清华炉煤气化技术研究和应用及煤气化技术选择思考

不能不知道的煤气化技术选择依据和适应煤种情况

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。如何选择煤气化技术，主要的依据以及误区有哪些，小七在这里进行了整理。

煤气化工艺有几十种，若按煤气化炉的炉型分类，大致有三类：固定床气化工艺；流化床气化工艺；气流床气化工艺。气流床煤气化技术又分为湿法气化和干法气化两种。

就以近年比较热门的加压、气流床粉煤气化技术来说：水煤浆进料的有国外有德士古、E-Gas 等，国内有华东理工大学的多喷嘴、西北院的多元料浆等；干煤粉进料的：国外有Shell、普兰福 (Prenflo)、GSP等，国内有西北热工院的两段进料干煤粉气化炉、航天工业的HT-L航天炉、华东理工大学的SE-东方炉等。

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煤气化技术的指标因素

某种煤气化技术的热能转换效率、技术的可靠性、可利用率、对环境污染的情况、煤种的适用范围、各项消耗指标的高低、投资、运行、维修费用的多少等，尤其是实际效果，都是对某一种气化技术客观标准条件。

煤气化工艺指标

煤气化技术的工艺指标是评价煤气化技术好坏的一个重要方面，只有指标优良的煤气化技术才能给企业带来良好的经济效益，并且节能环保。通常选择合适的煤气化技术依据得主要工艺指标包括：产气率、有效气含量及组成、碳转化率、冷煤气效率、比氧耗、比煤耗等。

产气率

产气率是指气化单位重量的原料所得到煤气的体积数(在标准状态下),通常以m3/kg表示。

有效气含量及组成

煤气中的主要成分是CO和H2,生成粗煤气中有效气含量是指粗煤气中(CO+H2)的量。

碳转化率

碳转化率是指在气化过程中消耗的(参与反应的)总碳量占入炉原料煤中碳量的百分数。

如灰渣中含碳高、飞灰和焦油多,则碳的转化率就低。

冷煤气效率

冷煤气效率是衡量煤炭气化过程能量合理利用的重要指标。

８６　内蒙古石油化工　２０１３年第４期　依靠看渣口压差、洗气塔出口气体成分来判断气化　炉的炉温，来调整氧煤比，但往往反应比较滞后，经　常造成事故扩大，难以处理。　清华二代水冷壁气化炉正常运行时，除了看渣　口压差、洗气塔出口气体成分外，水冷壁的蒸汽产量　更能直接反映气化炉的炉温，操作工可以及时处理，　避免事故扩大。　③煤种适应性强。耐火砖气化炉由于受到耐火　砖的限制，对煤种的灰熔点要求很高，一般要求煤的　灰熔点不能超过１３５０℃。　清华二代水冷壁气化炉对煤的灰熔点可以适当　放宽，一般要求煤的灰熔点不能超过１４５０℃。　丰喜集团临猗分公司对清华炉专烧高灰熔点煤　（灰熔点在１４５０￣左右）进行过７２小时测试，经过测　试除产蒸汽量略有增加以外，其余参数变化不大。用　事实证明了该气化炉煤种适应性强的特点。　④烧嘴运行时间长。耐火砖气化炉烧嘴一般运　行时间为６Ｏ天，如煤质好，烧嘴头部进行特殊处理，　有时也可达到１００天。烧嘴冷却采用盘管，压力也比　气化炉压力低，水冷盘管极易损坏，水冷盘管损坏　后，高温、高压煤气将会直接进入烧嘴冷却水系统，　必须立即停车。烧嘴冷却水采用４０￣Ｃ左右的低温水，　烧嘴内外温差大，承受的热应力也大；同时低温冷却　水会产生露点腐蚀、硫腐蚀等。　清华二代水冷壁气化炉烧嘴冷却采用夹套结　构，烧嘴冷却水采用汽包的锅炉水，温度２５０℃以上，　烧嘴运行的工艺条件得到优化，耐火砖气化炉烧嘴　存在的露点腐蚀、硫腐蚀和应力腐蚀等难题都得到　解决。烧嘴冷却采用夹套结构，没有突出部件，不易　损坏，烧嘴冷却水压力比气化炉高，即使烧嘴冷却水　泄漏，也不必立即停车。水冷壁气化炉的烧嘴运行时　间可以保证连续运行１２０天以上。　⑤单炉运转时间长。耐火砖气化炉一般运行　４０００￣５０００小时后需要更换锥底砖，时间需要２０天　左右；运行１００００小时左右，需要更换向火面砖，时　间需要６Ｏ天左右。年运转时间最长６５００小时，对于　化工生产来讲，需要设置备用炉。　水冷壁气化炉无需换砖，仅需定期停炉更换烧　嘴并进行系统清理，单炉年运转可以达到８０００小时　以上，可以不设置备用炉。　⑥操作简单。清华二代水冷壁气化炉采用组合　烧嘴，投料时不需更换烧嘴，升温结束后可直接投　料。投料后的操作和耐火砖操作基本相同，但可参考　的工艺参数增加，耐火砖气化炉操作主要看炉内测　温点、渣口压差、气体成分等；水冷壁气化炉除了以　上工艺参数进行判断外，还可以通过水冷壁蒸汽产　量、水冷壁出口温度等参数来指导操作。　⑦开停车灵活。清华二代水冷壁气化炉冷态下　开车３小时即可投料正常生产，采用耐火砖的气化　炉须７２小时。而停车降温水冷壁气化炉也要比耐火　砖气化炉耗时少的多，为气化炉投入正常生产或检　修节约了大量时间。　３．２　具有水冷壁粉煤气化技术的全部优势，同时克　服了粉煤气化水冷壁炉的缺点　①克服了水冷壁粉煤气化技术因煤粉输送计量　不准，氧煤比难以匹配的操作风险　②克服了水冷　壁粉煤气化技术操作压力一般只能达到４．ＯＭＰａ难　以提高的问题，清华二代水冷壁气化炉的操作压力　可以提高到６．５、８．７ＭＰａ。　４存在的风险　工业化时间短，在运行的为日投煤量６００吨的　小型化气化炉，适合现代煤化工大型化的气化炉均　为在建项目，存在未知的运行风险。　５清华二代水冷壁气化炉工程业绩　

