金管會1，唐興洲1，胡奇2，焦巖2，高峰2
（1.遼寧恩德工程建設有限公司，遼寧 撫順113122；2.康乃爾化學工業股份有限公司，吉林 吉林132101）
［摘 要］傳統恩德流化床氣化工藝存在煤氣帶出物中殘炭量偏高、單臺爐產氣量低以及常壓操作帶來的（合成氣）氣化爐尺寸龐大、氣化強度低、固體帶出物多、后系統煤氣加壓耗電量大等問題，改良型恩德流化床氣化工藝則進行了多項有針對性的改進。簡介改良型恩德流化床氣化工藝的技術特點以及恩德流化床氣化工藝生產煤氣特別是純氧氣化煤氣的優勢，基于科技發展帶來的一系列重大變化以及大型工業燃氣行業對煤氣熱值的要求，通過空氣氣化和純氧氣化工業燃氣制取成本和投資成本的對比，指出采用改良型恩德流化床純氧氣化工藝制取工業燃氣具有明顯的優勢，可在工業燃氣行業推廣應用，并對純氧氣化工業燃氣熱值的精確調節提出具體的解決方案。
［關鍵詞］流化床氣化工藝；恩德爐；空氣氣化；純氧氣化；工業燃氣；制取成本；熱值調節
［中圖分類號］TQ546 ［文獻標志碼］B ［文章編號］1004-9932（2020）02-0005-04
0 引 言
眾所周知，恩德流化床氣化技術是在德國溫克勒氣化技術理論基礎上設計的氣化島，于1997年從國外引進，國內已運行的和在建的約有50多臺。在生產實踐中，通過總結經驗，恩德爐經過了多次優化改良，取得了較大的進步，但也存在一些不足，如煤氣帶出物中殘炭量偏高、氣化爐常壓操作單臺爐產氣量低等弊端。而改良型恩德流化床氣化技術，氣化爐結構更加簡化，煤氣夾帶的細煤粒和熱灰得以回收而形成熱物料快速循環，炭利用率有效提高，氧氣單耗、蒸汽單耗等明顯降低，技術上有了新的創新和突破，不僅適合生產合成氣，也非常適用于工業燃氣的生產，用于制取工業燃氣具有明顯的優勢。
1 改良型恩德流化床氣化工藝的技術特點
改良型恩德流化床氣化爐（簡稱改良型恩德爐）是一個圓筒形反應器，由上段、下段組成；其底部（見圖1）設有類似于間歇固定床氣化爐的灰渣斗，下段錐形部分為一次風嘴流化床（形成漩渦）及二次風嘴，上段圓筒部分為氣流床以及煤氣帶出殘炭回爐循環系統，其主要技術特點如下。
（1）改良型恩德爐取消了其他氣流床氣化爐內原有的復雜的轉動部件和爐箅，代之以布風噴嘴，爐體結構簡單，設備故障率非常低，從而可延長單爐生產周期和降低維修費用；同時，改良型恩德爐避免了其他流化床氣化爐爐底易出現氣體溝流、局部過熱及灰渣結塊的問題。改良型恩德爐爐底料層密相段流化均勻，可使床層溫度較以往正常指標提升50～100 ℃操作，由此灰渣殘炭率可控制在3%～5%，這相較于傳統恩德爐灰渣殘炭＜15%或其他流化床氣化爐的灰渣量來說少很多。
（2）改良型恩德爐在煤氣出口增設了旋風除塵返料分離器，下灰經管道（無U型氣封）直接返回氣化爐內，不僅降低了回流管的阻力，而且避免了U型氣封管內的堵塞問題。
（3）改良型恩德流化床氣化工藝把原設計放在氣化爐煤氣出口管道上的廢熱鍋爐移到了分離器后端的管道上，從而可減輕鍋爐管的磨損，延長廢熱鍋爐的使用壽命。
（4）在氣化爐容積不變的情況下，改良型恩德爐加大了上段直徑，使得爐內氣體流速降低，反應更加充分［經測定，灰中殘炭可控制在15%～20%，而傳統恩德爐為30%］，也使得煤氣中帶出物減少。
