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国内气化炉市场“百家争鸣”，煤化工“心脏”的国产化成功之作展开全文■ 信息来源| 最国产10年前国内煤化工核心装置——气化炉，基本靠引进国外先进技术。
10年后的今天，国内自主煤气化技术发展迅速，尤其以水煤浆气化技术的国产化，使我们国内大型项目摆脱了对进口技术的依赖。
气化炉作为化工项目的心脏投资巨大，年处理原煤25万吨的气化炉进口品牌单台造价接近1亿人民币，而国产化后的价格仅为进口的三分之一。
目前国内煤化工应用的气化炉大约有40种，截止2020年我国对煤气化炉的需求量将达到2250套，中国已经成为世界上最大的煤气化炉市场。
煤化工气化炉根据煤的性质和对煤气的不同要求有多种气化方法，按照煤颗粒的运动状态相应的气化设备有固定床（移动床）气化炉、流化床(沸腾床)气化炉、气流床煤气化炉。
从煤的相态上来分辨，两种主流气化炉分别为，水煤浆和干煤粉。
随着国产气化技术的逐步提升，一系列国产新炉型的陆续投产实现长周期运行，加之进口炉型昂贵的专利费和过高的前期投资，新项目逐渐采用了价格便宜，操作简单的国产炉型，一些国外炉型逐渐没落。
固定床气化炉：进入国内市场最早，投资高，对蒸汽需求量大，产气量略小。
主要供应商有：•美国UGI：我国以煤炭为原料的合成氨厂的造气炉绝大多数是基于UGI炉型发展起来的。
它的优点是设备简单，易于操作。
缺点是：因常压操作生产强度低，生产需要高压的合成气时能耗高，对煤种要求比较严格，通常须采用有一定粒度要求的无烟煤或焦炭。
炉子为直立圆筒形结构，下部有水夹套，上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦以利排灰渣。
国内主要应用项目：晋煤集团，湖北三宁，丰喜集团合成氨项目德国鲁奇（Lurgi)：生产能力大，以块煤为原料，尤其适应褐煤，碳转化率高，调节负荷方便，缺点是投资大，结构复杂，加工难度高。
主要国内应用项目：大唐煤制气，新疆广汇能源，河南义马等项目德国BGL（液态排渣鲁奇炉）:BGL炉是英国BG公司和德国鲁奇联合开发的炉型，与其他以氧气为主的气化系统相比，BGL气化炉耗氧量较低，从而使总效率明显提高。
航天炉粉煤加压气化技术分析摘要：本文主要介绍了航天炉粉煤加压气化技术的工艺原理、技术特点及控制技术，以供参考。
关键词：航天炉；技术特点；结构一、航天炉煤气化的工艺原理原料煤经过磨煤、干燥后储存在低压粉煤储罐，然后用N2(正常生产后用CO2输送)通过粉煤锁斗加压、粉煤给料罐加压输送，将粉煤输送到气化炉烧嘴。
干煤粉(80℃)、纯氧气(200℃)、过热蒸汽(420℃)一同通过烧嘴进入气化炉气化室，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(1—10 s)。
该反应系统中的放热和吸热的平衡是自动调节的，既有气相间反应，又有气固相间的反应。
1400—1600℃的合成气出气化室通过激冷环、下降管被激冷水激冷冷却后，进入激冷室水浴洗涤、冷却，出气化炉的温度为210～220℃，然后经过文丘里洗涤器增湿、洗涤，进入洗涤塔进一步降温、洗涤，温度约为204℃、粉尘含量小于10×10-6的粗合成气送到变换、净化工段。
[1]二、航天炉的主要设备1、气化炉HT—L炉的核心设备是气化炉。
HT—L炉分上下两个部分：上部是气化室，由内筒和外筒组成，包括盘管式水冷壁、环行空间和承压外壳。
盘管式水冷壁的内侧向火面焊有许多抓钉，抓钉上涂抹一层耐火涂层，其作用是保护水冷壁盘管、减少气化炉热鼍损失。
盘管式水冷壁的结构简单，材质为碳钢，易制作且造价较低。
水冷壁盘管内的水采用强制密闭循环，在这循环系统内，有一个废热锅炉生产5．4MPa(G)的中压蒸汽，将热量迅速移走，使水冷壁盘管内水温始终保持一恒定的范围。
下部为激冷室，包括激冷环、下降管、破泡条和承压外壳。
激冷室为一承压空壳，外径和气化室一样，上部和水冷壁相连的为激冷环，高温合成气经过激冷环和下降管煤气温度骤降。
向下进入激冷室，激冷室下部为一锥形，内充满水，熔渣遇冷固化成颗粒落入水中，顺锁斗循环水排入灰锁斗。
粗合成气从激冷室上部引出。
2、烧嘴HT—L炉烧嘴是一个组合烧嘴，由一个主烧嘴、一个点火烧嘴和一个开工烧嘴组成。
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。
航天粉煤气化炉的温度控制郭兴建;童维风【摘要】介绍航天炉温度的判断方法,气化炉温度的控制手段,以及稳定炉温的措施.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2012(038)004【总页数】3页(P13-15)【关键词】航天炉;温度;判断;控制【作者】郭兴建;童维风【作者单位】安徽晋煤中能化工股份有限公司,安徽临泉236400;安徽晋煤中能化工股份有限公司,安徽临泉236400【正文语种】中文【中图分类】TQ113.26航天炉粉煤加压气化属于加压气流床工艺，是在借鉴壳牌、德士古及GSP加压气化工艺设计理念基础上，由北京航天万源煤化工工程技术有限公司自主开发，独特创新的新型粉煤加压气化技术。
先后在安微临泉，河南龙宇，山东鲁西等地建成并投产，装置分单炉日产720t和1 500t两种炉型，临泉最长连续运行时间达到156d。
