循环流化床热电气焦油多联产技术介绍final2012 - 图文

循环流化床热电气焦油多联产技术开发

浙江大学能源清洁利用国家重点实验室

一、 项目背景和意义

我国是一个富煤、贫油、少气的国家，即是一个以煤炭为主要能源资源的国家。2008年，我国煤炭产量已达28亿吨，占一次能源消费量的65%左右。虽然在未来几十年内我国煤炭能源的比例将逐步下降，但煤炭在我国能源结构中的主导地位不会发生根本的改变，我国仍然是一个以煤为主要能源的国家。

我国长期以来以煤炭为主要能源资源，但我国煤炭利用一直处于一种单一发展煤炭生产、不注重煤炭综合利用的不合理产业布局，我国煤炭消费的结构中，煤炭在发电、工业应用、炼焦和气化等方面占有很大比例。电力、化工和其他行业在技术工艺、设备设施上的不足以及产品结构上的不合理，致使我国的单位产值能耗是发达国家的3-4倍，可见我国的煤炭利用效率低下，同时我国在煤炭利用过程中对污染物排放控制措施实施得很差，煤炭的开发和加工利用成为我国环境污染物排放的主要来源，使得我国环境成为典型的煤烟型污染，随着煤炭消耗的增加，面临的环境问题越来越多，环境恶化也会越严重。目前，煤炭利用导致的环境污染已严重影响了我国的可持续发展。

目前，我国煤炭的主要利用方式是直接燃烧，占煤炭总量的80%。煤炭的直接燃烧虽然简单廉价，但效率较低，利用价值较低，污染严重。我国发电的单位能耗较高，而工业窑炉能耗更高，这种状况不仅造成了资源的极大浪费，而且加剧了包括CO2在内的污染物的排放。粗放单一的煤的利用方式加大了污染物排放的治理难度，并导致温室气体的大量排放，浪费了煤中具有高附加值的油、气和化学品。

可见，我国石油资源严重不足，电力供应紧张，煤炭资源利用效率低、污染重，能源问题已成为国民经济发展的瓶颈之一。我国的能源资源和煤炭利用现状决定了以提高煤炭利用的综合能效、控制煤转化过程中的污染排放、解决短缺能源需求为近中期能源领域的首要任务。

煤炭的多联产系统从煤碳同时是电力、化工、冶金等行业的资源这一角度出发，将煤的热解、气化、燃烧、合成等各过程有机结合，在同一系统中生产多种具有高附加值的化工产品、液体燃料以及用于工艺过程的热和电力等产品。这样，多联产系统可以从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过

程耦合在一起，彼此取长补短，达到能源利用效率最高、能耗最低、投资和运行成本最节约。此外，煤的多联产技术将煤的热解、气化、燃烧、合成等各过程有机结合，实现污染物的耦合抑制和有效脱除，从而可能用最经济的方法解决煤利用过程中污染物的控制问题。

因此煤基多联产技术是跨越式提高煤炭利用效率、环境效益和经济性，真正解决我国煤炭的高效洁净利用问题，满足我国国民经济发展的重大需求。

煤炭用与发电、气化、炼焦、化工合成等方面已经有上百年的历史，可以说多联产系统所涉及的各个单元技术都已经存在，并有相当成熟的工艺，但将现有各个单元技术的简单组合，并不能实现真正意义上的多联产。因此，到目前为止，还没有真正工业成熟的多联产系统出现。多联产技术发展主要有如下问题：

首先，基于现有的煤转化的工艺路线，结合当今社会经济的发展趋势和对煤炭利用效率、环境保护和经济性的要求，国内外专家提出了各种多联产系统如以化工产品为主的多联产系统、以发电为主的多联产系统、以炼焦为主的多联产系统、以产氢为主的多联产系统等。但是，什么样的多联产系统真正解决国家的重大需求？考虑到我国每年生产的几十亿吨煤碳首先必须解决我国经济发展所急需的电力和液体燃料问题，因此，我们认为国家优先发展的多联产技术应以发电和生产清洁液体燃料为主，兼顾其它化学品和副产品，走综合利用的道路，这样才能满足我国国民经济发展的重大需求。

其次，现有煤的燃烧和气化技术都是将煤视为单一物质加以转化。燃烧把煤中所含的各种组分作为燃料来利用，没有利用其中更高利用价值的组分挥发分等。而气化虽然可以高效低污染的利用固体燃料，但气化过程中固定碳反应速度随转化程度增加而减慢，如果要在单一气化过程中获得完全或很高的转化率，则需要采用高温、高压、长停留时间来获得，导致气化设备庞大，成本增加，而且对煤质要求很高，而实际上我国的很大一部分煤碳都不适合完全气化。由于碳的燃烧反应速度要远高于其气化速度，所以如采用燃烧的方法处理煤中“低活性组分”则可以简化气化要求，不需要追求很高的碳转化率，从而降低生产成本。针对煤中不同组分在化学反应性上差别巨大的特点, 依据煤不同组分和不同转化阶段的反应性不同的特点，实施煤热解、气化、燃烧的分级转化，则可使煤炭气化技术简化从而减少投资，降低成本，也有可能用最经济的方法解决煤中污染物的脱除问题。实际上，煤的多联产就是针对单一过程存在的问题及煤结构组成的复杂性而提出的。

挥发份是煤组成中最活跃的组分，通常在较低的温度下就会析出，同时挥发份也是煤中比较容易进行利用的组分。以煤热解为基础的分级转化梯级利用热电气多联产技术(图1-1)针对这个特点, 将煤的热解气化、燃烧、合成等各过程有

