在市場上很受歡迎。
綜合上述原因，型煤富氧連續(xù)氣化目前各方面條件已經成熟，應該得到突飛猛進的發(fā)展，為社會創(chuàng)造效益。目前，已經有幾個新建工程采用型煤富氧氣化技術，這種新技術很快會在全國遍地開花結果。
