波浪床煤气化技术(L型卧式回转波浪床煤气化生产工艺及系统),是我国鲜有的通过三年四轮国际答辩，获得发明专利的煤气化系统生产工艺创新技术。它通过煤气化工艺设计理念的创新，卧式回转波浪床炉体技术设备的发明，为普通煤炭气化生产以及更广泛领域的应用，提供高效清洁解决方案。

L型卧式回转波浪床煤气化生产工艺及系统 L-type horizontal rotary wave bed gasification production processes and systems

研究煤炭的组分构成是创新煤气化工艺的基础

煤炭是煤气化生产的原料，其分类繁杂，有烟煤无烟煤，肥煤瘦煤，气化煤动力煤等等，不同品种的煤炭热值含量，机械强度密度，粘结性及灰融点等各有不同。无论多少种分类，煤炭是一个混合物，由挥发物质、固定碳、灰分和少量硫等杂质组成，这个基本的内在属性不变。现行煤气化工艺设计理念，对煤炭的内在属性重视不够，忽视煤炭组分构成与生产工艺之间的互动研究，同时对煤原料的化学性利用重视不够。

现行煤气化技术过多的依赖煤炭外形尺寸的前置条件，而且定形定性要求苛刻，几乎假定煤炭是单质炭，通过不断缩小外形尺寸，不断提高工艺温度压力，达到提高煤气化产量的目的。如果煤炭是单质炭，从热力学的角度来说，它增加了几何面积促进了热交换的实现，这个做法无可非议。但是在现实生产实践中，最好的煤炭也只有70%的固定碳含量，不管把煤粉磨得再细，除了挥发物质至少还会有15%的灰分，如果选择了“高速率”工艺手段，数秒中的急速增温，煤炭固气转换时间太短，碳与灰分离的时空条件过于狭窄，采用提高工艺温度压力的方式熔融灰分，需要增加能耗约20%，这是“高速率”工艺设计付出的多余代价。也是某些煤气化技术成本居高不下的重要原因之一。

波浪床煤气化研究开发的起点是基于煤碳组分的认识，强调煤气化工艺设计客观性、准确性与系统化，给煤碳不同成分各自准确的工艺定位。采用分类处理的工艺理念，使工艺系统更加适度准确合理，以最小成本的外部条件，促进煤碳内在动力发挥更大的作用，不是采用外部强力高能量覆盖“一刀切”的工艺方式，这就类似于中国古代的庖丁解牛，究其筋骨，摸清脉络，不再把注意力集中在煤碳外形尺寸上做出浅层的判断，按煤碳构成规律分门别类分化处理。分类处理是波浪床煤气化技术的一个重要理念，全面准确认识煤碳的内在属性，关注煤碳不同成分的物理性化学性，关注煤碳与气化工艺要素之间的关系，才是新型煤气化技术研究开发的准确出发点。

1,热交换质量是煤气化工艺设计核心

在煤气化生产工艺过程中，煤碳的组分、气化温度、机械强度、粘结性、灰熔点都属于内在属性范畴；煤气化炉体内的工艺温度、压力、煤流量、气流量、固气空间、时空流程都属于外部条件范畴。煤气化工艺设计的过程，是寻找煤碳内在属性与外部条件最佳匹配的过程。在工艺设计这个环节中，主要矛盾是“最佳匹配”，它决定着热交换的质量。

“热交换质量”的计算较为复杂，它主要是从物料之间热交换的结构和方式的角度，来反应热传递交换程度的计量。它的基本规律反映在煤气化生产上，更接近工艺的本质，它的基本目标应该是更少资源消耗及环境影响，换取更大的工艺生产社会价值。

“热效率”是单位时间内一定工况环境下，工艺过程的热能量转换比，它只包含了可以折算热值的因素，并不包括工艺过程中的非热值因素，比如工艺方式，基础原料标准，工况环境花费，资源获得难易程度，环境影响等等。

“热效率”追求的是更快更多，是一个速度概念；热交换质量追求的则是一个相关范围矛盾体中的“和谐统一”，是一个质量体系概念，也是绿色发展的一个重要尺度。

例如，在一个煤气化工艺生产过程中，使用7000大卡的优质煤要比使用5000大卡的普通煤热效率高出很多。因为在一个生产系统中，同样的煤碳体积流量，同样的工艺消耗，所用的原料的质量不同，优质煤原料要高出普通煤原料生产中的热效率是必然的。而从现实生产情况看，优质煤资源储备少，只有解决普通煤碳的气化高效清洁利用，才能满足当前节能减排，高效清洁发展绿色的需要。要解决的主要矛盾，是破解“只能使用优质煤”的工艺缺陷，是一个体系的质量问题，所以热效率的计算结果，在这里形成不对称的比较，失去了判断的准确性。仅仅用热效率的计算是不够的，热交换质量的核查和计量是必要的，它包括的相关因素更多，比热效率更为深刻，更接近事物全过程的合理性。而不仅仅是一个局部的优异表现。