机结合，将煤中容易热解的部分在热解气化炉中转化为煤气和焦油，所产生的煤气作为后续合成工艺的原料生产具有高附加值的化工产品，所产生的焦油可作为燃料直接使用或先提取高附加值产品，然后通过加氢以制取燃料油；难热解气化的富碳半焦去燃烧提供热电，灰渣进行综合利用。通过上述生产过程在系统中的有机耦合集成，简化工艺流程，减少基本投资和运行费用。通过调节系统中各产品的比例，可实现多联产系统的优化运行，降低各产品价格，从而真正实现了煤的分级综合利用，提高了煤转化效率和利用效率，降低污染排放，实现系统整体效益最优化。使多联产系统可适用与我国十多亿吨不同品质的煤碳资源，可用与新建工厂和大量旧电厂的改造，从而使予多联产系统有广阔的应用前景。

化工及其他工艺的原料(包括H2,焦油,苯,甲苯等)燃气/蒸汽发电热解煤气冶金等工业用气民用煤气发电半焦热裂解燃烧蒸汽供热制冷灰渣煤建材资源提取稀有金属（矾、铀等）化工原料或产品土壤改良或生产化肥

图1-1 煤分级转化梯级利用热电气多联产技术

近几年以来，煤基多联产技术的研究和应用越来越受到重视。国家产业政策也对鼓励发展煤基多联产技术进一步明确，并提出了相关要求。

国家《能源法》第三十九条明确指出“国家鼓励发展热、电、煤气多联供技术，提高热能综合利用率；发展和推广流化床燃烧、无烟燃烧和气化、液化等洁净煤技术，提高煤炭利用效率”。热电气多联产技术是国家“十一五”计划重点鼓励发展的节能技术。

2011年12月5日国家能源局发布《国家能源科技“十二五”规划（2011-2015）》（以下简称《规划》），作为我国历史上第一部能源科技规划，将“煤炭热解燃烧及分级转化技术”列为能源加工与转化技术领域重点研究任务，并列入建设示范工程的主要研发技术之一。

国家发展改革委、建设部关于印发《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》的通知（发改能源[2007]141号）第二十一条规定“国家采取多种措施，大力发展煤炭清洁高效利用技术，积极探索应用高效清洁热电联产技术，重点开发整体煤气化联合循环发电等煤炭气化、供热（制冷）、发电多联产技术”。

国家“洁净煤技术科技发展十二五专项规划”将“褐煤、低变质烟煤高效转化、综合利用新工艺，新技术研发及工业示范”列为 “煤提质及资源综合利用”方向需要研发的关键核心技术，同时把热解焦油深加工技术作为煤制清洁液体燃料和化工产品核心关键技术。

2011年12月国务院下发《关于印发工业转型升级规划（2011—2015年）的通知》（国发［2011］47号），明确提出“积极开发煤炭高效洁净转化和有机化工原料来源多样化技术；在煤炭资源和水资源丰富、环境容量较大的地区有序推进煤制烯烃产业化项目，鼓励产业链延伸，积极开发高端产品；鼓励煤基多联产，促进化工生产与能源转化有机结合”。

可见，煤的循环流化床热解燃烧分级转化热电煤气焦油多联产技术符合我国相关产业政策，是我国鼓励发展的洁净煤技术。

陕西省既是我国煤炭资源大省，目前也是我国煤炭生产大省，拥有大量的挥发分含量较高的煤炭资源。延安水森寅工贸有限责任公司委托浙江大学热能工程研究所开发适用于当地煤种的循环流化床热电气多联产技术，来进一步提高目前用煤的综合利用价值。

浙江大学热能工程研究所承担了该项目后，组织相关人员在实验室内1MW大型循环流化床热电气多联产验台上对横山当地煤样进行了循环流化床热电气多联产试验研究，在此基础上，本报告进行2×350MWe超临界循环流化床热解燃烧分级转化煤气焦油电力多联产示范装置方案设计。

二、国内外技术现状

采用温和的热解方法从煤中提取液体燃料和化学品的重要性和必要性已逐渐被认识和接受。日本通产省在“21世纪煤炭技术战略”报告中，特别提到了提高燃料利用率的高增值技术，其中把低温快速热解制取燃气、燃油及高价值化学品作为重要研究项目。美国能源部也把从煤中提取部分高品位液体燃料和化学品列入“21世纪能源展望”计划中一项重要内容。

国内外各研究机构在该领域已开展了较多的研究开发工作，开发了各种不同的煤热解工艺。国外主要的煤热解加工技术有德国的鲁奇三段炉（L-S）低温提质工艺、Lurgi-Ruhrgas（L-R）提质技术，前苏联的褐煤固体热载体提质（ETCH-175）工艺，美国的温和气化（Encoal）技术、Toscoa1工艺、西方提质（Garrett）法、Coal Oil Energy Development（COED）法、CCTI、澳大利亚的流化床快速热解工艺(CSIRO)和日本的煤炭快速提质技术。国内的煤热解工艺目前主要可以分为以获得半焦和焦油为目的和热解半焦燃烧相结合的煤气、焦油和蒸汽联产为目的两大类。其中以获得半焦和焦油为目的的典型技术有大连理工大学开发的煤固体热载体干馏多联产（DG）工艺、北京煤化工分院开发的多段回转

炉（MRF）提质工艺等，而将煤的热解、气化、燃烧相结合的典型的多联产技术则有浙江大学循环流化床热电多联产工艺、北京动力经济研究所、中科院中科院工程热物理研究所以及中科院山西煤化所提出的以移动床热解为基础的固体热载体热电气三联产技术，中科院过程所基于下行床的多联产工艺和清华大学基于流化床的多联产工艺。

