水煤浆水冷壁清华炉气化技术

清华炉煤气化技术研究和应用及煤气化技术选择思考煤是我国主要的化石能源，煤气化技术是目前国内外煤改气的重要手段之一，也是实现煤资源转化和综合利用的有效途径。

清华炉煤气化技术是当前国内外煤气化技术的前沿和研究热点，本文就清华炉煤气化技术的研究和应用情况及煤气化技术选择思考进行分析。

一、清华炉煤气化技术概述清华大学能源与动力工程系在煤气化技术领域研究了数十年，开发出了便于规模化应用、节能环保的清华炉煤气化技术，该技术主要是采用氢气或四氢呋喃(THF)作为溶剂，对煤进行氢依赖性热分解反应，生成煤气。

与传统的氧气煤气化过程不同，清华炉煤气化技术既没有二氧化碳排放，也没有废渣，这样既可以降低环境污染，又可以降低能耗，符合现代清洁化、低碳化的能源转型趋势。

二、清华炉煤气化技术的研究和应用情况1.研究成果清华炉煤气化技术在氢气和THF两种溶剂下的煤气化反应机理、温度、压力等方面进行了深入研究，并形成了三种不同的煤气化反应机理模型。

其中，以THF为溶剂的反应模型，能有效解决煤气化过程中的困难问题，提高了煤气化的效率。

同时，清华大学与中国石化、太钢、武钢等企业进行合作，开发了规模化的清华炉煤气化试验装置和工业化应用，运行效果良好，未发现安全问题。

此外，清华大学还建立了气化反应器标准实验装置和研究平台，为今后的研究提供了可靠的基础。

2.应用前景清华炉煤气化技术能够充分利用我国的大量煤炭资源，实现了煤的清洁高效转化，具有广阔的应用前景。

该技术可以制备合成天然气、合成液体燃料和合成化学品等高附加值产品，同时还能提高煤利用率，实现能源和环境的双赢。

目前，清华大学已与多家企业展开合作，在重大资产项目、新型化工原料研发、煤气化产业化建设等领域开展合作研究，推进清华炉煤气化技术产业化进程。

三、煤气化技术选择思考由于煤是我国重要的能源资源，煤气化技术在国内的应用前景广阔，而煤气化技术也有多种选择模式。

下面就煤气化技术的选择进行思考。

水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析首先，水煤浆水冷壁气化是一种将水煤浆喷入高温水冷壁炉膛中进行气化反应的技术。

与固定床气化相比，水煤浆水冷壁气化具有以下优点：1.煤种适应性强：水煤浆水冷壁气化可以处理各种不同种类、含灰量和含硫量的煤，具有较强的煤种适应性。

2.产气质量高：水煤浆水冷壁气化的产气质量好，气化效率高，煤气中的一氧化碳和氢气含量较高，对于后续的合成天然气、合成液体燃料等加工有利。

3.温度控制容易：水冷壁技术可以有效地控制气化反应的温度，提高反应的可控性和稳定性。

然而，水煤浆水冷壁气化也存在一些局限性：1.设备成本较高：水煤浆水冷壁气化需要高温和高压的反应环境，所以设备的制造和维护成本较高。

2.生产规模较小：由于设备复杂性和投资成本，水煤浆水冷壁气化尚处于发展初期，生产规模相对有限。

3.处理水煤浆的难度：水煤浆作为气化原料需要进行粉碎、干燥等处理，操作较为复杂。

固定床气化是一种将煤料在固定床中进行气化反应的技术。

与水煤浆水冷壁气化相比，固定床气化具有以下优点：1.技术成熟：固定床气化技术已经发展了几十年，成熟度高，设备和工艺稳定可靠。

2.适合大规模生产：由于技术成熟且设备简单，固定床气化适用于大规模煤气化项目。

3.研发投入较小：固定床气化技术相对较简单，所需的研究和开发投入相对较小。

然而，固定床气化也存在一些局限性：1.煤种适应性较差：固定床气化技术对于煤种适应性较差，一般需要选择相对纯净的炼焦煤进行气化。

2.热损失较大：固定床气化中存在大量的热损失，导致气化过程的热效率较低。

3.熔渣问题：在固定床气化过程中，煤中的灰分和矿物质会形成熔渣，容易造成设备堵塞和寿命缩短。

综上所述，水煤浆水冷壁气化和固定床气化在煤气化领域各具优势。

水煤浆水冷壁气化适用于小规模项目，能够处理不同种类和质量的煤，能够产生高质量的合成气。

而固定床气化适用于大规模生产，研发投入相对较小，但在煤种适应性和热效率等方面存在一些局限性。

37.水煤浆水冷壁气化炉本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核。

煤气化技术是煤炭高效、洁净利用的核心技术。

水煤浆气化是大规模气化的主流技术，对于以氢气为主要目标的化工生产而言，水煤浆气化更具优势，这是由于水煤浆气化的合成气中氢气含量较高，而化工生产绝大多数利用的是氢气。

