灰熔聚流化床粉煤气化技术
灰熔聚流化床粉煤气化以碎煤为原料(＜6～8mm)，以空气或氧气或富氧为氧化剂，水蒸气或二氧化碳为气化剂,在适当的煤粒度和气速下，使床层中粉煤沸腾，床中物料强烈返混，气固两相充分混合，温度到处均一，在部分燃烧产生的高温（950～1100℃）下进行煤的气化。煤在床内一次实现破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解等过程。
流化床反应器的混合特性有利于传热、传质及粉状原料的使用，但当应用于煤的气化过程时，受煤的气化反应速率和宽筛分物料气固流态化特性等因素影响，炉内的强烈混合状态导致了炉顶带出飞灰（上吐）和炉底排渣（下泻）中的碳损失较高的缺点。常规流化床为降低排渣的碳含量，必须保持床层物料的低碳灰比；而在这种高灰床料工况下，为维持稳定的不结渣操作，不得不采用较低的操作温度(＜950℃)，这又决定了传统流化床气化炉只适用于高活性的褐煤或年轻烟煤。灰熔聚流化床粉煤气化工艺根据射流原理，设计了独特的气体分布器和灰团聚分离装置，中心射流形成床内局部高温区（1200～1300℃），促使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下连续有选择地排出低碳含量的灰渣，提高了床内碳含量和操作温度（高达1100℃）,从而使其适用煤种拓宽到低活性的烟煤乃至无烟煤。
灰熔聚流化床粉煤气化技术研发历程
针对我国以次能源以煤为主、煤种多、烟煤多、粉煤多、煤灰份高、灰熔点高的特点,国家从“六五”计划开始投入大量人力、物力，研制开发先进煤气化技术（包括固定床、流化床、气流床）。
八十年代，在中国科学院（重点科技攻关项目专项）、国家科委(75-10-05)攻关计划支持下，先后建立了φ300mm（1吨煤/天）连续试验装置、φ1000mm冷态试验装置、φ1000mm（0.1～0.5 MPa ，24吨煤/天）中间试验装置、φ145mm实验室煤种评价试验装置。在基于基础理论、冷态模试、实验室小试和中试试验基础上，系统地研究了灰熔聚流化床粉煤气化过程中的理论和工程放大特性；通过对气化过程中煤灰化学与气固流体力学的研究，研制了特殊结构的射流分布器，创造性地解决了强烈混合状态下煤灰团聚物与半焦选择性分离等重大技术难题；设计了独特的“飞灰”可控循环新工艺，提高了煤的转化效率。通过对工艺过程的系统集成和优化，在大量的实验验证基础上，取得了完整的工业放大数据和丰富的运行经验，成功开发了灰熔聚流化床粉煤气化工业技术。
九十年代，在中国科学院（重点科研项目）、国家计委(85-207)攻关计划支持下，建立了φ300mm（1.0～1.5MPa）加压试验装置和φ2400mm常压工业示范装置加压试验研究获得了煤在灰熔聚流化床中的加压气化特性；氧/蒸汽鼓风制化工合成气的中试研究，为工业示范装置提供了准确的工程设计方法和依据；2001年单炉配套2万吨合成氨/年规模工业示范装置成功运行，实现了该技术的工业化应用，为我国中小化肥厂改变原料路线提供了具有自主知识产权的先进煤气化技术，现已能设计单台处理量200~300吨煤/日的气化炉(低压，2.4米直径，单炉配套4～6万吨合成氨/年)。加压试验研究为加压大型化工程开发奠定了坚实的基础，加压1.5～2.5MPa）后单台（φ2400mm）处理量达500~1000吨煤/日，将达到国际先进水平，可用于大型化工合成和先进煤基发电系统。
近年来，与企业结合进行了大量的煤种试验研究，试验煤样从褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦，灰含量1%～37.88%，灰熔点1160℃～1500℃以上，挥发份6.15%～32.15%，取得了不同煤种的气化特性和操作特性以及煤质对气化技术经济指标的影响规律，大大拓宽了煤种适用范围。尤其是无烟煤、石油焦气化试验取得了突破性的进展，表明灰熔聚流化床粉煤气化技术即便低活性煤种也能够达到合理的气化指标。
灰熔聚流化床粉煤气化技术基本原理
一、灰熔聚流化床粉煤气化技术基本原理
'气固流态化
适当气速使煤流化
传热传质速率高
气化强度高
可用碎煤为原料
'中心射流形成局部高温区
提高气化强度
促使灰渣团聚
'灰渣团聚重力分离
选择性排出低炭含量灰渣
炉料炭含量高结渣风险小
炉温提高煤种适应性拓宽