国内外各主要的工艺流程和特点简介如下：

（1） 外热立式炉工艺

干馏所需热量由加热炉墙传入，称外热式，原料煤可以是弱粘性的烟煤，也可以用热稳定性好的长焰煤。英国开发的伍德炉用于干馏制煤气和半焦（或焦炭），已在国内外得到广泛应用。德国开发的Koppers炉用于生产煤气和半焦（或焦炭），中国大连煤气公司引进了该技术，用抚顺弱粘结性煤生产城市煤气。中国鞍山焦化耐火材料设计研究院开发了JLW、JLK、JLH-D型立式炉，以适应中小型煤气厂的需要。该类技术处理量小，煤种要求严格。

（2） 内热立式炉工艺

该类技术针对褐煤块或型煤通过气体热载体方式实现中温干热解。气体热载体内热式立式炉采用20-80mm块状褐煤（有些褐煤需要将粒径提高到50-100mm）和型煤，这种炉型不适用中等粘结性和高粘结性烟煤。鲁奇三段炉（L-S）即是这种典型炉型，煤在立式炉中下行，气流逆向通入进行热解。对粉状的褐煤和烟煤要预先压块（成型）。煤热解过程分为上中下三段：煤首先经过干燥和预热段，然后经过干馏段，最后经过半焦冷却段。在上段循环热气流把煤干燥并预热到150℃。在中段，即热解段，热气流把煤加热到500-850℃。在下段半焦（或焦炭）被循环气流冷却到100-150℃，最后排出。排料机构控制热解炉的生产能力。循环气和热解气混合物由热解段引出，其中液体副产物在后续冷凝系统分出。大部分的净化煤气送去干燥段和热解段燃烧器，有一部分直接送入半焦冷却段。剩余煤气外送，可以作为加热用燃料。煤气热值一般在1400-2100kcal/m3之间。 国内在鲁奇三段炉的基础上开发了不同类型的气燃内热立式热解炉（例如典型的SJ气燃内热立式热解炉），现已广泛应用于内蒙鄂尔

多斯、陕西北部等地区，利用当地优质长焰煤（或不粘煤、弱粘煤）生产兰炭（半焦）。但由于生产装置的过分简化，煤气中氮气含量50%左右，煤气利用困难，同时污水量大，另外，对褐煤的适应性需要进一步验证。总体上，立式炉虽然工艺简单，投资较小，但能耗高，热效率低，环境污染严重，目前属限制发展技术。

（3）前苏联开发的ETCH粉煤干馏多联产工艺

前苏联进行了多种固体热载体粉煤干馏工艺研究和开发工作。其中动力用煤综合利用的ETCH方法有4～6t/h试验装置(图2-1)，4t/h装置在加里宁工厂还在运行，曾进行了多灰多硫煤以及泥炭等的试验研究。ETCH工艺流程为原料煤由煤槽经给料机去粉煤机，此处供入热烟气，约550℃，把粉碎了的粉煤用上升气流输送到干煤旋风器，同时把煤加热到100～120℃，干煤水分<4％。干煤由旋风器去加热器，在此与来自加热提升管的热粉焦混合，在干馏槽内发生热解反应并析出挥发产物，经冷却冷凝系统分离为焦油和煤气以及冷凝水。干馏槽下部生成的半焦和热载体半焦，部分去提升管燃烧升温，作为热载体循环使用，多余的半焦作为产品送出系统。在小规模试验研究基础上，开发了ETCH－175工业装置。在ETCH－175装置上试验了多种褐煤，这些褐煤含水分为28～45％，灰份为6～45％。干煤半焦产率34～56％，焦油4～10％；煤气为5～12％；热解水为3～10％。生产的半焦可作为电站发电燃料，考虑到电、蒸汽及产品净化能耗，装置的能量效率为83～87％。运行表明利用气体热载体流化床加热煤粉，可以达到快速热解的目的，并且符合现代技术要求。但是，也存在较大的缺陷，在一般情况下气体热载体为烟气，煤热解析出的挥发产物被烟气稀释，降低了煤气的质量，增大了粗煤气的分离净化设备和动力消耗。

图2-1 ETCH4～6 试验装置原理流程图

1－旋风分离器；2－风机；3－煤加热器；4－热焦旋风器；5－热粉煤旋风器；6－热解室,7－加热提升管；8－旋风初净器；9－冷洗器；10－电除焦油器；11－管式换热器

(4)鲁奇鲁尔公司的煤干馏多联产工艺

鲁奇鲁尔煤气工艺是用热半焦作为热载体的煤干馏方法(图2-2)。此工艺于1963年在前南斯拉夫建有生产装置，单元系列生产能力为800t/d，建有两个系列厂，生产能力为1600t/d.。产品半焦作为炼焦配煤原料。煤经四个平行排列的螺旋给料器，再经过导管进入干馏槽。导管中通入冷的干馏煤气使煤料流动，煤从导管呈喷射状进入干馏槽，与来自集合槽的热半焦相混合，进行干馏过程。空气在进入提升管前先预热到3900C，与煤气、油或部分地与半焦燃烧，使半焦达到热载体需要的温度。

图2-2 工艺流程图

1－风机 2－干煤旋风器 3－烟气分离器 4－粉焦分离器 5－干馏槽 6－粉焦加热提升管,7－冷却器 8－冷却塔 9－煤斗 10－给料机 11－煤干燥管 12－燃烧炉

