HT-L航天炉煤气化工艺介绍
一、工艺简介
航天炉又名HT-L煤粉加压气化炉，是借鉴荷兰SHELL、
德国GSP、美国TEXACO煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的
盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化
工艺。
长期以来，国内缺乏自主的粉煤加压气化技术，国内煤化工
不能大规模地发展，需要引进国外先进技术，选用德士古煤气化
技术，无法实现原料煤的本地化；选用壳牌煤气化技术的投资又
太大。所以，开发具有自主知识产权的高效、洁净、煤种适应性
广的国内煤气化技术，一直是业界的梦想。
气化炉的核心部件是气化炉燃烧喷嘴，该喷嘴必须具有超强
的耐高温特性，这个特性要实现起来难度较大。而与此类似，火
箭上天时喷嘴所经受的温度也很高，而且比气化炉燃烧喷嘴要经
受的温度高得多。如果把航天技术“嫁接”到煤化工产业，那就
有点像杀鸡用上宰牛刀，技术难度上是没有问题的。
航天长征化学工程股份有限公司（简称“航天工程公司”）
前身为北京航天万源煤化工工程技术有限公司，主营业务是以航
天粉煤加压气化技术为核心，专业从事煤气化技术及关键设备的
研发、工程设计、技术服务、设备成套供应及工程总承包。航天
工程公司目前拥有自主知识产权的航天（HT-L）粉煤加压气化技
术，该技术可广泛应用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃、煤
制乙二醇、煤制天然气、煤制油、煤制氢、IGCC发电等领域。二、工艺介绍
HT-L粉煤气化技术工艺原理为原料煤经过磨煤、干燥后，用N2进行加压输送，将粉煤输送到气化炉烧嘴。干煤粉（80℃）、纯氧气（200℃）、过热蒸汽（420℃）一同进入气化炉气化室，瞬间发生升温、挥发分裂解、燃烧及氧化还原等物理和化学过程。生成的1400℃～1600℃的合成气经过冷却后，出气化炉的温度为210℃～220℃，再经过文丘里洗涤器增湿、洗涤，和洗涤塔进一步降温、洗涤，产出温度约为204℃、粉尘含量小于10×10-6的粗合成气。
HT-L粉煤气化炉为航天粉煤加压气化装置核心、关键专利设备。粉煤、氧气蒸汽按一定比例通过燃烧器进入气化炉，在气化室中进行燃烧气化反应，生成的含有高温熔渣的粗合成气，一部分高温熔渣挂在复合水冷壁上，形成稳定的抵抗高温的渣层，其余熔渣和粗合成气进入激冷室。粗合成气在激冷室中被激冷水激冷降温，并蒸发水蒸气到饱和，同时熔渣迅速固化，通
过分离装置实现合成气、液态水、固渣的分离。合成气通过管口输出进入后续工段，主要成分为一氧化碳和氢气。固渣通过排渣口进入破渣机中，并断续排出。含有细灰的黑水通过管口进入渣水处理系统。
★工艺系统介绍
1、磨煤与干燥系统
磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，两套系统一开一备，单套能力35吨/小时，目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。没有单独的石灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上，一块进入磨煤机研磨。
2、加压输送系统
加压输送系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气化。不同是V1205下面是三条腿，三条线输送，到烧嘴处汇合从烧嘴环隙呈螺旋状喷入炉膛。
3、气化及净化
烧嘴设计同GSP，采用单烧嘴顶烧式气化，气化炉采用TEXACO激冷工艺，气化炉升压到1MPa 时，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉，稳压1小时挂渣，炉膛内设置有8个温度检测点，可以作为气化温度的参考点，也可以判断挂渣的状态。设计气化温度1400-1600℃，气化压力4.0MPa。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷，也由此分离，激冷过程中，激冷水蒸发，煤气被水蒸汽饱和，出气化炉为199℃，经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后，194℃、固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去变换。
4、渣及灰水处理系统
渣及灰水处理系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与TEXACO工艺相同。渣经破渣机，高压变低压锁斗，排到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；灰水经高压闪蒸、真空闪蒸后到沉降池，清水作为激冷水回收利用，浆水经真空抽滤后制成滤饼。
三、特点
★航天炉的优点:
1、具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；
2、气化炉为水冷壁结构，能承受1500℃至1700℃的高温；
3、对煤种要求低，可实现原料的本地化；
4、拥有完全自主知识产权，专利费用低，关键设备已经全部国产化，投资少，生产成本低。据专家测算，应用航天炉建设年处理原煤25万吨的气化工业装置，一次性投资可比壳牌气化炉少3亿元，比德士古气化炉少5440万元；每年的运行和维修费用比壳牌气化炉少2500万元，比德士古气化炉少500万元。
它与壳牌、德士古等国际同类装置相比，有三大优势：
一是投资少，比同等规模投资节省三分之一；
二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；
三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面积推广。
★缺点问题：
1、航天炉系统联锁多，特别试车时，数据变动有可能造成跳车。
2、多种因素会导致炉温超温，烧坏耐火材料甚至盘管。
3、由于操作不稳定等因素，会造成粗渣、滤饼中残炭含量较高。
4、粗渣和滤饼中含水量较高，后续处理较为困难，一般无法回收。
5、水处理系统不太完美，水温较高，易造成滤布变形跑偏或打折损坏滤布，两级闪蒸不如三级闪蒸。
6、副产蒸汽为饱和蒸汽，如需用过热蒸汽只能降压使用，给全厂的蒸汽平衡带来一定困难。
四、技术参数
HT-L粉煤气化装置对煤种的一般要求:
HT-L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛，从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均可作为气化的原料。即使是高灰分、高水份、高硫的煤种也能使用。但从经济运行角度考虑，并非所有煤种都能够获得好的经济效益。因此，使用者应该认真细致地选择合适的煤种，在满足设计要求的前提下，保证装置的稳定运行。
目前航天长征公司根据不同用户的需要，主要提供三种不同的炉型，三种炉型基本结构相同，主要区别在日投煤量的差异。
1、2800型
气化炉直径：2.8-3.2米；
气化炉高度：14.5米；
气化压力：4.0MPa；
日投煤量：～750吨（与煤种有关）；
（CO+H2）有效气产量：40000-51000Nm3/h（根据要求确定）。
2、3200型
气化炉直径：3.2-3.8米；
气化炉高度：19.5米；
气化压力：4.0MPa；
日投煤量：～1500吨（与煤种有关）；
（CO+H2）有效气产量：80000~11000Nm3/h（根据要求确定）
3、4000型
