水煤漿氣化技術(shù)的后起之秀

張景濤 丁法效

摘 要：水煤漿氣化技術(shù)的后起之秀——晉華爐，目前已成為世界上最先進的煤氣化技術(shù)之一。預計在“十三五”期間，為滿足新裝置建設和老裝置改造的需要，為適應不同原料煤制成的水煤漿，各種類型的晉華爐均會有一個良好的發(fā)展空間，其應用推廣前景值得期待。

關(guān)鍵詞：水煤漿氣化技術(shù);后起之秀;晉華爐

1 水煤漿氣化技術(shù)的優(yōu)勢

水煤漿氣化是一種簡單、成熟、經(jīng)濟、環(huán)保的煤氣化技術(shù)，在煤化工行業(yè)得到廣泛應用。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下方面。

1.1技術(shù)成熟：采用激冷流程的水煤漿氣化工藝已經(jīng)有50多年的歷史，原料可以采用重油、渣油、水煤漿和多元料漿等，技術(shù)簡單而成熟。

1.2設備簡單：氣化爐結(jié)構(gòu)相對簡單，其后續(xù)流程中的幾臺關(guān)鍵設備的結(jié)構(gòu)也較簡單。

1.3投資低：相對于粉煤氣化，水煤漿氣化裝置投資低，對設備材質(zhì)的要求不高，設備制造相對容易。

1.4原料易得：水煤漿是由煤、水和煤漿添加劑按一定配比磨制而成的混合物，原料易得，煤漿流動性和穩(wěn)定性較高，易于儲存。

1.5操作安全：水煤漿屬于非易燃流體，相對于油、氣、煤粉等易燃、易爆介質(zhì)來說，其安全性很高。

1.6產(chǎn)品成本低：產(chǎn)品水煤氣[粗合成氣，以有效氣（CO+H2）計]的生產(chǎn)成本較低。

1.7污水處理容易：水煤漿氣化產(chǎn)生的外排灰水較容易處理。

2 晉華爐的發(fā)展歷程和特點

2.1Ⅰ型晉華爐

Ⅰ型晉華爐屬耐火磚氣化爐，原稱為“非熔渣-熔渣分級氣化技術(shù)”，其主要特點是采用分級給氧與向下噴射的噴嘴。由于氧氣采用分級水平供給，氣化爐主噴嘴供氧量與反應需氧化學當量脫離約束，減輕了主噴嘴的氧氣負荷，改善了主噴嘴的工作環(huán)境，延長了其運行周期。在此過程中，高溫區(qū)自噴嘴端部下移，噴嘴處于相對低的溫度區(qū)域，并提高了出渣口區(qū)域的溫度，同時提高了氣化室內(nèi)平均溫度，使氣化效率得到提高，還增加了氧煤的混合，延長了物料平均停留時間，提高了有效氣成分，降低了渣中的含碳量。由于氧氣分級供給，比不分級氣化爐軸向溫度更均衡，其高徑比可加大，突破了國內(nèi)外關(guān)于

水煤漿氣化室截面出力的限制。在同樣氧煤比的情況下，分級供氧氣化室排渣口的溫度較只有主噴嘴供氧時要高，因而也就放寬了對原料煤灰熔點的要求，可采用的原料煤灰熔點較傳統(tǒng)工藝約高100℃。

2.2Ⅱ型晉華爐

Ⅱ型晉華爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)。水冷壁氣化爐不用耐火磚，而由掛壁的爐渣來以渣抗渣。Ⅱ型晉華爐的特點如下。

（1）內(nèi)部有30mm厚的SiC涂層，運行時也不需再進行更換，2h即可直接投料。

（2）氣化爐運行時，氣化反應段膜式壁固化的灰渣層能夠?qū)λ浔谄鸨Ｗo作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蝕，起到“以渣抗渣”的效果。

（3）能夠氣化灰分、灰熔點、硫含量較高的煤。

（4）燒嘴和水冷壁共用1套循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水溫度高，不容易產(chǎn)生露點腐蝕、硫腐蝕和應力腐蝕。