这也是德士古气化市场占有率居高不下的主要原因。

气化时灰渣处于熔融状态，为了利用高灰熔点煤气化，需要适当提高气化炉温度。

德士古气化采用绝热炉墙，炉墙采用高价格的高铬砖，温度过高导致高铬砖腐蚀严重，因此对煤种灰熔点要求比较严格。

为此采用水冷壁炉墙可以解决这一问题。

清华大学提出了水煤浆水冷壁气化技术路线，并由山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司进行工程示范，是世界第一套可使用水煤浆气化的水冷壁气化炉。

•中文名•水煤浆水冷壁气化炉•外文名•Coal water slurry water wall gasifier•首创地点•山西阳煤•生产公司•丰喜临猗分公司•优势•便于输送，易于操作，安全快捷•核心技术•煤气化技术•应用•煤为原料制大型化工产品概述编辑世界第一套可使用水煤浆气化的水冷壁气化炉，在阳煤丰喜临猗分公司成功开发并建成投运。

该炉连续稳定运行时间超过128天。

这项新成果的应用，标志着我国自主研发的水煤浆水冷壁煤气化技术跻身世界先进行列，为大型煤化工企业的煤气化技术提供了新的选型。

研发编辑水煤浆水冷壁气化炉采用特殊的立式水冷壁，水冷壁产汽量仅2吨/时，避免了因水冷壁副产蒸汽而带来的不必要的热量损失；减少了每年更换耐火砖费用300万元，避免因更换炉砖而造成长达两个月气化炉无法使用，彻底解决了现有水煤浆气化炉砖磨损、不能长周期运转的问题。

该气化炉对煤种适应性强，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。

同时，该炉采用独特的组合烧嘴，使系统的点火与投料程序一体化，便于输送，易于操作，更加安全快捷。

水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析目前，我国固定床间歇气化在国内的煤气化行业占有率在60%以上，近几年，固定床气化的技术水平也得到了较快的发展，富氧连续气化、纯氧连续气化等技术也不断完善，但原料的来源问题和安全、环保的问题一直不能很好的解决，也制约了固定床气化的发展。

水煤浆水冷壁气化是清华大学开发的煤气化技术，2011年在山西阳煤丰喜一次开车成功，由于其煤种适用性强，运行安全、稳定，对环境友好，近几年应用业绩较多，为煤化工的主要选择炉型。

以下对采用固定床和水煤浆水冷壁气化的合成氨装置进行全流程比较。

一、两种气化技术主要特点1、固定床气化的流程特点固定床气化一般采用晋城、阳泉、河南焦作的无烟块煤、焦炭或型煤，气化温度一般在1200℃左右，固态排渣，利用空气作为气化剂，常压间歇运行，并配套建设有吹风气回收装置，副产的蒸汽可以满足固定床气化的正常使用。

固定床气化必须配套有气柜。

2、水煤浆水冷壁气化技术特点水煤浆水冷壁采用水煤浆进料，对煤的粒度没有要求，纯氧气化，气化温度一般比煤的灰熔点高50℃左右，液态排渣，连续气化。

水煤浆气化不需要配备气柜。

二、使用煤种的区别1、常压固定床对煤种的要求（1）煤种：必须采用无烟煤或焦炭（2）粒度：煤的粒度必须大于6mm，必须使用块煤或型煤；（3）热稳定性：要求TS+6＞60%；（4）煤的软化温度：T1＞1250℃2、水煤浆水冷壁气化炉对煤种的要求（1）粒度：采用水煤浆进料，对煤的粒度没有要求；（2）挥发分：在点火阶段采用燃料气直接点燃煤浆，对挥发分没有要求；（3）热稳定性：因为是液态排渣，对热稳定性没有要求；（4）灰熔点：越低越好，灰熔点高炉温会相应提高，煤耗、氧耗会提高；（5）成浆性：越高越好，煤的成浆性越高，煤耗、氧耗越低。