气化炉直径：4.0米；
气化炉高度：24.5米；
气化压力：4.0MPa；
日投煤量：～2500吨（与煤种有关）；
（CO+H2）有效气产量：140000-180000Nm3/h（根据要求确定）。
★煤种分析项目数据范围
总水（AR；%） 4.5~30.7
灰分（%；MF） 5.7~35.0
含氧（%；MF） 5.3~16.3
总硫（%；MF） 0.3~5.2
总氯（%；MF） 0.01~0.41
Na2O（%；on Ash） 0.1~3.1
K2O(%; on Ash) 0.1~3.3
CaO(%; on Ash) 1.2~23.7
Fe2O3(on Ash) 5.9~27.8
SiO2(%; on Ash) 24.9~58.9
AL2O3(%; on Ash) 9.5~32.6
高热值（MJ/kg;MF） 22.8~33.1
1、水分
煤中水分包括外表水和内存水，他们属于化合水部分，游离水也是煤中水分的一部分。
外表水是煤粒表面的水分，来源于机械采煤的润湿，露天放置或运输中的雨水，防止自然飞灰的洒水。煤的外表水对气化虽然没有影响，但外表水高会增加运输费用。对磨煤时可能因水分高使原煤仓下煤不畅，外表水分不稳定还易造成煤干燥系统热能量消耗的波动，从而使燃料气量和助燃风量增加提高了成本。外表水突然增大，煤干燥系统为保证如炉中水储量的稳定，就要增大燃料的消耗，造成原料浪费及污染环境。外水的高低与采煤、贮存、运输方式有关，通过人的努力是可以改变的。因此应尽量降低外水表含量，以节省开支且方便操作。
内存水是煤的内在水分，即煤的结合水，以化学态形式存在于煤中。煤的内水高，同样会增加运输费用。更重要的是，去除内水要比去除外表水消耗更多的加热燃料。因此，内水越高，送入气化炉的粉煤中含水量会增高，水分气化所消耗的能量增多，粗合成气中的有效气体成份降低，气化效率因此降低，煤耗增加。
2、灰分
灰分是煤中不直接参加气化反应的惰性物质，但灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热。煤灰分含量高，则气化后的有效气体成分就少，送入气化炉同质量的煤，灰分高的煤产气量少，灰渣量大，能耗高。根据资料介绍。在同样反应条件下，灰分增加1%，氧增大0.7%~0.8%，煤耗增大1.3%~1.5%，灰分越高气化煤耗、氧耗越高，灰渣对炉内构件的冲刷磨蚀越快；另外，灰渣量越大，对输煤，气化炉灰渣水处理系统的影响越大，气化炉及灰渣处理的系统除渣负荷也就越重，对管道和设备的磨蚀也随之加快。严重时会影响气化炉的正常运行。但由于HT-L粉煤气化装置是采用冷壁结构，以渣抗渣，如果灰分含量太低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉的使用寿命。
3、灰熔点及灰组成
HT-L粉煤气化装置采用液态排渣，为保证气化炉排渣顺利。正常操作温度应高于灰熔点FT （流动温度）约200℃。如煤灰熔点过高，势必要求提高气化操作温度。提高操作温度虽然有利于碳转化及气化炉排渣，但操作温度过高，辐射室水冷壁散热量增大，锅炉蒸汽量也大幅提高，使得冷煤气效率下降，从而影响气化炉运行的经济性。因此选择灰熔点低的煤种，可以降低操作温度，提高煤的利用效率。另外，如果煤的灰熔点低，操作温度就可以降低，与高灰熔点煤相比较，无需消耗过多氧与碳反应生成CO2来维持较高的操作温度。有效气体的产率就高。
对高灰熔点煤，一般可以通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性，一般为石灰石，但是加石灰要适量，石灰石添加不合适会直接影响氧炭比，过量会形成结垢对水系统的循环也是不利的，适量的石灰石以保证气化炉的正常运转。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、 TiO2及Na2O、K2O等组成。一般而言，煤灰中酸性组分SiO2、AL2O3、TiO2和碱性组分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越大，灰熔点越高，煤灰组成一般对气化反应无多大影响，但其中某些组分含量过高会影响煤灰的熔融特性，造成气化炉渣口排渣不畅或渣口堵塞。
五、现状
濮阳龙宇航天炉平稳运行创纪录
截止2012年10月8日，濮阳龙宇甲醇项目航天炉装置已连续运行210天，创国内同类型气化炉最长运行周期纪录。9月份，该公司累计生产成品甲醇 15637.67吨，平均日产甲醇504.4吨，是装置设计负荷的112.1%。而在10月5日生产甲醇556.76吨，创建厂以来日产量最高纪录。
安徽昊源原料改造项目航天炉点火成功
2013年3月22日，安徽昊源20万吨/年合成氨原料路线改造项目航天炉点火投煤成功，并试运行近六个小时。该项目于2012年初开工建设，目前，该项目二氧化碳压缩机、空分已开车成功。
晋开百万吨总氨项目尿素装置投料成功
2013年7月3日，由五环工程设计的河南晋开百万吨总氨项目40万吨/年大颗粒尿素（C系列）
装置投料成功。该项目位于河南开封，分两期同时开工建设4 台航天炉，年产120万吨合成氨、120万吨尿素、81万吨稀硝酸、60万吨硝酸铵、60万吨硝基复合肥、20万吨浓硝酸。项目于2010年4月开工。
沧州正元6080项目氨合成塔运抵现场
2013年9月5日，由石家庄正元塔器设备有限公司制造的DN3000氨合成塔运抵沧州正元6080项目施工现场，项目由基础建设进入设备安装阶段。该项目采用航天炉粉煤加压气化技术，一期工程概算投资43亿元。项目规模为年产60万吨合成氨、80万吨尿素。工程计划2014年4月进入试车条件，8月投入运行。
国家粉煤气化实验基地落户山东东平县
2013年12月8日，由中化二建承建的晋煤天溪煤制油工程航天炉吊装就位，该公司造气工艺技术改造工程进入了全面安装阶段。该航天炉直径为3.2米、高度为15.84米、重量为160吨。
安徽昊源航天炉加压气化首用等温变换
截至2014年5月5日，安徽昊源化工集团世界首套与航天炉配套的等温变换装置，已满负荷平稳运行12天，各项指标均达到或优于设计要求。该装置应用于安徽昊源二期18万吨/年合成氨、30万吨/年尿素原料路线改造项目。安徽昊源36·60项目分两期建设，一期18·30装置已于2013年建成投产。
六、风险
HT-L煤粉加压气化炉是结合SHELL、GSP、TEXACO的一些优势特点所开发的一种炉型，如粉煤干燥、加压输送是利用了SHELL技术；炉内辐射段类似于GSP炉，顶端单喷嘴采用的是粉煤分三路进入气化炉烧嘴的三个粉煤管旋转斜喷进料与GSP环形喷嘴不同；水冷壁盘管则采用四进四出平行并绕与GSP单管并绕不同；激冷室以下段与TEXACO炉完全相同。
认为采用航天炉存在以下风险：
★目前SHELL炉在国内投运了5套，仅湖北双环经过半年多的调试，能连续运行58天，其余装置都不能正常运行，还得接受时间的考验。反映在煤粉输送上的主要问题是煤粉不能稳定地输送和磨损严重等。航天炉的投运可能也会出现类似的问题。
★GSP冷壁炉的商业化装置目前已运行了十年未换过烧嘴，航天炉烧嘴为规避侵犯知识产权进行了从新设计，但未进行工业化试验，风险很大。
★气化炉的水冷壁，SHELL炉是多段竖管排列，GSP炉则是圆筒单管盘管，设计和制造难度都很大，内件（特别是传热面）用异型钢管等材料，目前只能都依赖进口。航天炉水冷壁内件的设计和制造能否达到国际水平，很难做出评估，风险很大。
★以CO2为输送气体的粉煤输送和气化，目前还没有成功的经验和数据，存在着一定的风险。★褐煤干燥工艺的不确定性（挥发分的丢失、能耗等），为用褐煤气化的经济性提出的挑战。