（5）Toscoa1工艺

Toscoa1工艺是美国Tosco公司基于Tosco—Ⅱ油页岩干馏工艺开发的煤低温干馏方法（图2-3）。用瓷球作为热载体，在热解转炉内进行煤的干馏，属于内热式—低温—中速—固体热载体干馏工艺。该工艺开发的主要目的是对煤提质，增加其热值，并回收高价值气体和液体产品。所产半焦含有足够的挥发分，可用于现有的发电厂而不需改变设备或附加辅助燃料。此法始于1970年，最初选择美国怀俄达克次烟煤为原料，在25t/d中间试验工厂进行试验。试验表明，该方法即可用于非粘结性煤也可用于弱粘结性煤。该工艺的意义在于：降低煤炭的运输费用；降低电厂的硫排放量；半焦可用作气化原料或生产型焦；所产粗焦油经加氢可获得优质的轻质合成原油。存在的主要问题是：设备复杂、投资高、维修量大。

图2-3 Toscoa1低温热解工艺

（6）Encoal褐煤提质技术 (LFC)

美国Encoal褐煤提质技术研发开始于上世纪80年代，由美国MR&E公司开发。该技术是一项温和煤炭提质或温和干馏工艺过程。之所以叫它温和（mild）,一是它温度适中，二是接近常压。它与传统的褐煤干燥不同（只是物理的变化），这个过程使褐煤发生化学变化。褐煤含水量很大，传统的物理干燥过程只是将水去除，以增加燃烧值。褐煤干燥得越干，燃烧值就越高，煤的内部结构就越遭到破坏，从而减少了水分的再吸收。利用传统的干燥法深度干燥的煤反映出严重的质量不稳定问题。而Encoal褐煤提质技术通过加热将褐煤转化成提质煤和煤焦油两种新燃料，从而解决了这些稳定性问题。

Encoal褐煤提质的基本流程（图2-4）包括干燥、提质、冷却、惰性化几个阶段。干燥阶段的作用是将破碎后的原煤送入旋转干燥器中干燥脱水而不发生化学变化；提质阶段是将干燥后的煤送入提质器中进行加热分解，此阶段发生化学变化，挥发性气体从提质器中分解出来；冷却阶段对提质后褐煤进行快速冷却，阻止提质反应的继续进行；最后在振荡流化床中对褐煤进行钝化处理，以减少提质煤本身易自燃的趋势。2007年开始与中国大唐华银发电股份有限公司合作在

内蒙古锡林郭勒市建设褐煤干燥提质工程，目前处于试运行阶段。

LFC工艺采用气体热载体，干燥和热解两步法，采用模块化设计，工艺技术路线简单，但该工艺需要块煤作为原料，系统自身不能做到热平衡，除了热解煤气全部燃烧外，还需要补充约1/3的外热，另外，污水处理等问题同样有待解决。

图2-4 Encoal褐煤提质经典流程

（7）美国CCTI工艺

美国清洁煤技术公司(CCTI)的煤脱水、中温干馏技术是将煤通过加热、干馏后减少水分和挥发份，增加煤热值的目的。通过CCTI技术，使含水分高、挥发份高的褐煤成为含水量极低、挥发份低的洁净煤。破碎筛分后的煤6-50mm进入脱水干燥单元，该单元主要由两个加热室和一个冷却室组成，操作压力均为常压，生产为连续操作过程。 煤气经过分离器，将烃类分出，气体进一步冷却进入轻质油分离器将轻质油分离，分离后的气体加压后进入气体吸附脱除气体污染物，分离后的烃类油品通过过滤将固体污染物从液体中脱除，而后送入储罐。 最后得到的产品为加工后的褐煤、煤焦油（分离为烃类油、轻质油）。美国CCTI工艺曾经对内蒙古的褐煤在实验装置上进行试烧。目前该技术处于专利技术开始进入商业化运作阶段，还没有工业化的生产装置运行。

（5）COED工艺

COED(Coal Oil Energy Development)工艺由美国FMC（食品机械公司）与OCR联合开发，通过煤的多段流化热解，得到煤气、合成原油和半焦。COED工艺的特点为采用低压、多段、流化床煤热解工艺。利用该工艺对从褐煤至高挥发分烟煤的6种煤进行了试验。 将原料煤粉碎至0.2mm以下，进入从第一段开始温度逐渐提高的流化床热解炉。为使原料煤不软化熔融而凝聚，设定的各热解炉温度都比煤的软化温度略低。在各段产生的煤气和挥发分作为流化介质。从下部向最终段热解炉里吹入蒸汽和氧气，使部分半焦燃烧，并使产生的高温煤气进入前段和再前段的热解炉内。热解炉分4段，其段数因煤种而异，煤的粘结性增大时，其段数必须相应增多。一般情况下褐煤和次烟煤2段就可以，但高挥发分的伊利诺NO.6烟煤需要3段，高挥发分的匹兹堡烟煤就需要4段热解炉。 从1962年开始，曾用直径76.2mm的小型连续装置进行研究，后来又用1t/d PDU装置进行研究。从1970年开始，在新泽西州建成了3t/d的中试装置，并对从褐煤至高挥发分烟煤的6种煤进行了试验。至1974年共处理了18000t煤。 COED工艺流程复杂，但整个热效率很高，仅热解部分就达90%，由于在焦油中含有很多细粒半焦，要用预涂层过滤器予以脱除。该工艺对煤种的适应性强，但在用粘结性煤做原料时，其段数要增多，运转操作时，要兼顾到各段流化床热解炉的设定温度、压力、流化状态和半焦的排出等，在操作性和规模放大上存在一定的问题。