（5）燒嘴冷卻采用夾套結(jié)構(gòu)，不易損壞，燒嘴冷卻水壓力比氣化爐壓力高。

（6）僅需定期停爐更換燒嘴及進行系統(tǒng)清理，單爐年運轉(zhuǎn)時間可達8000h以上，可以不設置備用爐。

2.3Ⅲ型晉華爐

Ⅲ型晉華爐屬“合成氣/蒸汽聯(lián)產(chǎn)氣化爐”。Ⅰ型晉華爐和Ⅱ型晉華爐采用激冷流程，而Ⅲ型晉華爐通過在激冷室內(nèi)設置輻射式蒸汽發(fā)生器回收高溫合成氣的熱量，屬半廢鍋流程。Ⅲ型晉華爐采用水煤漿進料，氣化爐上部為氣化室，采用水冷壁結(jié)構(gòu)，氣化溫度可以高達1600℃;氣化爐下段采用一個輻射式蒸汽發(fā)生器（廢鍋），氣化室高溫煤氣進入廢鍋段回收熱量，副產(chǎn)高壓蒸汽，然后進入文丘里洗滌器，最后由激冷洗滌塔洗滌水煤氣。Ⅲ型晉華爐的特點如下。

（1）采用組合式燒嘴，點火、烘爐、投料用同一個燒嘴，開車過程中不需要更換燒嘴;燒嘴的冷卻水使用膜式水冷壁中的水，緩解了因露點腐蝕、應力腐蝕等造成的燒嘴使用壽命較短問題，大大延長了燒嘴的使用壽命。

（2）氣化室采用膜式水冷壁，氣化爐爐溫可適當提高，擴展了其對原料煤的適應范圍;膜式水冷壁采用垂直懸掛式結(jié)構(gòu)，布水均勻，水力循環(huán)系統(tǒng)采用自然循環(huán)設計。

（3）從氣化室出來的高溫合成氣進入內(nèi)置廢鍋副產(chǎn)高壓蒸汽，提高了系統(tǒng)熱效率，且廢鍋的大小可根據(jù)變換系統(tǒng)需要的汽氣比進行設計，從而保證變換系統(tǒng)不再補充蒸汽。

3 堅持走水煤漿氣化技術(shù)國產(chǎn)化的道路

水煤漿氣化技術(shù)簡單、成熟、經(jīng)濟、環(huán)保，深受國內(nèi)煤化工企業(yè)的歡迎。水煤漿氣化技術(shù)源于上世紀60年代引進的意大利蒙特卡蒂尼公司的重油氣化技術(shù)（后置激冷流程），后來原料變?yōu)樵?，上世紀90年代原料變?yōu)槊骸Ｎ覈钤鐟玫乃簼{氣化技術(shù)從Texaco公司引進，后來變成GE氣化技術(shù)，雖歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，但其后置激冷流程并沒有實質(zhì)性的變化。

引進的水煤漿氣化技術(shù)屬于一個單元技術(shù)，它包括煤漿制備、氣化爐、激冷室、文丘里噴口、激冷洗滌塔等部分，氣化爐后面部分采用激冷流程。后來，此項技術(shù)國內(nèi)掌握得非常好，其設計、制造、安裝、生產(chǎn)等方面都已經(jīng)完全被吃透。

在引進Shell粉煤氣化技術(shù)后，國內(nèi)也作了全面的消化吸收，對于冷壁爐技術(shù)、平行式多噴嘴技術(shù)也完全吃透，現(xiàn)已開發(fā)出四噴嘴氣化爐、晉華爐等?？傊?，引進技術(shù)不是目的，而是激發(fā)國內(nèi)創(chuàng)造力的起點。

晉華爐經(jīng)歷了10多年的不斷發(fā)展，已經(jīng)有3種型號，其爐壁涵蓋耐火磚和水冷壁，后置流程包括激冷流程和廢鍋流程。針對不同的原料、不同的產(chǎn)品需求，可適應不同的工藝，從而全面走向煤化工應用領(lǐng)域。

這表明，在引進技術(shù)后，只要堅持走技術(shù)國產(chǎn)化的道路，不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新，就能夠超過世界先進水平，就一定能夠取得成功。

結(jié)束語

經(jīng)過10多年的實踐與探索，我國在水煤漿氣化方面積累了豐富的操作、運行、管理與制造經(jīng)驗，技術(shù)日趨成熟與完善，而且經(jīng)過長期的科技攻關(guān)，在消化國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上推陳出新，形成了完整的水煤漿氣化理論體系，研究開發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的水煤漿氣化技術(shù)，而晉華爐則是其后起之秀的代表。

參考文獻

[1]史俊高，安曉熙，王帥.我國水煤漿氣化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中外能源，2020，25（03）：21-28.