★气化炉的开发需要煤炭、金属材料、化工流体力学、传质传热知识、耐火材料、自动控制等技术的相互结合，在国内真正拥有知识产权的大容量先进气化技术至今几乎仍是空白。甘肃省院和航天十一所在国内煤化工研究、开发、设计行业非一流院、所，填补空白的能力值得质疑。
煤气化技术及工艺过程中元素平衡分析 摘要：介绍了国内应用的典型煤气化技术；无论哪种煤气化工艺，元素平衡始 终不变；分析了煤气化工艺过程中元素平衡及来源。 关键词：煤气化技术；元素；来源 煤气化工艺是传统和现代煤化工的龙头和基础。煤气化工艺是指把经过适当 处理的煤送入反应器如气化炉内,在一定的温度和压力下,通过氧化剂(空气或氧气 和蒸气)以一定的流动方式(移动床、流化床或气流床等)转化成气体，得到粗制水 煤气，通过后续脱硫脱碳等工艺可以得到精制水煤气的过程[1]。 随着近几年煤气化工艺的不断发展，特别是国内开发出了多种能适应不同煤 种的煤气化工艺。但无论哪种煤气化工艺，元素平衡始终不能改变[2]。因此，本 文以某种长焰煤为例，分析了煤气化工艺过程中元素平衡及来源。 1煤气化技术 大型工业化运行的煤气化技术，可分为固定床气化技术、流化床气化技术、 气流床气化技术。 1.1 固定床气化技术 在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气 化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固 定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度 向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。 1.2 流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为 气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行 气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。流化床气化 技术是在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完 善的一种煤气化工艺。 灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离 装置，形成床内局部高温区，使灰熔聚气化反应装置灰渣团聚成球，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量的灰渣。 1.3 气流床气化技术 目前的主流技术，以GE水煤浆气化技术、四喷嘴水煤浆气化技术、壳牌干 煤粉气化、GSP气化技术和航天炉气化技术等为代表。它是一种并流气化，用气 化剂将粒度为0.1mm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化 反应，灰渣以液态形式排出气化炉。 2典型煤气化技术 2.1 鲁奇固定床煤加压气化技术 鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求 原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。焦油分离、含酚污水处理复杂。 2.2 GE水煤浆气化技术
［收稿日期］2013-09-30 ［作者简介］童维风，男，安徽凤台人，助理工程师，从事航天炉煤气化工作。 浅析煤质对航天炉运行的影响 童维风 （安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽临泉236400） ［中图分类号］TQ 052.71［文献标志码］B ［文章编号］1004－9932（2014）03－0012－03 我公司气化车间原料气的制备采用的是航天 炉粉煤加压气化技术，根据实际情况选择适合航天炉经济、稳定运行的煤种一直是我们努力的任务和方向。通过对原煤水分、灰分、挥发分、固定碳、灰熔点、热值等指标的分析，可以对煤质的性质做出初步判断，确定其应用的范围，达到充分、高效利用煤资源，提高企业经济效益的目的。1 水分对气化过程的影响 根据煤中水分的结合状态，分为内在水分、外在水分和结晶水3大类。水分对气化过程影响主要体现在以下几方面。 （1）干燥粉煤用的热风炉燃料气消耗增加为满足粉煤的加压输送，避免在输送和贮存过程中产生结块、架桥，磨煤机干燥单元必须控制合格的粉煤水分含量，一般要求粉煤水分含量≤2%（质量分数，下同）。为控制合格的粉煤水分，对于制出相同质量的粉煤，水分越高的原煤消耗量就越多，用于原煤干燥的燃料气消耗量也就越多。根据我公司的实际情况，通过估算， 每烘干1t 水，需耗燃料气约263m 3 ，我公司的2套气化装置的日投煤量在1600t 左右，若原煤 水分增加1%，则每天多耗燃料气4208m 3 。 （2）磨机功耗增加 原煤水分越高，对于磨出水分合格的相同质量的煤粉，所需要的原煤量也就越多，磨机的功耗和磨损就会增加。 （3）煤单耗增加 对于气化来说，原煤中的水分增加，也就相对降低了煤中的有效成分，从而增加了原料煤的 消耗。 总之，原料煤中的水分越低越好。因此，要严格控制原料煤的水分，同时原料煤要堆放在煤棚中，避免外来水分进入煤中。2 灰分对气化过程的影响 灰分指煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残留物。从气化反应角度来说，灰分在气化反应中是有害而无用的物质，不参加化学反应，也不产生合成气的有效成分，灰分熔融要消耗热量，增大比氧耗和比煤耗。灰分越高，原煤中的有效成分就相对降低，同样的原煤量所产的气量就下降，原料煤消耗就会越高。通过估算，煤种灰分每增加1%，吨氨煤耗就会增加0.1t 。但对于采用以渣抗渣原理的航天炉来说，煤中的灰分尤其重要且具有特殊的意义。 航天炉燃烧室内设有水冷盘管，水冷盘管上有密集的抓钉，用于固定炉内向火面的耐火材料以保护水冷壁的安全运行。在实际运行过程中，单靠耐火材料保护水冷壁是不够的，还要通过气化燃烧后的熔渣被甩到耐火材料上形成相对稳定的隔热层来有效保护水冷盘管的安全运行，因此原煤中必须要有足够的灰分才能够在燃烧后产生足够的渣用于保护气化炉水冷盘管。 粉煤进入气化炉和氧气燃烧后产生的渣一部分进入渣锁斗被排出，一部分进入灰水系统，少量的渣被甩到气化炉水冷壁的耐火材料上，用于保护水冷壁，这部分渣量虽少，但作用却很大。原煤中的灰分过少时，燃烧后形成的渣量少，导致水冷壁耐火材料上无法挂渣，水冷盘管受辐射热较高而使耐火材料损坏，严重时对水冷盘管造成损害，因此，对于灰分较低的煤种，只能采取降低气化炉操作温度的方法维持运行。2013年初，我公司就对灰分较低（5%左右）的新疆黑山煤进 第3期2014年5月中氮肥 M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No.3May 2014
安徽临泉航天炉运行及考核 一、设计消耗： 1、氧耗：≤330Nm3/1000Nm3(H2+co) (330～360) 2、煤耗：≤650kg/1000Nm3(H2+co) (607) 3、装置负荷范围：60～110% 安徽临泉开过40%、50%、75%、100%、110%的负荷。 4、冷煤气效率：80% （80～83%） 5、热效率：（～95%） 6、碳转化率：（99%） 二、考核前整改： 第一次整改：2008.11.03～2009.04.14 1、水冷壁维修。 2、增加粉煤输送系统伴热，控制粉煤温度。 3、改善粉煤流量计的准确性、稳定性的问题。 4、改造渣水系统，保证灰水絮凝、沉降、过滤运行的稳定。 5、完善管道、阀门的支撑，确保运行稳定。 6、加强培训，提高操作水平，优化工艺操作。 第二次整改：2008.11.03～2009.04.14
