洁净煤应用技术有了新进展
2005-02-03 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
煤炭是世界一次能源的重要组成部分，从欧洲工业革命以来，煤炭一直占世界能源的首位。近30年来，尽管石油、天然气所占比例逐步增大，但煤炭产量仍以30％左右的速度逐年递增。
我国能源资源中，煤炭是水利的33倍，是石油和天然气的17倍，占到总资源的73％左右。在所有能源中，煤炭占到94％（见表一）。
我国能源资源的种类分布（表一）
资源 名称 煤 炭 水力 石油、天然气总计按能源资源分布（％）73.422.2 4.4 100
按所有能源分布（％）94.3－ 5.7 100
表二为近年来我国一次能源消费量，煤炭及消费比例。根据我国经济发展情况，预测出2010年、2020年煤炭消费值。目前，煤炭消费占一次能源消费总量的75％。占主导地位，在未来且相当长时期内不会改变。
一次能源、煤炭的消费及预测量（表二）
年 份 1995 2000 2010 2020能源消费总量／Mt12901450 － －
煤炭消费总量／Mt968.01000 1285 1499煤炭消费比例（％）75.069.0 － －
以上数据表示我国能源结构以煤为主，在发展新型能源的同时，煤炭仍占主导地位。
煤炭气化的意义
煤炭是肮脏的固体能源，传统应用是以燃烧为主要方式，不仅能源利用率低，且对环境产生了严重的影响，制约了国民经济的发展。为了保证国民经济的可持续发展，必须发展洁净煤技术，来提高煤炭的利用率，减少燃煤对大气的污染。
煤炭气化是指用煤炭作原料来生产工业燃料气，如今，煤制气应用领域非常广泛。如图：煤气的应用：→燃料气（工业燃气和民用燃气）→化工原料气煤→煤气→→联合循环发电→燃料电池→液体燃料煤炭气化工艺
目前正在应用和开发的煤气化炉有很多类型，而所有气化炉都有一个共同的特征，即煤在气化炉中，在高温条件下与气化剂反应，使固体燃料转化成气体燃料，只剩下含灰的残渣。通常气化剂用水蒸气、氧（空气）和CO2，粗煤气中的产物是CO、H2和CH4 ，伴生气体是CO2、H2O等。此外，还有硫化物、烃类产物和其他微量成分。各种煤气组成取决于煤的种类、气化工艺、气化剂的组成，影响气化反应的热力学和动力学条件。
北京昊特创科电子技术公司开发、研制的煤炭气化炉产品，是按固体燃料的运动状态称为移动床气化法，见示图：
我们知道，影响气化效果的煤的气化性质，包括反应活性、粘结性、结渣性。
那么反应活性的煤，在气化和燃烧过程中反应速度快、效率高。反应活性的强弱直接影响到产气量、耗氧量、燃气成分、灰渣或飞灰的含碳量及热效率等，而反应活性高有利于各种气化工艺。反应活性是指在一定条件下，煤炭与不同的气体介质，如二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气相互作用的反应能力。
粘结性是指煤被加热到一定温度时，煤质受热分解并产生胶质体，最后粘结成块状焦炭的能力。煤的粘结性不利于气化过程的进行。粘结性强的煤料，在气化炉加热到400℃－500℃时，会出现高粘结度的液体，使料层粘结，小块的煤被粘合成大块，阻碍料层的正常气化，使气化过程恶化。
结渣性对于移动床气化炉、大块的炉渣会破坏床内均匀的透气性，从而影响生成煤气的质量，严重时炉箅不能顺利排渣，需用人力捅渣，甚至被迫停炉。
煤气发生炉（移动床气化法）
我们以煤或焦炭等含碳的物质为原料，用空气和水蒸气作为气化剂，在常压移动床煤气发生炉内进行气化。发生炉煤气可广泛用作工业生产及各类锅炉改造。
发生炉煤气的主要成份是一氧化碳、氢、二氧化碳和氮。它的主体可燃组份是一氧化碳和氢，而且含有大量的惰性组份氮，所以煤气的热值不会很高，一般热值在5.0～6.5MJ／m3。
