“渣”里淘“金”记——气化灰渣循环流化床焚烧关键技术应用纪实

　　截至1月15日，位于新疆石河子的全球单套处置规模最大的气化灰渣焚烧装置——49万吨/年气流床气化灰渣焚烧处置项目实现稳定运行288天，纯燃气流床气化灰渣的燃烧效率达99.45%。该项目将大量难以处置的灰渣转化为园区企业生产所需的蒸汽，真正实现了“变废为宝”。

　　创造这场“灰渣”变“热能”奇迹的，是中国科学院工程热物理研究所(以下简称工程热物理所)和中科合肥煤气化技术有限公司(以下简称中合气化)的产学研联合团队。这套装置所用的气化灰渣循环流化床焚烧关键技术由工程热物理所自主研发而成，中合气化负责工程设计和建设。该装置实现稳定纯烧，标志着我国煤化工行业在气化灰渣资源化处置方面又向前迈进了一步。

　　灰渣之困 “无处安放”

　　项目建设在石河子一个煤气化制乙二醇化工园区，用于处置气化岛4台水煤浆气化炉产生的气化灰渣，每年可处置的气化灰渣达49万吨。在过去，这些灰渣通常被露天堆存，形成一片广漠的黑色渣场，产生环境污染的隐患。如何妥善处置这些灰渣?园区企业展开了多次探索，但该类灰渣具有含水率高、热值低、含碳量高、粒径超细、灰分高及挥发分极低等复杂特性，常规技术无法焚烧处理，其他新技术路线经济性又无法承受。

　　2022年，中合气化在了解到企业长期面临气化灰渣处置难题后，主动与企业取得联系，并建议可以采用工程热物理所的循环流化床焚烧技术来处理气化灰渣。他们将从企业取得的气化灰渣样品，跨越3000多千米运送到工程热物理所的中试基地。随后在该基地进行的连续72小时试烧表明，含水率约为50%的气化灰渣在中试装置中可以稳定高效纯烧，试验取得圆满成功。

　　“当时业主全程观看了气化灰渣投料、燃烧和排灰渣过程，亲自检验了焚烧后产生的飞灰，没有发现一个肉眼可见的黑色颗粒残留。”工程热物理所高级工程师杨召回忆道。

　　曾在工程热物理所工作多年，现在中合气化担任顾问的包绍麟研究员补充解释说：“这项技术的核心在于彻底烧尽渣中的残炭，实现化学能向热能的完全转化。燃烧后灰渣的含碳量在1.0%以下，任何黑色颗粒的存在都意味着燃烧不充分。”

　　吃干榨净 “渣”里淘“金”

　　“其实，灰渣就是放错地的资源。”包绍麟解释说，“灰渣含碳量高，直接填埋意味着大量残炭未被利用，造成资源浪费。”煤气化技术会产生大量的废渣，将这些含碳资源进行充分地综合利用，一直是行业发展的瓶颈问题。基于该需求，工程热物理所研发了循环流化床焚烧技术来处理这些气化灰渣，并依托中合气化完成产业化应用，真正将每一粒煤“吃干榨净”。

　　中试验证的效果说服了企业，产学研团队于2021年12月正式启动焚烧炉设计，2023年5月开始项目建设，2024年6月完成焚烧炉安装并一次性通过水压试验。2025年1月，装置投入试运行。

　　近1年的运行结果表明，49万吨/年气流床气化灰渣焚烧处置项目的稳定性强、可靠性好、燃烧效率高，焚烧炉产生的飞灰和底渣含碳量不高于0.4%，燃烧效率达到99.45%，燃烧后的灰渣可直接进行资源化利用。

　　如今，园区4套气化炉产生的灰渣已有了高效可靠的“归处”——送入焚烧炉处置，产生的热能用于加热给水、生产蒸汽，供园区其他生产单元使用，残渣则可作为水泥原料，供下游企业生产所用。

　　面向需求 梯级放大

　　我国每年煤炭产量约45亿吨，其中约4亿吨用于煤化工。煤气化过程中产生的细粉灰与气化灰渣超过8000万吨/年，若不能得到有效利用，不仅造成资源浪费，还会给环境带来沉重负担。“预计未来两到三年，气化细渣年产生量将突破1亿吨，高效利用灰渣的技术需求更为迫切。”包绍麟感慨道，“我研究了一辈子锅炉，如今亲眼见证它们能将废弃物转化为可利用的资源，一切努力都是值得的。”

　　谈及未来，杨召分享道：“针对流化床和气流床气化灰渣处置需求，研究所已经实现了单套处理量为3万吨/年、9万吨/年、15万吨/年、49万吨/年系列焚烧炉的工程应用，面向更大规模的气化灰渣处置需求，未来将开展百万吨级气化灰渣焚烧炉工程示范。”