1、重新筛选灰水絮凝剂。（德士古很多年了，技术也很成熟， 渣水工艺和航天炉几乎一样，可是为什么临泉的渣水处理会有问题呢？ 2、进行工艺烧嘴的优化。 3、增设事故黑水沉降池，改善环境。 4、检查、更换部分粉煤系统充气过滤器。 三、运行及考核： 1、稳定运行阶段：2009.04.15～2010.03.31 ⑴开工率92%。 ⑵连续运行125天。 ⑶最高甲醇日产556t。 ⑷最低吨甲醇煤耗1.28t. ⑸航天炉对煤种的适应性得到验证。 ⑹冷煤气效率80%以上。 ⑺一般从气化准备开车到送出合格合成气可控制在2h以内。 ⑻系统开停车全部采用自动控制。 2、性能考核阶段：2009.09.12～15 ⑴装置生产能力在设计的110%稳定运行。 ⑵氨醇产量基本稳定在510～530t,最高556t。 ⑶考核期间装置操作弹性在75～110%负荷调整。 ⑷合成气入口压力可在2.5～3.3MpaG调整。 ⑸负荷增减期间系统稳定，工艺指标合格。
初探煤气化工艺方案的选择 1 几种煤气化工艺及特点介绍 煤气化是煤化工的龙头技术，是煤洁净利用技术的重要环节，C1化学的基础。煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、联合循环发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术，对我国经济和保障国家安全具有重要的战略意义。 煤气化过程采用的气化炉炉型，目前主要有以下3种： 固定床﹙UGI、鲁奇﹚； 流化床﹙灰熔聚、UGAS、鲁奇CFB、温克勒、KBR、恩德等﹚； 气流床﹙Texaco、Shell、GSP、PRENFLOW、国产新型水煤浆、二段干煤粉、航天炉等﹚。 1.1固定床制气工艺 1.1.1常压固定床间歇制气工艺 工艺特点是：常压气化，固体加料10-50mm，固体排渣，间歇气化，空气和蒸汽作气化剂，吹风和制气阶段交替进行，适用原料白煤和焦碳，气化温度800～1000℃。代表炉型有美国的U.G.I型和前苏联的U.G.Ⅱ型。工艺过程都比较熟悉，这里从略。 技术优点：历史悠久，技术成熟，设备简单，投资省，生产经验丰富。
技术缺点：技术落后，原料动力消耗高，炭转化率低70～75%，产品成本高，生产强度低，程控阀门多，维修工作量大，废气、废水排放多，污染严重，面临淘汰。 1.1.2常压固定床连续制气 常压固定床连续制气工艺的技术特点：常压气化，固体加料，床体排渣，连续制气，富氧空气﹙氧占50%﹚或氧气加蒸汽做气化剂，无废气排放，适用煤种白煤和焦碳。 技术优点是：连续制气，炉床温度稳定，约为900～1150℃，操作简单，程控阀门少，维修费用低，生产强度大，碳转化率高，约80～84% 。 技术缺点：需要空分装置，投资比较大。 固定床连续制气工艺的技术突破在于以氧气或富氧空气加蒸汽做气化剂，由于气化剂中氧含量的增加，气化反应过程中，燃烧产生的热量与煤的气化和蒸汽分解所需要的热量能够实现平衡，可以得到稳定的反应温度和固定的反应床层，可以实现连续制气，不用专门吹风，无废气排放，生产强度和能源利用率都有了很大的提高。 1.1.3 固定床加压气化工艺：前西德鲁奇公司(Lurgi)开发。 工艺特点：加压气化，固体加料，固体排渣，连续气化，氧气和蒸汽作气化剂，设有加压的煤锁斗和灰储斗，适用煤种：褐煤、次烟煤、活性好的弱粘结煤。 技术优点：加压气化3.1 MPa，生产强度大，碳转化率高约90%。 技术缺点：反应温度略低700～1100 ℃，甲烷含量较高，煤气当中含有焦油和酚类物质，气体净化和废水处理复杂，流程较长，投资比较大。 1.2 流化床工化工艺 流化床气化工艺的总体特点是：以粉煤或小颗粒的碎煤为原料气化，气化剂以一定的速度通过物料层，物料颗粒在气化剂的带动下悬浮起来，形成流化床，由于物料层处于流化状态，煤粉和气化剂之间混合更允分，接触面积更大，煤粉和气化剂迅速地进行气化反应，反应产生的煤气出气化炉后去废热回收和除尘洗涤系统，反应产生的灰渣由炉底排出。气流床反应物料之间的传热和传质速率更快，过程更容易控制，生产能力也有了较大的提高。下面就流化床气化工艺发展过程中的几种工艺的技术特点分别作一下介绍。
航天炉煤气化技术运行情况 航天, 煤气化, 技术, 运行 HT-L煤气化技术的生产应用 HT-L煤气化工艺是航天十一所借鉴荷兰SHELL、德国GSP、美国TEXACO煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化工艺。现将该工艺在煤化工项目中的应用介绍如下： 一、工艺介绍 1、磨煤与干燥系统 磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，两套系统一开一备，单套能力35吨/小时，目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。没有单独的石灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上，一块进入磨煤机研磨。 2、加压输送系统 加压输送系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气化。不同是V1205下面是三条腿，三条线输送，到烧嘴处汇合从烧嘴环隙呈螺旋状喷入炉膛。 3、气化及净化 烧嘴设计同GSP，采用单烧嘴顶烧式气化，气化炉采用TEXACO激冷工艺，气化炉升压到1MPa时，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉，稳压1小时挂渣，炉膛内设置有8个温度检测点，可以作为气化温度的参考点，也可以判断挂渣的状态。设计气化温度1400-1600℃，气化压力4.0MPa。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷，也由此分离，激冷过程中，激冷水蒸发，煤气被水蒸汽饱和，出气化炉为199℃ ，经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后，194℃、固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去变换。 4、渣及灰水处理系统 渣及灰水处理系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与TEXACO工艺相同。渣经破渣机，高压变低压锁斗，排到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；灰水经高压闪蒸、真空闪蒸后到沉降池，清水作为激冷水回收利用，浆水经真空抽滤后制成滤饼。 二、技术特点 1、原料的适应性 据设计方介绍，该工艺煤种适应性广，从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化，对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。龙宇生产用过两种煤，神木炭厂和永煤新桥，工况稳定，有效气含量基本能够达到设计要求，但由于神木炭厂的煤灰分含量低（＜10%），挂渣情况不是太好，炉膛上部还可以，下部基本挂不上渣。永煤新桥煤运行时间较短，还不能完全反应其结渣性。附神木炭厂和永煤新桥