（8）Garrett工艺

Garrett工艺是美国Garrett研究与开发公司独自开发的，所以称为Garrett法，后来与加利福尼亚洛杉矶的西方石油公司共同对原艺进行了改进和发展。该工艺的特点是，粉煤进料-固体半焦热载体加热-内热式-快速加热-中（低）温高压热解。该工艺以美国西部烟煤为原料，将煤粉碎至200目以下，与高温半焦一起进入反应炉内，升温速率为278℃/s以上，其操作压力最高达344KPa（表压）。由于在炉内的停留时间很短，不到2s即发生热解反应。非凝结的煤气将煤送入炉内，循环利用。旋流器捕集的部分半焦与燃烧煤气热交换后，在很短的时间内被加热。因此，该过程可以最大限度的抑制CO的生成，有利于降低热损失和实现过程的热平衡。产品半焦与原料煤的发热量基本相同，由于孔隙多，其反应性

优于原料煤，主要用于发电燃料。产生的煤气热值为2.5×104KJ/m3左右，可做管道气和燃料气；焦油中的含氢量较低，做合成原油或低硫燃料油用时需要加氢。 1972年，在加利福尼亚州建成了处理能力为3.8t/d中试装置，装置运行条件范围较宽，取得了一定的试验数据。 本工艺的优点是：①短时间快速加热，防止焦油的二次热解，提高了焦油的收率；②部分半焦做热载体，并在气流床下行循环，热效率高。缺点为：①生成的焦油和粉尘半焦会附着在旋风器和管路的内壁，长时间运行会堵塞管道。②循环的半焦和入料煤间的接触，以及充分进行的热交换会加剧煤的微粉碎，增加了循环的半焦量，使系统煤的处理能力无法增加太多；③用含硫量高的东部煤时，半焦中的硫分很高，作为电力燃料需要增加脱硫工序。

（9）澳大利亚的流化床快速热解工艺(CSIRO)

澳大利亚的流化床快速热解工艺由澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)自20世纪70年代开始研究开发。对多种烟煤、褐煤进行了流化床快速热解研究，并着重对热解焦油的组成、性质、再加工特性进行研究试验。该工艺开发的目标是用澳大利亚煤生产液体燃料，是一种褐煤沙子炉流化床气－固热载体内热式闪裂解技术，先后建立了1g/h、100g/h、480kg/d试验装置，完成了包括褐煤在内的7个煤种试验，其加热速率达到104℃/S，主要反应过程在1S内完成，褐煤焦油产率可以达到7%左右。

（10）大连理工大学开发的褐煤固体热载体干馏多联产工艺

大连理工大学是国内最早开展褐煤固体热载体干馏技术研究的单位。在实验室研究的基础上，大连理工大学在平庄建成了150t/h褐煤固体热载体干馏多联产工业试验装置和在富油集团建立了60万吨示范装置（图2-5）。

平庄褐煤干馏多联产（DG）工艺流程由备煤、煤干燥、煤干馏、流化提升加热粉焦、煤焦混合、流化燃烧和煤气冷却、输送和净化等部分组成。原料煤粉碎到小于6mm，送入原煤贮槽1，湿煤由给料机送入干燥提升管2，干燥提升管下部有沸腾段，热烟气由下部进入，湿煤被5500C左右的烟气提升并加热干燥，干煤与烟气在旋风分离器分离，干煤进入干煤贮槽3，200C左右的烟气除尘后经引风机17排入大气。干煤自干煤贮槽经给料机去混合器4，来自热半焦贮槽7的8000C热焦粉在混合器与干煤相混合。混合后物料温度为550～6500C，然后进

0

入反应器5，完成煤的快速热解反应，析出干馏气态产物。煤或半焦粉在流化床燃烧炉8燃烧生成800～9000C的含氧烟气，在提升管下部与来自反应器的6000C半焦产生部分燃烧并被加热提升到热半焦贮槽7，焦粉被加热到800～8500C，作为热载体循环使用。由热半焦贮槽出来的热烟气去干燥提升管2，温度为5500C左右，与湿煤在干燥提升管脉冲沸腾中完成干燥过程，使干煤水分小于5％，温度为1200C左右。烟气的温度降至2000C左右。反应器下部的半焦由产品半焦管导出部分焦粉经过冷却，作为半焦产品出厂。大连理工大学在所建的试验装置上进行较多的试验研究，但该工业试验装置由于管道堵塞等问题并没有长期运行。目前在陕西榆林地区建设的50万/年规模的工业装置正在调试运行期间。

图2-5 平庄工业实验流程图

1－原料煤贮槽 2－干燥提升管 3－干煤贮槽 4－混合器 5－反应器 6－加热提升管 7－热半焦贮槽 8－流化燃烧炉 9－旋风分离器 10－洗气管 11－气液分离器 12－焦渣分离器 13－煤气间冷器 14－机除焦油器 15－脱硫箱 16－鼓风机

（11）煤科院的多段回转炉工艺

多段回转炉工艺是煤炭科学研究总院北京煤化所开发的低变质煤热解工艺，该工艺特征是低(中)温热解-中速加热-外热式-隔绝空气-常压。多段回转炉工艺对原料煤的适宜粒度要求是6～30mm，—般需对原料煤进行破碎和筛分，并将制备好的煤送入料仓。其工艺流程为：原料煤经送料器送入回转干燥炉，在此与调整至300℃以下的热烟道气直接换热并蒸发大部分水分；干燥煤通过星形给料器进入回转热解炉，该回转炉为耐热钢制作的外热式炉体，煤或煤气在燃烧炉中燃