3、清华炉目前使用过的煤种（1）低灰熔点煤低灰熔点煤是水煤浆最常用的原料，水煤浆水冷壁气化炉使用的煤灰熔点最低1180℃，灰分最低5%，最高28%。

“清华炉”煤气化技术技术拥有单位：清华大学“清华炉”煤气化技术是清华大学研究开发，联合北京达立科科技有限公司和山西阳煤丰喜肥业（集团）股份有限公司实现工业化的具有自主知识产权的煤气化工艺。

清华炉气化工艺不仅包括了自主创新的气化炉，还包括气化工艺全流程的优化、配套技术的创新，因而改善了气化炉的煤种适应性、提高了气化系统的稳定性和可靠性、降低气化岛的能耗，综合形成以自主创新的“清华炉”为核心的经济型气流床气化技术体系。

“清华炉”产学研三方顺利走过了专利研究、数学模型研究、实验室冷热态研究、小试、工艺包开发和工业装置设计和开车的全过程。

针对目前大规模气化技术，包括水煤浆气化和干粉气化、耐火砖结构与水冷部结构、激冷流程与废锅流程、用于发电和用于化工等，在仔细调研综合分析的基础上，从可靠性和运行的经济性角度出发，基于对气化反应过程控制因素深入分析及其热过程深刻理解，清华大学创新性地将燃烧领域的分级送风概念和立式旋风炉的结构引入到煤气化中，将热能工程领域的自然循环和膜式水冷壁凝渣保护原理扩展到煤气化领域，提出了分级供氧水煤浆气化技术和水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术。

与其它气化技术主要是由化工反应器发展而来的不同，清华大学的研究是从锅炉燃烧演化而来的。

清华炉煤气化技术的核心思想是来源于煤粉锅炉当中的空气分级供给、本质安全的自然循环原理、膜式水冷壁凝渣保护原理、立式旋风液态排渣煤粉燃烧、液态渣的粒化、水煤浆燃烧以及油的雾化等，结构处理上借鉴了锅炉的水冷壁及卫燃带结构和绝热炉膛结构，因此具有鲜明的动力设备特点。

一气化技术特点1.1 分级给氧清华炉煤气化技术气化炉喷嘴附近温度是由燃料量和氧气量及其混合效果决定的。

正如煤粉燃烧器一样，采用分级供氧，可以抑制喷嘴出口火焰温度。

像锅炉空气分级一样，沿燃料流动方向的合适位置上再补充氧气，提高温度促进气化反应，形成熔渣，以此改善喷嘴的寿命。

由于氧气分级供给，气化炉主喷嘴供氧量与反应需氧化学当量脱离约束，减少了主喷嘴的氧气负荷，改善了主喷嘴的工作环境，延长了其运行周期。

我国是一个多煤、缺油、少气的国家，开发提高煤炭综合利用技术，是当前的一个重要任务，而煤气化技术是煤炭高效、洁净利用的核心技术。

当前粉煤气化技术主要有水煤浆耐火砖炉气化技术和干粉水冷壁炉气化技术两大类别，但综合分析各项指标表明，上述两种粉煤气化技术都有不尽完美之处。

相对而言，水煤浆水冷壁炉气化技术则充分发挥出了水煤浆耐火砖炉气化技术和干粉水冷壁炉气化技术的全部优点，同时还有效克服了其不足之处，既有水煤浆气化炉进料的稳定性优势又有水冷壁气化炉煤种适应性好的特点，使其技术性能达到了近乎完美的程度。

１技术概况煤气化技术，是指将煤炭洁净、高效地“变”成由一氧化碳和氢构成的合成气体。

该技术是煤炭加工转化成化工产品、煤变油等工业的基础性技术，也是以煤炭为原料的诸多行业的关键技术。

国家“十二五”规划纲要明确提出，统筹国内外两种资源，在科学发展石油化工的同时，合理开发和利用好宝贵的煤炭资源，走高效率、低排放、清洁加工转化利用的现代煤化工发展之路。

作为事关国计民生的重要领域，煤化工行业核心技术及相关装备长期以来一直被国外巨头所垄断，但在水煤浆水冷壁气化技术方面这些大公司还始终未曾获得成功，作为我国自主知识产权的水煤浆水冷壁气化技术打破了国际公司在该领域的垄断。

２０００年国内以清华大学为首的技术研发团队开始对水煤浆水冷壁气化技术进行开发研究，经专利研究、数学建模、冷态试验、热态试验及工程化阶段，已经摸索出一条切实可行的模式和道路。

在实验成功的基础上，三结合的产学研团队又联合北京航天１１所、华陆工程设计院、太原锅炉厂、西安核工业设备公司等各个领域多方专家，通过多年不断实践，开发出第一代水煤浆耐火砖气化炉，继而发展到第二代水煤浆水冷壁气化炉。