煤气化理论 气化过程是煤的一个热化学加工过程。它是以煤为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸汽或氢气等作气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化所得的可燃气体称为煤气，进行气化的设备称为气化炉。煤气的成分取决于燃料、气化剂的种类以及进行气化过程的条件。 碳与氧之间的化学反应 ? C + O2= CO2 ?2C + O2= 2CO ? C + CO2= 2CO ?2CO + O2 = 2CO2 在一定温度下，碳与水蒸气发生的化学反应 ? C + H2O = CO + H2 ? C + 2H2O = CO2 + 2H2 这是制造水煤气的主要反应，也称为水蒸汽分解反应，两反应均为吸热反应。反应生成的CO可进一步和水蒸汽发生如下反应CO + H2O = CO2 + H2 煤气中的甲烷，一部分来自煤中挥发物的热分解，另一部分则是气化炉内的碳与煤气中的氢反应以及气体产物之间的反应的结果。 ? C + 2H2= CH4 ? CO + 3H2= CH4 + H2O ? 2CO + 2H2 = CH4 + CO2
? CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O 上述生成甲烷的反应，均为放热反应。 煤中其他元素与气化剂的反应 煤中还含有少量元素氮（N）和硫（S）。他们与气化剂O2、H2O、H2以及反应中生成的气态反应物之间可能进行的反应如下 ?S + O2 = SO2 ?SO2 + H2 = H2S + 2H2O ?2H2S + SO2 = 3S + 2H2O ? C + 2S = CS2 ?CO + S = COS ?N2 + 3H2=2NH3 ?N2 + H2O + 2CO = 2HCN + 1.5O2 ?N2 + XO2 = 2NOx 煤气化分类 煤气化方法的分类多种多样： 按操作压力：常压和加压气化两类； 按操作过程的连续性：间歇操作和连续操作两类； 按排渣方式：熔融排渣和固态排渣两类；
航天炉工艺及主要设备参数介绍 1、生产工艺介绍 本装置为HT-L粉煤加压气化装置，是由北京航天院设计的示范装置，设计日消耗原料煤约929.64吨，消耗氧气约48.6万立方米。在4.0MPa条件下通过气化反应，生产CO+ H2为1.22×106Nm3/d，经洗涤后送变换。HT-L粉煤气化工艺是一种以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气的工艺。HT-L粉煤气化工艺采用了盘管式水冷壁气化炉，顶喷式单烧嘴，干法进料及湿法除渣，在较高温度（1400～1700℃）及压力（4.0 MPa左右）下，以纯氧及少量蒸汽为气化剂的气化炉中对粉煤进行部分气化，产生以CO、H2为主的湿合成气，经激冷和洗涤后，饱和了水蒸汽并除去细灰的合成气，送入变换系统。 该HT-L粉煤加压气化装置包括1500、1600、17000、1800四个单元：其中1500单元为磨煤单元、1600单元为粉煤加压及输送单元、1700单元为气化及合成气洗涤单元、1800单元为渣及灰水处理单元。1500单元、1600单元、1700单元、均为双套装置、1800单元为单套装置。 1.1航天炉工艺原理 航天炉属于粉煤加压气流床，利用纯氧和少量蒸汽为气化剂，二氧化碳或氮气输送粉煤，有特质的粉煤烧嘴送入高温高压的气化室完成气化反应，生成以CO和H2为主要成分的合成气，气室多余的热量由水冷壁吸收产生中压蒸汽，煤中的灰分形成熔渣，与高温合成气一同进入激冷室进行水激冷后排出气化炉。 1.2气化炉主要结构 气化炉主要由气化炉外壳、螺旋盘管和水冷壁和激冷室内件组成，气化炉外壳为三类压力容器，螺旋盘管和水冷壁由气化室主盘管、渣口盘管、炉盖盘管三部分组成，盘管内水循环为强制循环，通过汽包副产中压饱和蒸汽，水冷壁向火侧敷有耐火材料一方面为了减少热损失，另一方面为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣保护炉壁，气化炉上部为气化段，下部为熔渣激冷段，气化段位圆柱形反应室，激冷段内有激冷环、下降管、上升管和渣池水分离挡板等主要部件。 1.3航天炉主要特点 1、干粉进料，煤被磨制成20-100μm粉煤颗粒，并经过热气干燥，惰性气体输送，介质为CO2或N2，加压气化强化燃烧，提高单位体积产气率，与常压炉相比在同样生产能力下航天炉气化强度高、设备尺寸小、结构紧凑、占地面积小、燃烧效率高。 2、一般操作温度为1400-1850℃，煤种适应范围广，对煤的灰熔点要求范围宽，碳转化率99%，有效气CO﹢H2体积比90%左右，CH4气体体积仅有几十至几百PPm 3、水冷壁结构为多头并联结构可以保证管程流阻分布均匀，强制循环可以防止局部传热恶化发生爆管故障。 1.4气化炉正常生产时主要测定和控制的参数 1.4.1气化煤种的煤质分析，已确定合理的氧煤比等操作条件 1.4.2合成气分析，通过分析了解合成气的品质和炉内的反应情况 1.4.3灰渣的产量和残炭分析，了解炉内工况和气化效率 1.4.4粉煤、氧的温度、压力和消耗情况
航天炉粉煤气化装置长周期稳定运行总结 黄保才，童维风，任 山，郭兴建 （安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽临泉236400） ［摘要］通过对工艺的不断优化和对设备的改进，安徽晋煤中能化工股份有限公司航天炉粉煤气化 装置的运行周期和稳定性不断提高。从工艺控制和设备管理两方面对航天炉粉煤气化装置稳定运行的控制思路和方法进行了论述。 ［关键词］航天炉；长周期稳定运行；工艺控制；设备管理［中图分类号］TQ 546 ［文献标识码］B ［文章编号］1004－9932（2013）05－0004－03 ［收稿日期］2013-01-21 ［作者简介］黄保才（1983—），男，安徽固镇人，助理工程师。 Summary on Hangtian Pulverized Coal Gasifier's Long Steady Operation HUANG Baocai ，TONG Weifeng ，ＲEN Shan ，GUO Xingjian （Anhui Jinmei Zhongneng Chemical Co．，Ltd ，Linquan 236400，China ） Abstract ：Through process optimization and equipment modification ，the running span and steadibility of Hang-tian pulverized coal gasifier in Anhui Jinmei Zhongneng Chemical Co．，JP 〗Ltd were greatly risen．This paper mainly introduces the control approach and method for keeping the gasifier steady operating from two aspects ，process control and facility management． Key Words ：Hangtian gasifier ；long steady operating ；process control ；facility management 0引言 具有中国自主产权的粉煤气化技术— ——航天炉（HT-L ）粉煤气化技术的研发和成功应用，表明中国已进入煤气化时代，为中国广大煤资源合理利用提供了设备基础。我公司航天炉（HT-L ）粉煤加压气化装置于2008年10月31日一次投料开车成功，开始了装置试车阶段，此阶段最长运 行了0.6d 。