'飞灰可控循环
提高碳转化率
二、灰熔聚流化床粉煤气化工艺的特点：
1) 煤种适应性宽，可实现气化原料本地化。
2) 操作温度适中，氧耗低、干法排渣。无特殊材质要求，操作稳定，连续运转可靠性高。
3) 工艺流程简单，气化炉及配套设备结构简单，造价低，维护费用低。
4) 灰团聚成球，借助重量的差异与半焦有效分离，排灰碳含量低(<10%)。
5) 炉内形成一局部高温区（1200～1300℃），可处理高灰、高灰熔点煤、气化强度高。
6) 飞灰经旋风除尘器捕集后返回气化炉，循环转化，碳利用率高。
7) 产品气中不含焦油，洗涤废水含酚量低，净化简单。
8) 设备投资低，气化条件温和，消耗指标低，煤气成本低。
9) 中国自主专利,同等规模下，与引进气化技术相比，投资低50%。
三、灰熔聚流化床粉煤气化工艺流程
（无图）
1 皮带输送机 2 破碎机 3 埋刮板输送机 4 筛分机 5 烘干机 6 输送 7 受煤斗
8 斗式升机 9 进煤斗 10 进煤平衡斗A 11 进煤平衡斗B 12 螺旋给料机A/B
13 气化炉 14 上排灰斗 15 下排灰斗 16 高温返料阀 17 一级旋风分离器
18 二级旋风分离器 19 二旋排灰斗 20汽包 21 废热锅炉 22 蒸汽过热器
23 脱氧水预热器 24 水封 25 粗煤气水洗塔 26 气体分气缸
ICC灰熔聚流化床粉煤气化工业示范装置工艺流程简图
1) 备煤系统
粒径为0～30mm的原料煤(焦)，先筛分、破碎到0～8mm粒度，回转干燥器烘干(烟煤水分＜5%，褐煤<12% ) 待用。
2) 进料系统
备好的入炉煤经斗式提升机进入煤锁斗系统，由螺旋给料器计量，气力输送进入气化炉下部。
3) 供气系统
气化剂(空气/蒸汽、氧气/蒸汽)分三路计量调节，由分布板、环形管、中心射流管进入气化炉。
4) 气化系统
煤在气化炉中部分燃烧产生的高温（950～1100℃）下与气化剂（氧气、蒸汽）进行反应，一次实现破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解等过程，生成煤气。
5) 除尘系统
高温煤气带出的飞灰，大部分经一级旋风分离器捕集，返回气化炉进一步气化，二级旋风分离器捕集的少量飞灰排出系统。
6) 废热回收系统及煤气净化系统
除尘后的热煤气依次进入废热锅炉、蒸汽过热器和脱氧水预热器回收热量，再经洗涤塔净化冷却，送至下一工序。
7) 操作控制系统
采用集散型控制系统（DCS）实现控制室集中对整个气化生产过程主要工艺参数进行自动监测和控制，由DCS系统完成实时监测指示、自动调节、顺序控制、安全连锁、报警、趋势记录和报表生成。
三、灰熔聚流化床典型煤种试验结果
在φ1000mm（0.1～0.5 MPa ，24吨煤/天）灰熔聚流化床中间试验装置上已进行过冶金焦、太原东山瘦煤、太原西山焦煤、太原王封贫瘦煤、陕西神木弱粘结性长焰烟煤、焦煤洗中煤、陕西彬县烟煤、埃塞俄比亚褐煤、山西晋城无烟煤、山西阳泉无烟煤及石油焦的气化试验，累积试验时间达5000多小时。
试验煤样基本代表了我国绝大多数煤种，范围从褐煤、烟煤、无烟煤到石油焦，煤质分析数据：灰含量1%～41.36%，灰熔点DT 1160℃～1500℃以上，挥发份6.15%～32.15%。热值15.24～36.15 MJ/kg，焦渣特性2～6。
试验结果表明：
'所有试验煤种在灰熔聚流化床气化炉中都能够连续稳定操作，并得到合理的气化结果。
'气化强度随着煤阶程度增高(由褐煤到无烟煤)而降低；产气率随原料热值增高而增加。可通过温度和床高调节以适合不同活性的煤种。
'多数煤种(无论灰熔点高低)，灰熔聚操作均可在1050℃左右实现。
'高灰煤气化能够稳定操作，但灰含量在25％以下更经济。
'不同煤质的气化技术经济指标和操作特性不同，气化系统需按具体煤种参数确定。
四、灰熔聚流化床粉煤气化工艺的适用范围
灰熔聚流化床粉煤气化技术的煤种适应性宽，产品气洁净、环境友好和设备投资及运行成本低，并已实现工业运行。这一技术目前已可用于中型化工厂生产合成气或为电厂、冶金等企业生产燃料气。
现山西省粉煤气化工程研究中心已有能力为化工用户设计100~300吨煤/天(0.03～0.5MPa，φ2.4m，单台配套2~6万吨/年合成氨、甲醇)的气化炉。原料煤包括我国多数煤种，从而使原料本地化，减少了运输成本和供应的不足。