烧，热量通过炉壁传给炉内的煤料，热解温度可控制在550～750℃；热解后半焦通过星形给料器进入半焦冷却回转炉，在炉内用水熄灭；冷却后的半焦送往贮存库房。由回转热解炉排出的热解煤气、焦油蒸气、水蒸气的混合气体于除尘器中在较高温度下除去大部分携带的粉尘，在预冷器中初步冷却，然后进入列管冷凝冷却器进一步冷却，并经反复分离焦油和冷凝水后进入鼓风机；加压后的煤气可回热解系统作为燃料气，也可外供作为民用饮食燃气或工业燃气。该工艺对原煤粒径有严格的要求，半焦采用水淬冷法，耗水量较大，该工艺产生大量的焦油，给后续处理带来了一定难度，该工艺的主要热量来自于煤或煤气的燃烧，并且属于间接换热，换热效率较低，热量损失较大。

(12) 浙江大学开发的基于流化床热解过程的循环流化床热电气多联产技术

浙江大学的循环流化床热电气多联产工艺技术是国内开发成功的一项具有自主知识产权的新技术，该技术将循环流化床锅炉和热解炉紧密结合，在一套系统中实现热、电、气和焦油的联合生产。以循环流化床锅炉底部排出的高温物料作为热载体进入热解热解气化炉，对炉内煤碳进行热解干馏，煤在热解炉中经过热解，除得到可加工高附加值产品的焦油外，还有品质较好的煤气，煤气可用于加工多种化工产品；煤碳在热解炉热解产生的高温半焦被送入循环流化床锅炉燃烧利用，锅炉生产的蒸汽用于发电、供热。该技术将煤炭的燃烧、热解、气化有机结合，使煤炭获得较高的综合利用效率和利用价值。达到较好的节能减排效果，将成为我国对提高褐煤综合利用效率的发展趋势。

浙江大学所提出的循环流化床热电气多联产技术是将循环流化床锅炉和热解炉紧密结合，在一套系统中实现热、电、气和焦油的联合生产。图2-7为多联产技术的基本工艺流程图，其工艺流程为：循环流化床锅炉运行温度在850～900℃之间，大量的高温物料被携带出炉膛，经分离机构分离后部分作为热载体进入以再循环煤气为流化介质的流化床热解炉。煤经给料机进入热解炉和作为固体热载体的高温物料混合并加热（运行温度在550～800℃之间）。煤在热解炉中经热解产生的粗煤气和细灰颗粒进入热解炉分离机构，经分离后的粗煤气进入煤气净化系统进行净化。除作为热解炉流化介质的部分再循环煤气外，其余煤气则经脱硫等净化工艺后作为净煤气供民用或经变换、合成反应生产相关化工产品。收集下来的焦油可提取高附加值产品或改性变成高品位合成油。煤在热解炉热解

产生的半焦、循环物料及煤气分离器所分离下的细灰（灰和半焦）一起被送入循环流化床锅炉燃烧利用，用于加热固体热载体，同时生产的水蒸汽用于发电、供热及制冷等。

图2-7 煤的循环流化床热电气多联产工艺流程

浙江大学所开发的基于流化床热解过程的煤循环流化床热电气焦油多联产技术具有其相应的特点和优势：

1. 工艺简单先进：将循环流化床锅炉和热解热解气化炉紧密结合，通过简单而先进的工艺在一套系统中实现热、电、焦油、煤气的联合生产。在产生蒸汽发电的同时，还生产优质煤气和焦油，所产煤气品质高，是生产合成氨、甲醇、合成天然气等多种化工产品的优质原料，也可以作为燃气蒸汽联合循环发电的燃料气，所生产的焦油可以在提取高价值的化学品同时加氢制取液体燃料，从而有效利用了褐煤中的各种组分，实现了以褐煤为原料的分级转化梯级利用的多联产综合利用。

2. 燃料适应性广：收到基挥发分在20%以上的各种褐煤、烟煤都适用于这种工艺。同时煤的颗粒粒度与现有循环流化床锅炉同样要求，避免了现有煤气化和干馏工艺对煤种和煤粒度有较严格的限制的缺点。

3. 工艺参数要求低，设备投资低：煤在常压低温无氧条件下热解气化，对反应

器及相关设备的材质要求低（常规热解气化炉操作温度为1300℃~1700℃，压力2~4MPa），设备制造成本低，同时热解气化过程不耗氧气和蒸汽，避免了常规热解气化炉所需的氧制备装置和蒸汽锅炉，大幅度降低气化系统的设备建设成本；

4. 运行成本低：褐煤热解单元不需要氧气、蒸汽作为气化剂，系统能量损耗低，与常规气化技术相比，过程热效率大幅度提高，因此运行成本也得到大幅度降低；

5. 高温半焦直接燃烧利用：原煤热解气化后的半焦直接送锅炉燃烧发电，避免了散热损失，使能源得到充分利用；而锅炉燃用不含水分的半焦，锅炉烟气量大幅度减少，从而降低了引风机的电耗，装置能耗降低，锅炉系统效率也有所提高。避免了以半焦为产品的工艺过程存在的需要半焦冷却过程，同时所产生的细半焦颗粒存在运输和利用困难的问题。