通过对系统暴露的问题逐一进行改造、完善，2009年装置最长连续运行了45d ；之后通过对工艺的不断优化和对设备的改进，装置的运行周期和稳定性不断提高，2010年最长连续运行周期达到89d ，2011年创造了156d 的新纪录，2012年再次刷新纪录，最长连续运行周期达到215d ，创造了粉煤气化史上新的辉煌。从航天炉装置能维持运行到稳定运行，到目前的长周期、稳定、经济运行，经历了不断摸索、改进和完善的过程，以下从工艺控制和设备管理两方面对航 天炉粉煤气化装置稳定运行的控制思路和方法进 行论述。1工艺控制 1.1 磨煤单元负荷控制 磨煤单元的稳定运行，有利于粉煤的稳定输 送，减少氧煤比的波动，可降低对气化炉燃烧的不利影响。磨煤稳定性主要表现在磨出的粉煤细度、水分含量合格且能连续输送稳定。航天炉配套的磨煤机型号为MPS180，最大出力为31.57t /h 。原煤水分含量一般大于10%，气化炉高负荷运行时，输送到炉内的粉煤量达到28t /h ，磨煤机基本达到100%负荷。当原料煤的全水含量≤10%时，还可以提高磨煤机负荷至105%，但磨出的粉煤粒径增大，水分含量上升，粉煤管道磨损加快，管线输送波动大，粉煤在气化炉内燃烧不稳定、不完全，这种情况下再提高磨煤机负荷已不利于气化炉的长周期稳定运行。因此，一般采用1台磨煤机80% 100%负荷运行，备用磨煤机间断补料，磨出的粉煤相对稳定，有利于气化反应的稳定性。 第5期2013年9月中氮肥 M-Sized Nitrogenous Fertilizer Progress No.5Sep．2013
煤气化工艺的选择和对航天炉的看法 目前国际上先进的加压气流床煤气化工艺技术主要是Shell 公司的SCGP粉煤加压气化工艺、美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺和德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化工艺。 近十年来，在中国的化肥工业中，美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺已有渭河、鲁南、上海焦化、淮南、浩良河、金陵石化等12套成功应用的业绩，另外还有7套装置正在建设中。 Shell公司的SCGP工艺是粉煤加压气化工艺，是近年发展起来的先进煤气化工艺之一，已成功地用于联合循环发电工厂的商业运营。目前国内已有湖北双环、广西柳化、湖南洞氮、湖北枝江、安庆石化、神华、云南沾益、云天化、大连大化、永煤集团、河南开祥、中原大化等19套装置，有5套投料试运行，其余在建或已签合同。 GSP工艺技术采用气化炉顶干粉加料与反应室周围水冷壁结构，是较为先进的气化技术。目前国内多家企业计划引进该技术建设大型煤化工装置。但江苏宜兴和淮化在与德国未来能源公司签订引进协议并进行了用淮南煤在德国的试烧后，因未来能源公司的工程能力等问题而终止了协议。 煤气化工艺实质上是在Texaco工艺、Shell工艺、GSP工艺和国内煤气化工艺中选择。 （1）Texaco水煤浆气化工艺
Texaco工艺采用水煤浆进料、液态排渣、在气流床中加压气化，水煤浆与纯氧在高温高压下反应生成煤气。Texaco水煤浆气化工艺具有如下特点： ★对煤种有一定适应性。国内企业运行证实水煤浆气化对使用煤质有一定的选择性：气化用煤的灰熔点温度t3值低于1350℃时有利于气化；煤中灰分含量不超过15%为宜，越低越好，煤的热值高于26000 kJ/kg，并有较好的成浆性能，使用能制成60～65%浓度的水煤浆之煤种，才能使运行稳定。 ★气化压力高。工业装置使用压力在2.8～6.5MPa之间[MS6]，可根据使用煤气的需要来选择。 ★气化技术成熟。制备的水煤浆可用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。气化炉为专门设计的热壁炉，为维持1350～1400℃温度下反应，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。热回收有激冷和废锅两种类型，可以煤气用途加以选择。 ★合成气质量较好。其有效组分（CO+H2）含量占80%，甲烷量<0.1%。碳转化率95～98%。冷煤气效率70～76%，气化指标较为先进。由于水煤浆中含有35～40%水分，因而氧气用量较大。 ★对环境影响较小。气化过程不产生焦油、萘、酚等污染物，故废水治理简单，易达到排放指标。高温排出的融渣，冷却固化后可用于建筑材料，填埋时对环境也无影响。
煤气化技术简介及装置分类 煤气化是清洁利用煤炭资源的重要途径和手段。目前，国内自行开发和引进的煤气化技术种类众多，但总体上可以分为以下三大类： 一、固定床气化技术 以鲁奇为代表的加压块煤气化技术。鲁奇加压气化炉是由联邦德国鲁奇公司于1930年开发的，属第一代煤气化工艺，技术成熟可靠，是目前世界上建厂最多的煤气化技术。鲁奇气化炉是制取城市坑口煤气装置中的心脏设备。它适应的煤种广﹑气化强度大﹑气化效率高﹑粗煤气无需再加压即可远距离输送。鲁奇气化技术的特点为：采用碎煤加压式填料方式，即连接在炉体上部的煤锁将原料制成常温碎煤块，然后从进煤口经过气化炉的预热层，将温度提高至300℃左右。从气化剂入口吹进的助燃气体将煤点燃，形成燃烧层。燃烧层上方是反应层，产生的粗煤气从出口排出。炉篦上方的灰渣从底部出口排到下方连接的灰锁设备中，所以气化炉与煤锁﹑灰锁构成了一体的气化装置。鲁奇炉的代表炉型即第三代MARK－IV/4型Ф3800mm加压气化炉, 炉体由内外壳组成，其间形成50mm的环形水冷夹套，是一种技术先进﹑结构更为合理的炉型。我公司为河南义马、大唐克旗等制做了多台鲁奇式气化炉。 图1 鲁奇加压块煤气化装置
二、流化床气化技术 以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七.七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，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量的灰渣。目前，中科院山西煤化所山西省粉煤气化工程研究中心开发的加压灰熔聚气化工业装置已经成功应用于晋煤集团天溪煤制油分公司1 0万吨/年煤基MTG合成油示范工程项目，该项目配备了6台灰熔聚气化炉（5开1备），气化炉操作压力0.6MPa，日处理晋城无烟煤1600吨，干煤气产量125000Nm3/h（配套30万吨/年合成甲醇）。 图2 灰熔聚气化反应装置 三、气流床气化技术 1、以壳牌、GSP、科林、航天炉、伍德、熔渣-非熔渣为代表的气流床技术 壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150 t／d的中试装置在德国汉堡建成并投人运行。1987年投煤量250～400 t／d的工业示范装置在美国休斯敦投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000 t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成，煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，经过3年多示范运于1998年正式交付用户使用。目前，我国已经引进23套