当以空气和水蒸汽为气化剂时，制得煤气的组份有CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2等6种气体。以上只涉及煤中碳的转化反应。此外，煤中还含有元素氮和元素硫，它们与气化剂O2、H2O和H2反应，产生煤气中的含硫和含氮产物。
煤炭气化炉的应用
由于历史的原因，有色冶炼生产现状在发展过程中由于技术装备相对落后，生产过程中能耗高、污染严重，特别是以煤或重油为燃料的各种生产炉窑，形成了强大的污染源。
近几年，由于国内能源供应紧张，电煤均有很大幅度的提高，在一些地区经常发生停电、限电的现象，严重影响企业的经济效益。为改变生产现状，企业尝试用煤炭气化工艺降低能耗和成本，并有利于环保达标。
我们以上引连铸三台并联铜炉为例，三台并联炉使用热源工频75KW×3加热，总的用电功率225KW，最大装炉量12吨；在上引过程中，每小时投入量1吨，最高温度1200℃，正常温度1150℃。通过煤炭气化改造后，各项环保指标均有提高，见表1：技改内容初始溶铜量初始熔化时间每小时铜添加量燃料消耗技改前 4 24 0.7 －0.8 180 K W h
技改后 4 9 0.7－0.8 0.2
另外，从铝熔炼炉窑应用煤炭气化工艺后，生产工艺也取得了明显的改善和提高。
熔铝反射炉使用燃料煤，经燃烧炉将火焰吹入反射炉，使铝熔化。由于在燃烧过程中产生大量的废气，造成空气污染，影响环境，有些企业选择北京昊特创科电子技术公司的煤炭气化工艺改造，其技改目标为：炉窑最高温度900℃可调整，气体排放达到当地环保部门要求。采用煤炭气化炉改造后，其效果明显。见表2：技改内容初始装炉量熔化时间总装炉量总熔化时间燃料用量技改前 4 4.5 12 12 2.8－3
技改后 4 3.5 12 11 2－2.2
以上是对有色熔炼两种不同炉型的技术改造。数据显示，在熔化时间上比原加热方式有明显提高，燃料用量至少降低20％。从环保角度看达到了第一阶段的环保要求，达到无可见烟气排放，无有害烟尘扩散。目前正在实施的脱硫装置安装，将进一步改善生产环境，环保将进一步达到当地标准。
可以预见，煤炭气化将在冶炼行业中起到升级换代的作用。
我国能源资源中，煤炭是水利的33倍，是石油和天然气的17倍，占到总资源的73％左右。在所有能源中，煤炭占到94％（见表一）。
我国能源资源的种类分布（表一）
资源 名称 煤 炭 水力 石油、天然气总计按能源资源分布（％）73.422.2 4.4 100
按所有能源分布（％）94.3－ 5.7 100
表二为近年来我国一次能源消费量，煤炭及消费比例。根据我国经济发展情况，预测出2010年、2020年煤炭消费值。目前，煤炭消费占一次能源消费总量的75％。占主导地位，在未来且相当长时期内不会改变。
一次能源、煤炭的消费及预测量（表二）
年 份 1995 2000 2010 2020能源消费总量／Mt12901450 － －
煤炭消费总量／Mt968.01000 1285 1499煤炭消费比例（％）75.069.0 － －
以上数据表示我国能源结构以煤为主，在发展新型能源的同时，煤炭仍占主导地位。
煤炭气化的意义
煤炭是肮脏的固体能源，传统应用是以燃烧为主要方式，不仅能源利用率低，且对环境产生了严重的影响，制约了国民经济的发展。为了保证国民经济的可持续发展，必须发展洁净煤技术，来提高煤炭的利用率，减少燃煤对大气的污染。
煤炭气化是指用煤炭作原料来生产工业燃料气，如今，煤制气应用领域非常广泛。如图：煤气的应用：→燃料气（工业燃气和民用燃气）→化工原料气煤→煤气→→联合循环发电→燃料电池→液体燃料煤炭气化工艺
目前正在应用和开发的煤气化炉有很多类型，而所有气化炉都有一个共同的特征，即煤在气化炉中，在高温条件下与气化剂反应，使固体燃料转化成气体燃料，只剩下含灰的残渣。通常气化剂用水蒸气、氧（空气）和CO2，粗煤气中的产物是CO、H2和CH4 ，伴生气体是CO2、H2O等。此外，还有硫化物、烃类产物和其他微量成分。各种煤气组成取决于煤的种类、气化工艺、气化剂的组成，影响气化反应的热力学和动力学条件。