6. 易实现大型化：所采用的流化床热解炉具有热灰和入煤混合剧烈，传热传质过程好，温度场均匀的特点，有利于給煤在炉内的热解气化，同时流化床热解炉易于大型化，而且布置上易与循环流化床锅炉实匹配，实现与循环流化床锅炉有机集成，从而避免固定床或移动床热解反应器的不易放大和布置的问题。

7. 煤气产率高，品质好，实现煤气的高值利用： 循环流化床热电气多联产工艺的热解过程以循环灰为热载体，热解所产出的煤气有效组分高，而且所产出的煤气全部用于后续利用，从而保证后续煤气合成工艺的煤气量，避免燃烧热解煤气提供热解热源使得外供煤气量小的问题。

8. 具有很好的污染物排放控制特性：煤中所含硫大部分在热解热解气化炉内的热解过程中以H2S形式析出，并与所产生的煤气进入煤气净化系统进行脱硫，而仅有少量的硫进入循环流化床燃烧炉以SO2形式释放。同时，与煤直接燃烧后烟气脱硫相比，从煤气中脱除H2S具有较大的优势：（1）所处理气体量大大减少，因此脱硫设备的体积、投资及运行成本较小；（2）目前煤气脱硫的副产品一般是硫磺，其利用价值较大。煤中所含的氮大部分在热解过程中主要以氮气和氨的形式析出，同时由于循环流化床燃烧过程是中温燃烧，几乎不产生热力NOx，因此多联产工艺中进一步降低循环流化床燃烧炉所产生

的烟气中的NOx排放浓度。同样从体积流量较小的煤气中脱出少量的氨是相对比较容易且成本较低的。

浙江大学早在上世纪80年代年就提出了煤气蒸汽联产工艺的设想，在国家教委博士点基金、省自然科学基金的资助下，进行大量理论和试验研究，表明了方案的可行性。1991年承担了浙江省“八五”重点攻关项目，建立了1MW燃气蒸汽试验装置，试验结果表明该方案具有燃料利用率高，污染低，煤气热值高，结构简单，投资省等特点，并获得国家发明专利授权(专利号92100505.2)。1999年，在国家973项目的资助下，进行了大量的试验研究和理论研究。

浙江大学和淮南矿业集团在完成了1MWe循环流化床热电气焦油多联产实验装置的试验的基础上，共同合作将1台75t/h循环流化床锅炉改造为12MW循环流化床热电气焦油多联产中试装置，于2007年6月完成安装，2007年8月完成72小时试运行，2008年上半年完成性能优化试验，2008年10月系统投入试生产运行。表1和表2给出了12MW多联产装置试运行期间典型运行工况和煤气成分分析。75t/h循环流化床热电气焦油多联产装置的热态调试运行表明，多联系统运行稳定，调节方便，运行安全可靠，焦油和煤气的生产稳定，实现了以煤为资源在一个有机集成的系统中生产多种高价值的产品。

12MWe循环流化床热电气工业中试装置于2009年1月通过了安徽省科技厅的验收和鉴定，鉴定意见为“该循环流化床热电气焦油多联产分级转化利用技术及装置属国内外首创，成功解决了循环流化床燃烧炉和流化床热解气化炉协调联合运行、高温循环物料控制、循环流化床锅炉完全燃烧半焦、煤气和低温焦油回收以及多联产系统控制等多项关键技术”，“鉴定委员会一致认为该技术可实现煤的分级转化和梯级利用，具有重大的经济和社会效益，应用前景广阔”。

该技术可以充分利用淮南煤的各种有用成分，实现煤炭利用价值最大化和煤炭的清洁综合利用，被列入国家“863”计划的科技攻关项目—“循环流化床热电气焦油联产技术开发项目”。目前，已经通过863验收。

图2-8 12MW循环流化床热电气焦油多联产中试装置

2009年国电小龙潭电厂、小龙潭矿务局和浙江大学合作以云南小龙潭褐煤为原料，在浙江大学1MW（每小时150公斤给煤量）循环流化床热电气多联产试验台进行试验研究。试验研究结果成功地验证了以褐煤为原料的循环流化床热电气多联产技术的可行性，所获得热解煤气不仅产率较高，而且煤气的有效组分含量高，同时还可以获得一定量的焦油产品，都具有后续加工的价值。

在试验研究结果基础上，结合小龙潭电厂现有300MWe褐煤循环流化床锅炉的结构和现状，把300MWe褐煤循环流化床锅炉改造为以干燥后褐煤为原料的300MWe循环流化床热电气多联产装置，并分两期建设。

第一期改造工程在现有300MWe褐煤循环流化床锅炉四个分离及回送回路中的一个回路上加装一套未干燥褐煤投煤量40t/h的热解热解气化炉，同时配套建设一套简易煤气处理装置。第一期改造工程已于2011年6月完成72小时考核运行及性能参数测试，运行及测试结果表明，系统运行稳定，操作方便，以未干燥褐煤为原料，热解气化炉給煤量达到设计的40t/h，煤气产率及组分、焦油产率达到设计要求（见表2-1）。目前，该项目进入第二期建设工作，即开展把两台300MWeCFB锅炉改造成多联产装置的相关工作，生产煤气和焦油，并以煤气为原料进行合成利用。

表2-1: 各工况考核指标完成情况

试验考核内容 热解热解气化炉单炉投煤量(t/h)： 煤气产量（Nm3/h）： ≥ 有效气成分（CO+H2+CH4）%： ≥ 热解气化炉投煤40t/h时煤焦油产量： 考核指标 40 7800 65 1 实际运行数据 40 8200 74 1.1 三、 淮南矿业集团新庄孜电厂12MW多联产项目简介