“气化速率”是生产工艺中的一个手段参数，它是单位时间固气转换量的计算，是一个速度指标，它不代表“最佳匹配”的整个工艺工程。最佳匹配则是一个更全面的系统设计，它不仅包括气化速率还包括更多的因素。寻找和发现最佳匹配，需要梳理多种要素之间的相互关系，例如：提高煤气化产量，最佳选择是加快煤气化速度，还是改善热交换环境，两者哪个是解决矛盾的关键等等。煤气化过程中要素很多，分析辨别主要矛盾是工艺设计的基本定位，它决定着整个工艺设计的成败。“碳转换率”常常被看做衡量煤气化技术的一个重要指标，在生产环节中，可以理解为是工艺设计最佳匹配一个必然反应，是事物运行的结果，它有一个气化工艺条件的能量投入产出的价值比较关系，不应该是不计算投入产出的资源形式转化。比如：在将固体煤碳转换成气体生产过程中，如果生产工艺环境消耗的能量大于转换后气体产品所含能量的50%以上，就意味着，在不计算生产过程所需要的设备投资的前提下，完成这个生产转换，新生成的气体产品能量减少了50%；如果加上设备投资，再与新生成产品的能量价值比较，就可以衡量这个生产转换过程的商业意义。所以不能只看“碳转换率”的比值，还要考察它的转换条件代价，它可以做为煤气化实验过程的一个参考尺度，但它不是判断衡量煤气化生产全过程的价值尺度。

煤气化是一组存在于碳氧之间、碳与水蒸气之间以及再生气体之间的系列化学反应，在这一系列的化学反应中，既有放热反应又有吸热反应，无论是放热还是吸热，都是通过热交换完成其化学性物理性的转换，没有热交换固体的碳不可能变成气体；没有热交换氧气不可能参与煤气化的化学反应；没有热交换也不可能有水蒸气的身份转变。因此热交换是煤气化生产的主要矛盾，热交换的质量是煤气化生产质量的“美学”标准，是煤碳内在属性与外部条件匹配的结果，如何提高被气化物之间热交换质量是煤气化工艺设计的“牛鼻子”。

发现热交换质量在煤气化生产工艺中的核心作用，是波浪床煤气化技术发现和坚守的理念，如何实现这个理念，需要对煤炭在气化过程中的变化作进一步的分析。在煤气化生产过程中，煤的固气转换质量，依赖于物料之间热交换的质量，一个高质量的热交换，需要对煤原料的内在属性与外部条件之间，多元函数关系的分析理解与合理匹配。不同品种不同产地不同热值含量的煤碳，不管外形颗粒大小，它的煤原料内在属性是相同相近的。只要找到与之最佳匹配的一组外部条件，理清它们之间函数关系的变化规律，就可以实现我们的设计理念，构建我们需要的煤气化新技术。在这里有三个要点：❶内在属性是客观的，是无法改变的；❷外部条件是形式是可以创造的；❸内在属性与外部条件的最佳匹配是可以调控的。三个要点既是对煤气化过程的分析认识，也是提高热交换质量的工艺准则。遵循这个准则，就能找到破解煤气化生产技术的难题，就能找到符合投入产出规律的煤气化技术。

2，营造空间是提高热交换质量的基础

炉体容量是煤气物料实现热交换的总空间，是一个确定的常量。在这个常量总空间中，煤碳空间和气流空间之比，煤流量与气流量的交流互动，固气之间热交换，都需要在相应的时空条件下进行，没有一定的时空条件就谈不上热交换，恰当的时空结构是保障热交换质量的基础。不同的煤气化技术有不同的炉体结构，炉体内的空间总量，固气比例，煤流量气流量的参数匹配，都受炉体空间结构和工艺设计思想的支配。固定床立式圆形静态炉体，以块煤和型煤为原料，在炉体内上下堆放，固体空间过多，气体空间过少是固定床炉体结构性矛盾，其比例很难做变量调整，而且必须使用相对均等的块煤，才能通过煤块之间的缝隙，给气体留出固气反应所需要的空间。气流床同样立式圆形静态炉体，以煤粉或者水煤浆为原料，它把煤碳加工成细粉是从外部向炉体中喷射，工艺设计要求煤粉（煤浆）在进入炉体漂浮中的数秒钟时间内，完成固气转换，高速率必然要有一个高能量的煤气化空间与之相匹配，不仅带来了高温高压高能耗，还带来了管道仪表一系列的设备造价费用上涨，高能量环境衍生的代价，一系列函数关系变化追问着工艺设计的商业合理性。

技术进步的理念是在长期生产实践中，通过对现实生产难题的思辨产生的，它促进人们产生变革现实的冲动，去研究发现创造解决生产问题的新方案，新方案又需要回到生产实践中检验自身的创新意义，技术创新需要一个“再知行”的反复过程。依据“热交换为核心的设计理念”，依照煤碳内在属性与外部条件匹配的设计思想，分析观察现行的煤气化技术，就会发现它们彼此的优缺点，针对现行技术存在的问题，寻找我们的解决方案