北京昊特创科电子技术公司开发、研制的煤炭气化炉产品，是按固体燃料的运动状态称为移动床气化法，见示图：
我们知道，影响气化效果的煤的气化性质，包括反应活性、粘结性、结渣性。
那么反应活性的煤，在气化和燃烧过程中反应速度快、效率高。反应活性的强弱直接影响到产气量、耗氧量、燃气成分、灰渣或飞灰的含碳量及热效率等，而反应活性高有利于各种气化工艺。反应活性是指在一定条件下，煤炭与不同的气体介质，如二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气相互作用的反应能力。
粘结性是指煤被加热到一定温度时，煤质受热分解并产生胶质体，最后粘结成块状焦炭的能力。煤的粘结性不利于气化过程的进行。粘结性强的煤料，在气化炉加热到400℃－500℃时，会出现高粘结度的液体，使料层粘结，小块的煤被粘合成大块，阻碍料层的正常气化，使气化过程恶化。
结渣性对于移动床气化炉、大块的炉渣会破坏床内均匀的透气性，从而影响生成煤气的质量，严重时炉箅不能顺利排渣，需用人力捅渣，甚至被迫停炉。
煤气发生炉（移动床气化法）
我们以煤或焦炭等含碳的物质为原料，用空气和水蒸气作为气化剂，在常压移动床煤气发生炉内进行气化。发生炉煤气可广泛用作工业生产及各类锅炉改造。
发生炉煤气的主要成份是一氧化碳、氢、二氧化碳和氮。它的主体可燃组份是一氧化碳和氢，而且含有大量的惰性组份氮，所以煤气的热值不会很高，一般热值在5.0～6.5MJ／m3。
当以空气和水蒸汽为气化剂时，制得煤气的组份有CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2等6种气体。以上只涉及煤中碳的转化反应。此外，煤中还含有元素氮和元素硫，它们与气化剂O2、H2O和H2反应，产生煤气中的含硫和含氮产物。
煤炭气化炉的应用
由于历史的原因，有色冶炼生产现状在发展过程中由于技术装备相对落后，生产过程中能耗高、污染严重，特别是以煤或重油为燃料的各种生产炉窑，形成了强大的污染源。
近几年，由于国内能源供应紧张，电煤均有很大幅度的提高，在一些地区经常发生停电、限电的现象，严重影响企业的经济效益。为改变生产现状，企业尝试用煤炭气化工艺降低能耗和成本，并有利于环保达标。
我们以上引连铸三台并联铜炉为例，三台并联炉使用热源工频75KW×3加热，总的用电功率225KW，最大装炉量12吨；在上引过程中，每小时投入量1吨，最高温度1200℃，正常温度1150℃。通过煤炭气化改造后，各项环保指标均有提高，见表1：技改内容初始溶铜量初始熔化时间每小时铜添加量燃料消耗技改前 4 24 0.7 －0.8 180 K W h
技改后 4 9 0.7－0.8 0.2
另外，从铝熔炼炉窑应用煤炭气化工艺后，生产工艺也取得了明显的改善和提高。
熔铝反射炉使用燃料煤，经燃烧炉将火焰吹入反射炉，使铝熔化。由于在燃烧过程中产生大量的废气，造成空气污染，影响环境，有些企业选择北京昊特创科电子技术公司的煤炭气化工艺改造，其技改目标为：炉窑最高温度900℃可调整，气体排放达到当地环保部门要求。采用煤炭气化炉改造后，其效果明显。见表2：技改内容初始装炉量熔化时间总装炉量总熔化时间燃料用量技改前 4 4.5 12 12 2.8－3
技改后 4 3.5 12 11 2－2.2
以上是对有色熔炼两种不同炉型的技术改造。数据显示，在熔化时间上比原加热方式有明显提高，燃料用量至少降低20％。从环保角度看达到了第一阶段的环保要求，达到无可见烟气排放，无有害烟尘扩散。目前正在实施的脱硫装置安装，将进一步改善生产环境，环保将进一步达到当地标准。
可以预见，煤炭气化将在冶炼行业中起到升级换代的作用。