航天炉粉煤加压气化装置运行分析 伴随着航天事业的不断进步，各种新型工艺技术、材料以及设备得以出现，其中航天炉粉煤加压气化技术便是最为关键的高端技术之一，其主要根据煤制合成气技术加以研发，不但在航天炉方面具有一定的技术创新性，而且还充分发挥出传统技术的优势和作用，效果良好。有关调查资料信息显示，尽管航天炉相关技术没有通过大量的实验检测过，不过在针对航天工程项目的基本需要满足方面却表现突出，十分有助于推进我国的工业化发展进程。因此，深入探讨航天炉粉煤加压气化装置运行状况具有重要意义。 2 航天炉粉煤加压气化工作开展的装置要求 对于航天炉粉煤加压气化工作而言，一般来说，为了保证良好的运行效果，要求粉煤加压气化的装置功能正常、覆盖全面，主要涵盖四个不同的单元，具体来说依次为：以磨煤与干燥处理为主要任务的15单元；以粉煤加压与运输为主要任务的16单元；以粉煤气化为主要任务的17单元；以灰水与渣处置为主要任务的18单元。对于15单元而言，其中包括了两条生产运行线，即1开1备，以便达到维持装置持续运行的效果。对于装置当中的16单元来说，可以实现针对所储存粉煤的加压处理，完成之后，使粉煤被运输到料罐当中。对于17单元来说，属于粉煤加压气化装置的核心组成部分，可以发挥出一定的燃烧作用，并合理进行气激冷與相关设施的清洁处理。对于18单元而言，可以对装置实施黑水的有效处理，并且能够反复循环使用，节约了资源。 3 航天炉粉煤加压气化装置的运行状况分析 本次研究将以安徽昊源化工集团企业的两套航天炉粉煤加压气化装置运行情况作为分析案例，该项目粉煤加压气化装置工程项目在2021年10月份正式开工，其中一期项目气化炉于2021年4月14日首次成功点火。该项目从基建到首次点火成功花费了一年多的时间。
内蒙古康乃尔化学工业有限公司 煤气化工艺路线的比较 （航天炉与科林炉） 二零一三年三月三十一日
一、概述 内蒙古康乃尔化学工业有限公司年产36万吨苯胺项目变更为年产40万吨乙二醇项目。原煤制氢工艺方案中选定国内著名的航天炉干粉煤气化工艺为煤气化装置。近期，德国科林工业技术有限责任公司有意向出资和我公司合作建设煤气化装置，其采用科林CCG粉煤气化工艺。现从投资、技术、安全、环保及生产成本、效益方面对两种炉型进行综合对比。具体比较如下： 二、投资对比： 序号单元科林炉（两台）航天炉（三台） 1 产能单台投煤量 1675t/h 有效气产量 6.5万Nm3/h 单台投煤量 1000t/h 有效气产量4.5万 Nm3/h 2 投资2台6.5万 Nm3/h科林 炉6.0亿3台4.5万Nm3/h 航天炉 6.3亿 由于科林炉和航天炉造气单炉产量不同，在满足40万吨/年乙二醇生产规模基础上，可以用两台科林炉或三台航天炉，从总体投资上说，航天炉比科林炉要高0.3亿，但就从生产运行稳定性，负荷调节上等方面比较而言，三台航天炉较两台科林炉更可靠。 科林炉在国内没有工业化运行装置，贵州兖矿属于试开车阶段。航天炉在国内有多家工业化装置，并且均能满足长周期稳定运行，技术相对较成熟。因此，选择航天炉更合理。 三、技术上对比 工艺名称科林CCG炉航天炉 产业政策国家发改委煤炭转化文件中，明 确要求煤气化要大力推广加压气 化工艺国家发改委煤炭转化文件中，明确要求煤气化要大力推广加压气化工 艺 气化工艺气流床、液态排渣气流床、液态排渣 适用煤种褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、油 渣 气化压力MPa 4.0（自身加压气化，后续不需要 上压缩机，运行费用低）4.0（自身加压气化，后续不需要上压缩机，运行费用低） 气化温度℃1400—1750 1400—1750
HT-L航天炉煤气化工艺介绍 一、工艺简介 航天炉又名HT-L煤粉加压气化炉，是借鉴荷兰SHELL、 德国GSP、美国TEXACO煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的 盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤气化 工艺。 长期以来，国内缺乏自主的粉煤加压气化技术，国内煤化工 不能大规模地发展，需要引进国外先进技术，选用德士古煤气化 技术，无法实现原料煤的本地化；选用壳牌煤气化技术的投资又 太大。所以，开发具有自主知识产权的高效、洁净、煤种适应性 广的国内煤气化技术，一直是业界的梦想。 气化炉的核心部件是气化炉燃烧喷嘴，该喷嘴必须具有超强 的耐高温特性，这个特性要实现起来难度较大。而与此类似，火 箭上天时喷嘴所经受的温度也很高，而且比气化炉燃烧喷嘴要经 受的温度高得多。如果把航天技术“嫁接”到煤化工产业，那就 有点像杀鸡用上宰牛刀，技术难度上是没有问题的。 航天长征化学工程股份有限公司（简称“航天工程公司”） 前身为北京航天万源煤化工工程技术有限公司，主营业务是以航 天粉煤加压气化技术为核心，专业从事煤气化技术及关键设备的 研发、工程设计、技术服务、设备成套供应及工程总承包。航天 工程公司目前拥有自主知识产权的航天（HT-L）粉煤加压气化技 术，该技术可广泛应用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃、煤 制乙二醇、煤制天然气、煤制油、煤制氢、IGCC发电等领域。二、工艺介绍 HT-L粉煤气化技术工艺原理为原料煤经过磨煤、干燥后，用N2进行加压输送，将粉煤输送到气化炉烧嘴。干煤粉（80℃）、纯氧气（200℃）、过热蒸汽（420℃）一同进入气化炉气化室，瞬间发生升温、挥发分裂解、燃烧及氧化还原等物理和化学过程。生成的1400℃～1600℃的合成气经过冷却后，出气化炉的温度为210℃～220℃，再经过文丘里洗涤器增湿、洗涤，和洗涤塔进一步降温、洗涤，产出温度约为204℃、粉尘含量小于10×10-6的粗合成气。 HT-L粉煤气化炉为航天粉煤加压气化装置核心、关键专利设备。粉煤、氧气蒸汽按一定比例通过燃烧器进入气化炉，在气化室中进行燃烧气化反应，生成的含有高温熔渣的粗合成气，一部分高温熔渣挂在复合水冷壁上，形成稳定的抵抗高温的渣层，其余熔渣和粗合成气进入激冷室。粗合成气在激冷室中被激冷水激冷降温，并蒸发水蒸气到饱和，同时熔渣迅速固化，通
2煤气化技术及其发展现状 作为一个煤炭生产和消费大国，煤化工产业是国民经济发展的重要支柱，因此发 展煤的高效洁净转化技术至关重要。在众多的煤炭利用技术中，煤气化是煤炭能源转 化的基础技术，也是煤化工发展中最重要、最关键的工艺过程之一[f}l。煤气化技术是发展煤基化学品(氨、甲醇、乙酸、烯烃等)、煤基液体燃料(甲醚、汽油、柴油等)、IGCC 发电、多联产系统、制氢、燃料电池及直接还原铁等工艺过程的共性、关键和龙头技 术，国内大量在建、拟建的甲醇项目，合成氨、尿素项目，煤制油项目，煤制天然气 项目等都展现了对煤气化技术的强劲需求[fgl 煤气化工艺可按压力、气化剂、气化过程和供热方式等分类，通常按固体燃料的 运动状态及与气化剂的接触方式可分为固定床、流化床和气流床气化三种。固定床气 化，煤料由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部进入，煤料与气化剂逆流接触，与 气化剂的上升速度相比煤料的下降速度很慢，因此称之为固定床气化;流化床气化煤 料粒度为。}-10 mm，在气化炉内悬浮分散于垂直上升的气流中以沸腾状态进行气化反应;气流床气化是一种并流气化，煤料粒度小于100 }m随气流或制成水煤浆喷入气化 炉，煤料在较高温度下与气化剂进行快速气化反应。目前国内外以煤为原料生产化工 产品的工厂中，采用的煤气化工艺包括常压固定床间歇气化、鲁奇碎煤加压气化、粉 煤流化床气化、粉煤气流床气化和水煤浆气化等，各种气化方法均有其各自的优缺点， 对原料煤的品质均有一定的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度互有差异，所以煤 气化技术的选择至关重要[[9]。