1 航天炉的结构特征航天炉由烧嘴、气化炉燃烧室、激冷室及承压外壳组成。
其中烧嘴为点火烧嘴、开工烧嘴和粉煤烧嘴组成的顶烧式组合烧嘴。
气化炉燃烧室内是膜式水冷壁结构，其主要作用是抵抗1 450～1 700℃高温及熔渣的侵蚀。
为了保护气化炉压力容器及水冷壁盘管，水冷壁盘管内通过中压锅炉循环泵强制维持水循环。
盘管内流动的水吸收气化炉内反应产生的热量并发生部分汽化，然后在中压汽包内进行汽水分离，产出5.0MPa的中压饱和蒸汽送入蒸汽管网。
水冷壁盘管与承压外壳之间的环腔通入流动的CO2（N2）作为保护气，水冷壁表面焊有抓钉并附着一层耐火材料。
煤粉和氧气、蒸汽在1 500℃的高温下瞬间完成燃烧反应并生成熔融态灰渣，在回流气体的作用下，熔渣被甩到水冷壁表面。
随着渣层厚度的增加，外表渣层就变成了熔融态，并向下流淌而使渣层厚度减小。
当厚度降到一定程度时，热传导作用增大，使熔渣温度降低而固化，渣层重新聚积增厚。
这样维持动态平衡，实现“以渣抗渣”，保护水冷壁免受高温烧蚀和熔渣冲蚀。
渣层的厚度主要取决于炉内温度，炉温的波动会造成渣层厚度的变化。
航天炉简介及国内项目：产品简介：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。
产品描述：技术特点：采用先进的干粉煤燃烧气化技术，煤种适应性广，有效气含量高，氧耗低，煤耗低；采用可靠地激冷流程对合成气进行降温和固渣，简便易行，适用于化工装置；采用独特的水冷壁结构，安全可靠，维护成本低；采用高度集成的顶置组合式燃烧器，具备点火、开工、投料功能，寿命长、便于使用；采用独特的炉膛直接测温技术，有利于气化炉参数调节和控制；采用独特的可视火检技术，便于点火、开工过程控制；采用独特的安全装置，运行中安全性高；采用独特的点火技术，点火可靠性高；主要参数：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）；气化温度：1300-1700度（与煤种有关）；（CO+H2）有效气产量：80000~11000Nm3/h（根据要求确定）；（CO+H2）含量：~90%（与煤种有关）；氧耗：290~320Nm3氧气/1000Nm3(CO+H2)（与煤种有关）煤耗：550~650kg入炉煤/1000Nm3(CO+H2)（与煤种有关）冷煤气效率：80～82%（与煤种有关）。
【综述】航天炉HT-L煤气化工艺前言航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承受1500-1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化；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。
HT-L粉煤气化煤质要求：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。
航天炉煤气化工艺简介主要技术路线：干煤粉作原料，采用激冷流程，主要特点是技术先进，具有的热效率(可达95%) ，碳转化率高(可达99%)；气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到1500-1700℃；对煤种要求低，可实现原料本地化；具有自主知识产权，专利费用低；关键设备全部国产化，投资少。
工艺流程关键设备（1）、HT-L粉煤气化炉气化压力：4MPa，气化温度：1500—1700℃，设计炉型能力：57070Nm3/h（CO+H2，单炉能力：20000—75000Nm3/h （CO+H2），炉体材料：15CrMoR+316L水冷盘管材料：15CrMo。
（2）关键设备气化喷嘴（3）关键设备-破渣机（4）关键设备-热风炉（惰性气体发生器）（5）关键设备（黑水调节阀、煤粉阀、煤粉调节阀、煤粉换向阀、锁渣阀）（6）关键设备（激冷水循环泵）锁斗循环泵（7）关键设备（立式高速泵）卧式高速泵对煤质的要求及用煤的处理HT–L煤气化工艺的原料是干煤粉，用高压氮气或加压CO2输送入气化炉，对煤种的适用范围宽，能够以当地煤种为原料，而且碳转化率超过99％。
航天炉的优缺点
航天炉的优点：
1、HT-L煤气化工艺是适合我国国情的由航天十一所自主研发的一种煤粉加压气化技术，虽然没有中试装置，但各个单元的技术都有成熟的设计基础和丰富的运行经验，直接实现了工业化生产，没有设计缺陷和运行瓶颈。
2、投资少。
河南龙宇15万吨甲醇项目总投资6.4亿元，其中气化装置投资3.1亿元，比同规模SHELL工艺投资要少三分之一。
结构简单，操作方便。
3、国产化率高。
HT-L煤气化装置许多设备如：粉煤锁斗阀、破渣机、烧嘴、气化炉、煤粉循环三通阀、渣水循环泵、激冷水泵、锅炉水循环泵、热风炉等都是由北京航天十一所设计、制造或委托制造的，设备运行平稳、操作维护方便，也带动了相关产业的发展，对于促进我国经济技术的发展有重大意义。
4、HT-L煤气化工艺虽然热效率低，热量损失大，但在以后的运行和设计中可以进行技改，增加废热利用装置，降低能耗。
综上所述，HT-L煤气化工艺经济可靠，值得推广和应用。
航天炉也存在一些问题，主要有：
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。