淮南矿业集团已经和浙江大学合作完成了1MW循环流化床热电气焦油多联产实验装置的试验，在此基础上，双方合作在淮南矿业集团新庄孜电厂将6#炉－1台75t/h循环流化床锅炉改造为12MW循环流化床热电气焦油多联产中试装置。该装置是利用循环流化床高温循环灰作为热载体来热解原煤，产生焦油、煤气和半焦，半焦再送回锅炉燃烧发电和供热，燃烧后的灰渣可制水泥或建筑材料。经煤气净化系统回收的焦油可直接销售或进一步深加工提取高附加值产品；净化后的煤气部分回送气化炉作为流化介质，其余送4#、5#炉燃烧发电，其主要设计参数如下：

名 称 主蒸汽蒸发量 主蒸汽温度 主蒸汽压力 烟煤消耗量 排烟温度 锅炉效率 净煤气量 净煤气热值 CO H2 CH4 单位 t/h ℃ MPa t/h ℃ % Nm3/h kcal/Nm3 % % % 气化炉投运 75 450 3.82 18.55 135 89 3780 ～5000 ～7 ～29 ～49 气化炉停运 75 450 3.82 11.7 137 89.8 焦油产量

t/h 1.22 本项目总投资1450万元，年产焦油8000t, 按照2000元／吨，年焦油销售收入1600万元．投资利润率74.4%; 投资利税率99%; 投资回收期3.55年。

本项目可以充分利用淮南煤的各种有用成分，实现煤炭利用价值最大化和煤炭的清洁综合利用。作为一个全新的示范工程，本项目将成为淮南矿业集团新一轮大发展的起点。

四、“多联产”项目的可行性

1.多联产技术符合国家有关能源政策

多联产技术是国家“11.5”计划重点鼓励发展的节能技术，国家《能源法》第三十九条明确指出“国家鼓励发展热、电、煤气多联供技术，提高热能综合利用率；发展和推广流化床燃烧、无烟燃烧和气化、液化等洁净煤技术，提高煤炭利用效率”。

国家发展改革委、建设部关于印发《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》的通知（发改能源[2007]141号）第二十一条： 国家采取多种措施，大力发展煤炭清洁高效利用技术，积极探索应用高效清洁热电联产技术，重点开发整体煤气化联合循环发电等煤炭气化、供热（制冷）、发电多联产技术。

此外，多联产系统采用循环流化床锅炉，脱硫率高，是各级环保部门首推的燃煤锅炉。

2. 多联产技术有优越的环保性能 2.1 二氧化硫和NOx的排放

由于多联产中的循环流化床锅炉是中温燃烧，不易生成SO2和NOx，尤其是NOx生成量很少，在200mg/Nm3以下，完全满足国家的排放标准。

至于SO2问题，由于多联产系统煤先干馏，煤中大部分硫进入煤气和焦油，而送入锅炉中燃烧的半焦几乎不含硫，因此锅炉烟气排放的SO2很低，远低于国家排放标准。

2.2 采用高效电除尘，烟尘浓度控制在50mg/m3以下，林格曼黑度一级以下，符合国家排放标准。

2.3 灰渣问题

循环流化床锅炉灰渣的活性好，可作为水泥的原料。 2.4 废水排放问题

在煤气的冷却、净化过程产生的少量废水，全部送锅炉燃烧，不对外排放废水。

汽轮发电机的冷却水采取闭式循环，极少排放水。

六、结论

1、 焦油、煤气、 热力和电力的联合生产是本项目示范工程的主要特点。这也是国家重点鼓励发展的洁净煤技术，它对与实现城市煤气化、保护环境、节约能源，促进我国经济的可持续发展意义重大。

2、 从经济效益来分析，本项目经济效益显著。

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方梦祥教授

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附件：浙江大学已经承担的有关项目

? 煤燃烧气化煤气蒸汽共生技术机理，教委博士点基金， 1988 ? 循环流化床燃烧气化技术研究，浙江省“八五”攻关项目，1991 ? 浙江绍兴扬讯桥热电厂3?75t/h 三联产工程可行性研究， 1992 ? 扬中长旺热电厂75t/h 三联产工程， 1993

? 循环流化床热电气三联产装置，国家“八五”重点攻关项目，1994 ? 浙江嘉兴钟管热电厂35t/h 三联产工程可行性研究， 1995 ? 锦州热电厂35t/h 三联产工程可行性研究， 1996 ? 煤燃烧气化集成系统验证， 国家973项目，1999

? 杭州钢铁集团公司3×75t/h 三联产工程初步可行性研究， 2000 ? 洛阳中能集团2×125MW 多联供工程可行性研究， 2000 ? 洛阳一拖集团2×25MW 多联供工程， 2004

? 国电建投内蒙古能源有限公司煤化工制二甲醚多联产项目初步可行性研究 ,2006

? 淮南集团12MW循环流化床热电气焦油多联产工程，2007

? 国家863项目“循环流化床煤热解燃烧清洁综合利用技术开发” 2007AA05Z334，2007-2010, 已经通过验收。

? 淮南集团135MW循环流化床热电气油多联产工程，2008 ? 云南小龙潭300MW循环流化床热电气多联产工程，2009 ? 开滦矿业集团270t/年煤气焦油半焦多联产工程，2009 ? 邢台中能2×300MW煤多联产资源综合利用工程，2009 ? 华电集团内蒙古分公司4×220t/h褐煤多联产项目，2010 ? 宁夏发电集团2×350MW煤多联产项目，2011

? 中美国际合作项目，“煤热解气化分级转化多联产技术”，2011

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