加压气流床工艺代表着煤气化技术的发展趋势，国外以Texaco水煤浆气化技术，Shell气化技术及GSP技术为代表，国内有多喷嘴对置式水煤 浆气化技术和两段式气化炉和航天炉。 大型煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术【ion，经济、稳定的煤气化技术对 煤化工项目的成败至关重要。目前，我国每年的煤炭消费量超过20亿吨，但只有很少 的一部分(少于5%)用于气化，大部分煤炭用于燃烧和炼焦，带来了严重的环境问题， 增加气化用煤的比例不仅是化学及其相关工业的要求，也是解决环境问题的重要途径， 从气化技术的发展趋势看，大规模的煤气化技术是主要发展趋势【川。 煤的气流床气化技术因其技术先进、气化指标优良、节能高效、环境友好，被作 为“三高”煤气化的首选技术。气流床气化炉主要特点是高温气化、液态排渣、碳转化率较高。气流床气化技术有很多优势，最突出的特点是利用煤种比较广泛、单位反 应器体积处理煤量高、炉体构造设计简单以及接近100%的碳转化率[[ 12]。先进的气流床气化工艺主要有料浆进料的湿法气化工艺和干煤粉进料的干法气化工艺，其中，气流 床气化炉是煤化工生产装置的关键设备之一。现在国外新开发的气化炉都采用加压气 化的工艺，其优点是:提高气化强度、增加单炉产量、节约压缩能耗、减少带出物损 失。气流床加压气化由于采用了高温、高压、纯氧、减小煤粒度等措施，因而达到加 快气一固两相表观动力学反应速度进而强化气化生产、显著改善气化技术经济指标的 目的。 气流床气化工艺通常采用很细的煤粉($s%以上<0.1 mm)或水煤浆(其中大部分 煤的粒度也要<0.1 mm)与气化剂(一般采用纯氧)在很高的温度下，进行瞬间的火炬 式燃烧、还原反应，生成以CO+H:为主体的合成气，合成气中甲烷含量很少，无烃类 物质，合成气净化较简单[[13] 水煤浆气化对煤质的要求较高，灰分含量要低、灰熔点不能太高、成浆性要好，Texaco水煤浆气化不宜选用灰熔点高于1300 0C、灰分大于20%的煤种[[ 14]。水煤浆气 化技术比干粉煤气化技术在氧气消耗和原料煤的消耗方面能耗要高【‘5]，源于煤浆中含 有约35%的水，这部分水在气化过程中也要被汽化，温度升到1350w 14000C经过煤
关于航天炉运行及煤种适应性浅析 发表时间：2018-08-06T13:28:22.533Z 来源：《基层建设》2018年第17期作者：秦宽张俊灵 [导读] 摘要：航天炉具有较高的热效率和碳转化率，气化炉为水冷壁结构，能承受1500℃至1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化，具有较高的经济效益和社会效益。 新疆中能万源化工有限公司新疆昌吉回族自治州 832200 摘要：航天炉具有较高的热效率和碳转化率，气化炉为水冷壁结构，能承受1500℃至1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化，具有较高的经济效益和社会效益。航天炉在运行过程中受到多种因素的影响，其中对于煤种的适应性是其主要因素，这就需要技术人员对煤质进行分析，对原料煤做好试烧工作，提高煤质的稳定性，确保粉煤气化效率满足航天炉的运行要求，从而保证航天炉高效、稳定运行。 关键词：航天炉；煤种；适应性 一、新疆煤气化适应性分析 新疆煤具有发热量高以及含硫、含磷、含灰量低的特点。为适应航天炉原料煤的本地化，及时掌握原料煤的煤质数据，在初期对几种新疆煤的煤质进行常规分析（见表1），并对这几种新疆煤的灰分进行分析（见表2）；几种新疆煤煤样的粒度分布见表3。 表1几种新疆煤煤样的部分分析数据 表2几种新疆煤样的灰分分析数据（质量分数） 表3几种新疆煤样的粒度分布情况 二、新疆煤试烧情况 自气化装置开车以来主要试烧了新疆保利煤、顺达煤、圣雄煤、百塔山煤等。其中，保利煤只在开车初期进行了试烧，之后以试烧顺达煤、圣雄煤为主。气化炉前期运行阶段，由于煤种不固定，几种煤相互混杂频繁切换，造成气化炉水冷壁挂渣不稳定，频繁换渣，炉况波动较大。后开始试烧新疆顺达煤（顺达煤又分为顺达煤矿煤和隆昌矿煤），气化工况整体趋于稳定，氧负荷27000m3/h左右，基本处于满负荷运行状态，炉膛温度波动稍大（500～1100℃）；水冷主盘管介质密度为730～850kg/m3；氧气流量27000m3/h；气化炉操作压力3.8MPa，水煤气产量155000m3/h；粗渣残炭5%，滤饼残炭40.8%。顺达煤煤灰流动温度1180～1250℃，煤灰黏温特性稍差，对于以渣抗渣的粉煤气化炉而言，更不利于水冷盘管的挂渣，易造成气化炉炉膛超温和渣口堵塞等；另外，烧顺达煤时，炉膛温度波动稍大，水冷主盘管介质密度低且波动大，炉渣及滤饼残炭偏高，由于煤燃烧不烬，灰水水质差，碱度、硬度高。但该煤种热值高，水分、灰分低，气化装置整体消耗偏低。 试烧新疆圣雄煤，由煤质分析数据可知，圣雄煤低水分（5.22%）、低灰分（6.81%）、高挥发分（40.35%）、固定碳含量略低（52.47%），属于低中发热量煤；煤灰中硅铝和44.42%；黏度为25Pa?s时的灰流动温度为1300℃左右，黏度为5Pa?s时的灰流动温度在1475℃左右。煤灰黏温特性好，操作温度区间在100℃以上，非常适宜于液态排渣的气化炉。在试烧圣雄煤期间，气化工况较为稳定，氧负荷27000m3/h左右，基本处于满负荷运行状态，炉膛温度基本在600℃以下（间接测量温度）；水冷主盘管介质密度800～850kg/m3；氧气流量27000m3/h，粉煤流量50.8t/h；气化炉操作压力3.83MPa，水煤气产量158000m3/h；粗渣残炭2.4%，滤饼残炭28.6%；水煤气主要成分CO59.3%、H229.1%、CO23.2%、CH4400×10－6。从气化炉整体运行情况来看，圣雄煤是航天炉最理想的原料煤之一。 三、存在的问题与技术改造 1、磨煤系统堵煤 原料煤的煤质决定了磨煤系统的运行情况，其中原煤的粒度分布、含水量及杂质含量对系统的运行都会产生一定的影响。所以要严格把关原料煤的煤质。 首先，原料煤皮带输送机增加用于除杂的耙子。通过系统运行情况看，原料煤在运输中经常出现夹杂杂物的现象，杂物在振动料斗处堆积，导致下煤不顺畅，甚至是堵煤的情况，所以在原料煤皮带输送机上设置移动靶子，可以去除原料煤种的杂质，确保系统运行顺畅。 其次，严格控制入厂原料煤中水含量。如果原料煤水含量超标，振动料斗处容易发生堵煤现象，会影响汽化炉负荷降低，严重时会出现断煤、跳车事故。所以，要严格检验原料煤的水含量，水含量要严格控制在＜10%，严禁将水含量不合格的原料煤送入原煤仓。 第三，给煤机入口侧增加通煤孔。为了降低堵煤事故发生时系统的运行风险，可以根据给煤机入口振动料斗内部结构增设了若干个通煤孔。发生堵煤时，打开通煤孔可直接进行疏通，避免了其他现场被迫停磨疏通的困境。实践证明，这些通煤孔使用效果良好。 2、给料罐顶部过滤器滤棒损坏 在气化系统开、停车过程中，发现粉煤给料罐处于高压状态下，粉煤贮罐质量不断上升且给料罐连续料位计缓慢下降。经计算，粉煤贮罐的粉煤流量约为20t/h，判断为给料罐顶部过滤器滤棒损坏，导致粉煤外漏至粉煤贮罐。通过对全过程进行分析，应该是给料罐连续料位计测量不准确导致给料罐内料位过高，充压时没有缓冲空间所致。为防止类似事故发生，严格控制粉煤给料罐内的料位（＜100t），同时要求操作人员密切注意给料罐顶部过滤器进、出口滤棒的压差，一旦其压差＞2kPa，应立即通过人为操作降低给料罐内料位。目前，过滤器进、出口滤棒压差在正常范围（＜20kPa）内，过滤器没有发生类似超压事故。