技術背景
國內現狀
由於我國能源特點是缺油少氣,煤炭資源相對豐富,而直接將煤燃燒給環境帶來巨大的污染,因此利用煤氣化技術,將煤轉換成可燃性的氣體後再利用,減少對環境的污染。對於煤氣化爐類型,目前主要有固定床、流化床和氣流床三種,對於不同的爐型,相應的有固定床間歇氣化爐、灰熔聚、德士古、恩德爐等多種造氣方式。總體而言,目前這些制氣方式存在一系列問題:裝置環境污染較大,現場粉塵量較大,操作環境差,工藝相對落後,投資費用及占地面積大,設備產能較低等問題。
國外狀況
20世紀20年代,世界上就出現了常壓移動床煤氣發生爐;第二代煤氣化技術開發於20世紀60年代,到20世紀80年代,開發的煤氣化新技術,有的實現了工業化,有的完成了示範廠試驗,具有代表性的爐型有德士古(Texaco)水煤漿加壓氣化爐、熔渣魯奇爐、高溫溫克勒爐(HTW)及謝爾(Shell)乾粉煤加壓氣化爐等。這些氣化爐亦有相當多的技術缺陷,如:使用煤種狹窄、淨化系統複雜(焦油處理)、氧耗高、設備投資成本高等。
美國的煤氣發生爐研究套用一直處於世界領先水平,美國最新的等離子煤氣發生爐在節能減排、煤炭氣化效率、及降低氧耗方面都有突破性的進展。最具代表性的是美國西屋公司研發的等離子炬煤氣發生爐,但由於美國對中國利用煤炭清潔高效利用的戰略性針對,使用技術封鎖及嚴格的保密制度,導致等離子煤氣發生爐一直未能在中國市場進行套用。
技術介紹
等離子氣化 是蘭炭在等離子氣化爐中的一個氣化過程。利用等離子點火器產生的等離子電弧製造高能熱環境,通入適當比例的等離子氣化劑,使蘭炭在等離子活性狀態的熱環境中發生一系列複雜的化學反應,生成主要成分為H2、CO的可燃氣體,可燃氣體具有純度高、潔淨的優點。
該氣化過程需要水蒸氣等離子發生器、氧等離子發生器、等離子點火炬、等離子氣化爐四大設備共同運作完成。
水蒸氣等離子發生器:是根據布朗氣發生器的原理,通過研發改進,增加等離子模組,經過一系列複雜的化學反應產生等離子氧化劑,其改進的主要目的是解決等離子產生過程中的安全問題,提高系統的整體穩定性。
氧等離子發生器:主要目的是製造氧電漿,因為氧電漿由氧分子、氧原子、激發態氧以及正、負離子組成,總體上是電學中性和化學中性的,具有比氣體更高的能量和很好的導電性。
等離子點火炬:電漿內含有大量化學活性的粒子,如原子(C、H、O)、原子團(OH*、H2*、O2*)、離子(O2-、H2-、OH-、O-、H+)和電子等,可加速熱化學轉換,促進燃料完全燃燒。利用等離子炬發出電弧產生的高強度熱源來點燃蘭炭,並將火焰在氣化爐內逐級放大,能將蘭炭中的炭氣化成燃氣(主要為H2和CO),無機物則可變成無害熔渣。
等離子氣化爐:蘭炭在乾餾段經過充分的乾燥,進入氣化段,熾熱的蘭炭在氣化段與等離子氣化劑(由水蒸氣等離子發生器產生)充分反應生成燃氣,產生的灰渣由爐篦驅動從灰盆自動排出。