（5）實際操作過程中發現，當入爐汽氧比在（2～3）∶1時，所產煤氣中的有效氣含量減少3%左右，氧氣耗量上升，而減小汽氧比，又會出現二次風嘴掛渣的問題。為解決此問題，結合生產實際，改良型恩德爐對原二次風嘴重新進行優化設計，即重新優化引入二次風（氣化劑）的操作條件。改進后，入爐汽氧比降至0.5∶1，氣流中夾帶的炭粒得到充分氣化，有效氣含量得以提升。
（6）傳統恩德爐的操作壓力一般在13 kPa以下，且需配置煤氣柜、煤氣增壓風機、常壓脫硫塔等，導致設備投資高、占地面積大，而且會限制氣化爐的生產能力，其安全、穩定運行等方面的問題較為突出。為此，改良型恩德爐適當進行了提壓技改，同時取消煤氣柜和煤氣增壓風機。氣化爐操作壓力提高后，不僅有利于提升氣化爐的生產能力，而且在同等流量下可降低氣化爐內的氣體流速，使煤氣夾帶的飛灰量減少，并且可減少后續氣體壓縮的動力消耗；對于新建項目來說，提高氣化爐的操作壓力可節省氣柜安裝及用地等費用，綜合效益巨大。
（7）改良型恩德流化床氣化工藝增設氣化劑過熱器，并提高一次風和二次風的流速。氣化劑溫度由150 ℃提至400 ℃后，輸送至氣化爐內與原料煤進行氣化反應，大大改善了爐內的反應條件，不僅可使所產煤氣中的有效氣含量得到提高、CO2含量有所降低，而且可有效降低蒸汽消耗；等量氣化劑的情況下，提高一次風和二次風的流速對減輕噴嘴掛渣有很大的好處。
（8）氣化爐提壓至30～80 kPa操作后，原有的插入式水封器不能保障系統的安全運行，因此，改良型恩德流化床氣化工藝新增了自動放散水封，放散氣體全部輸送至火炬系統，這樣不僅可以保障系統的安全、穩定運行，而且可避免過去水封槽沖開后大量煤氣逸散到設備周圍而可能引起的煤氣著火、爆鳴以及人員中毒等問題。
總之，實踐表明，改良型恩德流化床氣化工藝通過氣化爐下部的一次噴嘴將氣化劑按一定仰角和切線角噴入爐內后，氣化劑在爐內呈高速旋轉運動（形成漩渦），可增加反應層中炭的濃度，延長炭粒在反應區的停留時間，從而可提高氣化效率和炭轉化率（殘炭利用率提升至92%），大大降低蒸汽的消耗（降低約50%），并可解決煤氣中有效氣含量偏低的問題；另外，自動放散水封的開發和應用，為恩德爐的提壓操作以及取消煤氣柜、煤氣增壓風機的技改提供了安全及技術方面的保障。
2 恩德流化床氣化工藝的兩大不足
（1）煤氣帶出物中殘炭量偏高。恩德流化床氣化工藝經過優化改進，目前煤氣夾帶灰中的殘炭由過去的約30%降至約15%，但從節能角度和環保要求看，仍需進行改造。如：可將回收后的殘炭摻入動力鍋爐燃煤中再利用；或將恩德爐中部溫度提至接近煤的灰熔點，以降低殘炭含量，提高炭的利用率，之后再用循環冷煤氣的方式降溫，以確保后部設備不出現掛渣而堵塞氣體通道。
（2）氣化爐常壓操作弊端較多。這在生產合成氣時問題尤為突出——氣化爐尺寸龐大、氣化強度低、固體帶出物多、后系統煤氣加壓耗電量很大等，而氣化爐加壓操作則可大大改善上述問題，故加壓流化床氣化是一個重要的發展方向。
3 改良型恩德流化床氣化工藝生產煤氣的優勢
3.1 工藝成熟，安全可靠
恩德流化床氣化技術是在上世紀60年代德國溫克勒流化床氣化技術的基礎上經過不斷優化、改良、創新而形成的，擁有多項專利技術，長期以來的應用情況表明，恩德流化床氣化系統運行穩定、安全可靠。
更多內容詳見《中氮肥》2020年第2期