历经十余年的研究开发，西安热工研究院开发的两段式干煤粉加压气化技术取得重大突破——以该技术为核心的国家“十五”863计划重点课题“干煤粉加压气化技术”日前通过了国家科技部的验收，标志着我国自主知识产权的干煤粉加压气流床煤气化技术开发取得成功。

    2006年5月16日上午，国家科技部863计划能源技术领域办公室组织化工和能源专家在北京对西安热工研究院负责承担的“干煤粉加压气化技术”项目进行了验收。

    该项目开发完成了具有自主知识产权的两段式干煤粉加压气化技术，建成了日处理煤量为36t/d (10MW)的加压气化中试装置。这是我国第一套水冷壁式干煤粉加压气化装置，包含了完整的干煤粉浓相连续加压输送、煤气化、煤气冷却、高温煤气除尘、连续排渣和排灰、煤气洗涤、以及DCS控制等系统，并配备了较完备的测试设备。中试装置成功地实现了168小时连续运行，总共累计运行时间达到2100小时，从而验证了该工艺的先进性和合理性、以及设备的可靠性和安全性。

    在此项目执行过程中，西安热工研究院开发并掌握了气化工艺、关键设备和控制系统的设计、制造、安装及调试的方法；在国内首次完成了褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤等典型煤种在干煤粉加压气化条件下的加压气化试验；掌握了干煤粉加压气化过程的启停、运行调节和控制规律，制定出操作规范。干煤粉加压气化的核心技术和整体工艺获得了国家发明专利。

    863计划验收会专家对本课题的研究工作和取得的成果给予了高度的评价，一致认为该课题的技术指标已达到或超过国际先进水平，并且在国内首次完成了干煤粉加压气化装置的连续运行(国内引进的14套干煤粉加压气化炉目前尚未开车成功)，该项目建成的中试装置已经具备了工程放大的条件。

    两段式干煤粉加压气化技术的提出

    西安热工研究院于1994年就开始了干煤粉气流床气化技术的研究。干法进料的加压吹氧气化炉具有单炉处理能力强、煤种适应性广、碳转化率高和负荷调节性好等优点，是当代煤气化技术发展的主要方向。然而，现有已商业化的干煤粉加压气化技术几乎均采用一级气化，使用激冷的方式以实现凝渣的目的。该过程存在如下缺点：(1)冷煤气效率较低；(2)需增设循环冷煤气泵，从而增加了动力消耗；(3)由于煤气流量较大，造成煤气冷却器、除尘和水洗涤装置的尺寸过大。

    为解决以上问题，西安热工研究院于1997年提出了一种新型的两段式干煤粉加压气流床气化炉

    该气化炉采用水冷壁炉膛，分为上炉膛和下炉膛两段。下炉膛是第一反应区，用于输入粉煤、水蒸气和氧气的喷嘴设在下炉膛的两侧壁上。渣口位于下炉膛底部，采用液态排渣。上炉膛为第二反应区，高度较长，在上炉膛的侧壁上开有二次粉煤和水蒸气进口。运行时，气化炉上下段同时按照一定比例喷入煤粉。上炉膛的作用主要有二：其一是代替冷煤气循环使得炉膛出口的高温煤气降温至灰熔点以下；其二是利用下炉膛的煤气显热进行煤的热裂解和部分气化，以提高总的冷煤气效率和热效率。

    在两段式气化炉的概念提出后，西安热工研究院建立了基于ASPEN PLUS(化工过程设计平台)的气化过程的模拟方法，并对其性能进行了模拟研究。数学模拟研究结果显示：采用两段式干煤粉气流床气化工艺，可显著降低炉膛出口煤气的温度，因而有可能省略煤气激冷过程，减小进入煤气冷却器的煤气流量，从而降低煤气冷却器、除尘和水洗涤装置的尺寸。另外，根据不同的一、二段给煤比，两段式干煤粉气流床气化工艺可降低气化过程中的氧气耗量并能较大幅度地提高气化炉的冷煤气效率，与Shell气化工艺相比可提高2～3个百分点。

    干煤粉加压气化技术的小型试验研究

    为验证此项技术并进行试验研究，西安热工研究院于1997年建成了处理煤量为0.7～1.0 t/d的干煤粉加压浓相输送和气化试验装置，并利用该装置完成了14种中国典型动力煤种的干煤粉加压气化试验研究。

    该装置是国内第一套干煤粉加压气化试验装置，操作压力达到3.0 MPa，具有国内领先水平。西安热工研究院通过试验研究，对不同煤种在干煤粉加压气化条件下的气化反应特性进行了评价，研究了煤粉气化的着火和熔渣特性、煤种与煤气成分的关系以及操作条件与气化特性的规律等等。与该装置配套的加压浓相输送试验系统操作压力可达到6.0 MPa，最大输送量可达到300 kg/h，配备了完善的检测和控制设备，经试验验证，该系统运行稳定，是国内最完善的煤粉高压浓相输送试验系统。小型气化试验研究的成果为更大型的气化装置的设计和运行提供了依据。

    干煤粉加压气化技术的半工业性试验研究

    2004年，在国家“十五”863计划的支持下，西安热工研究院联合国内其他6家研究院所和生产单位，建成了处理煤量36～40 t/d(10 MWth)的干煤粉加压气化半工业性装置。

    西安热工研究院在中试装置上完成了一系列干煤粉加压气化技术的试验研究，包括：验证工艺流程合理性及可操作性(包括加压进料系统、气化系统、排渣系统、煤气冷却和除尘)；考核关键设备的运行操作性能(包括喷嘴、气化炉、煤气冷却器、过滤除尘器和排渣锁斗)；验证控制系统和安全保护的可靠性；完成基础煤种气化试验和煤种适应性试验(包括一二段匹配、氧煤比、蒸汽煤比、负荷调节特性和工艺条件优化试验)，为该技术的工业化奠定了基础。西安热工研究院先后在此装置上进行了不同煤阶的煤种加压气化试验，取得了宝贵的操作经验和丰富的煤种气化数据。

    两段式干煤粉加压气化技术的发展前景

    目前，在华能集团公司重点科技项目的支持下，西安热工研究院已开发出1000t/d级的干煤粉加压气流床气化炉，完成了工艺设计，将应用于“绿色煤电”第一阶段煤气化发电示范工程，该项目将于2008年建成投运。国家科技部已经明确在“十一五”863计划中对西安热工研究院开发成功的“两段式干煤粉加压气化技术”继续给予重点支持，将在华能的“绿色煤电”第一阶段示范工程中实现1000t/d级具有自主知识产权的干煤粉加压气化技术的工程化。“十五”863课题的成功验收和“十一五”863计划的继续支持，将推动这一技术步入向大型工业化发展的新阶段。