煤气化技术那种最好？

煤气化是煤化工的关键技术和龙头技术，核心是煤气化炉，包括固定床（移动床，记者误写，固定床是鲁奇气化或BGL等加压气化工艺，移动床就是传统的固定层气化工艺，概念不同）、流化床、气流床3 种类型，其中气流床成为当今煤气化技术发展的主流。近10年来，我国煤气化技术开发明显加快，相继开发成功清华气化炉、多喷嘴对置式水煤浆气化炉、航天加压粉煤气化炉、两段式干粉煤气化炉以及灰熔聚流化床粉煤气化炉等煤气化技术，形成了与国外技术竞相发展的局面。

“新型煤气化技术主要指粉煤加压气化技术和新型水煤浆气化技术。与固定床煤气化技术相比，新型煤气化技术在节能环保、煤种适应性等方面具有十分突出的优势。”中国化工信息中心副主任李中说，在此次煤气化技术/经济发展论坛上，国内自主煤气化技术与美国GE、壳牌、西门子GSP、科林CCG 等国外先进技术同台竞技，各展风采。由于是商业性会议、用户业主只来了10家左右、基本上是参会众多技术单位和专家自我欣赏居多！

记者注意到，国产化技术毫不逊色，一些甚至达到国际领先水平。“在第一代清华气化炉应用世界首个氧气分级气流床煤气化技术的基础上，我们又创新将燃烧凝渣保护和自然循环膜式壁技术引进气化领域，成功开发了新一代清华水冷壁气化炉，装置全部采用我国自主技术和国产设备，解决了水煤浆气化技术的煤种限制和高能耗点火问题，形成了世界第一个水煤浆水冷壁煤气化工艺。”

清华大学盈德气体煤气化联合研究中心主任张建胜教授自豪地说，水冷壁保护结构水煤浆气化技术，具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，比如气化炉操作温度不再受耐火砖的限制，可以使用灰熔点更高的煤作为原料，煤种适应性更宽，覆盖了褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶。除此以外，清华水冷壁气化炉的水冷壁按照自然循环设计，强制循环运行。即便在停电、停泵等事故状态下无法强制供水，水汽系统仍可自然循环，水冷壁不会损坏，保证气化炉安全停车。采用水冷壁结构，也不必每年停车更换锥底砖和全炉向火面砖，单炉年运转可达8000小时以上。与其他水冷壁炉相比，清华水冷壁气化炉系统压力高50%～100%，粗合成气中H2 含量高50%以上，后续变换、净化、合成等工序能耗降低，设备投资和运行成本大幅下降。去年9 月，清华水冷壁气化炉技术通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定，总体技术处于国际领先水平。

水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术

水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术一、概述

北京盈德清大科技有限责任公司是盈德气体集团有限公司与清华大学清华炉煤气化技术的发明人共同组建的合资公司，取得了清华大学 的授权，独家经营清华炉煤气化技术，并与清华大学共同进行后续相关技术的研发和推广。

第一代清华炉耐火砖气化技术（非熔渣一熔渣分级气化技术）大型工业装置已分别在大唐呼伦贝尔（ 18/30项目）、鄂尔多斯市金诚泰

化工有限责任公司（一期60万吨甲醇装置）、山西阳煤丰喜肥业（集团）临猗分公司投入运行，运行至目前三套装置均运行稳定，专 家鉴定认为 该技术优于国外同类技术，具有国际先进水平 ”。

第二代清华炉水煤浆水冷壁技术是气化炉的燃烧室采用水冷壁型，气化炉内件本身是一台膜式水冷壁，安装在整个气化炉承压外壳中。 气化炉运行时，气化反应段膜式壁固化的灰渣层，能够对水冷壁起保护作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蚀，达到 以渣抗渣”的效果。

水冷壁清华炉煤气化技术对煤种适应性强，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。清华炉煤气化技术残炭含量 低，废渣易于收集处理，废水无难处理污染物，正常生产过程中无废气排放；制浆用水可以使用工厂难以处理的有机废水，对环境友好。

第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术的工业装置于 2011年8月在山西丰喜投入运行，首次投料即进入稳定运行状态，并全面实现了

研发和设计意图。至2012年1月9日计划检修，创造了首次投料并安全、稳定、连续运行 140天的煤化工行业奇迹。水冷壁清华炉

气体成份与水煤浆耐火砖炉气体成份相当，且不必每年数次更换锥底砖，定期更换全炉向火面砖，节约运行费用并提高单台气化炉的年 运转率，为煤气化生产装置的安稳长满优”运行创造了条件。

清华炉煤气化技术可应用于国家重点新能源领域，煤炭的清洁利用和石油、天然气替代项目。适用于合成氨、甲醇、煤制氢、煤制乙二

醇、煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制芳烃、冶金、石化、陶瓷、玻璃、液体燃料及电力等行业。