２０１１－０８－２２，由山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司与清华大学、北京达力科公司联手开发、具有自主知识产权的水煤浆水冷壁气化炉在山西阳煤丰喜肥业集团首次投料成功。

技术开发的三方各有所长，在传统工业技术的开发和应用方面都积累了大量经验，形成了在开发工业技术上的先天优势。

清华炉煤气化的技术发展之路技术拥有单位：清华大学、北京盈德清大科技有限责任公司一、概述2、目前各种炉型分析中国式世界上最大的煤化工生产国家：一、规模第一，世界上其他所有国家加起来也不到我国煤化工规模的1/3，国外也仅有美国伊士曼、大平原、南非沙索、德国、日本等有几十套装置。

二、技术最全面，各种技术在中国都闪亮登场，一竟高低，中国可以说是煤化工的天然博览会。

目前全世界的气话技术主要有：（1）水煤浆炉：50余家百套以上。

主要有德士古（后位GE），它衍生的有华东理工大学的四喷嘴，西北院的多元料浆，清华的分级气化技术。

其技术都是水煤浆耐火砖型，虽各有特点改进创新，但本质上差别不大，是成熟的技术，但对煤种限制较大。

如煤的灰熔点高，操作温度也要相应提高，更容易侵蚀耐火砖，换一次砖至少需花费300万以上，停车2个月。

因此，今后水煤浆耐火砖型炉不可能大上，几乎要被淘汰。

（2）壳牌炉：约20家22台。

投资过大，操作不易，控制点繁多，太复杂。

前几年一哄而上，这两年被航天炉竞争采用较少。

专利及设备中国花费50亿以上。

国内某公司在此基础上开发激冷型流程。

（3）航天炉：2009年开发成功，这几年很火爆，是目前真正的民族品牌气化炉，各项指标国际领先，对国家贡献很大，大家都熟悉，不做详细介绍。

GSP炉与航天炉相近，但在某些技术环节不如航天炉，应用业绩少。

（4）鲁奇炉：主要用中块煤，污水难以处理，气体甲烷含量较高，约10%左右，用于氨醇不宜，近年来在新疆、内蒙古个别地方拓展用于煤制天然气，不广泛，不是主流。

（5）流化床炉：约10家20台，技术原理上可行，工程上毛病太多。

天津、晋城、石家庄和我们使用均不理想，吃亏较大。

美国SES 炉也属此类，在枣庄、义马建厂。

此类流化床炉书本上介绍很多，五花八门，有Winkler、HTW、U-gas、KRWCFB、DRICC、ICC、Ende，但都华而不实，有实验但推广不开。

（6）KBB输送床炉：属于流化床类，美国休斯顿技术，较为新颖，在中国无业绩，要求中低级煤特别市褐煤最好。

主要气化工艺对比气化工艺● 水煤浆加压气化①GE水煤浆加压气化工艺GE水煤浆加压气化法为目前世界上先进的气化技术之一，属气流床加压气化法。

其特点是该工艺对煤的适应范围较宽，可利用粉煤，单台气化炉生产能力较大，气化操作温度高，液态排渣，碳转化率高，煤气质量好，甲烷含量低，不产生焦油、萘、酚等污染物。

排出粗灰渣可以用做水泥的原料和建筑材料。

三废处理简单，易于达到环境保护的要求。

生产控制水平高，易于实现过程自动化及计算机控制。

A. 加压水煤浆气化的优点a）煤种适应性广年轻烟煤，粉煤皆可作原料，灰熔点要求不超过1350℃，煤可磨性和成浆性好，制得煤浆浓度要高于60%（wt）为宜。

b）气化压力范围大从2.5~8.0MPa（G）皆有工业化装置，以4.0MPa（G）和6.5MPa（G）较为普遍，气化压力高可节省合成气压缩功。

c）气化炉热量利用有激冷工艺制得含蒸汽量高的合成气如用于生产合成氨、甲醇、制氢等，在变换工序不需再外加蒸汽，也可采用废锅流程回收热量副产高压蒸汽，但废锅设备价格较高，可择优选用。

d）气化炉内无传动装置，结构比较简单。

e）单位体积产气量大，一台直径3200mm，6.5MPa气化炉产生气体，可日产甲醇1500吨。

f）有效气成分高，CO+H2≥80%（v%），排渣无污染，污水污染小易处理。

因高温气化，气体中含甲烷很低（CH4≤0.1%），无焦油，气化炉排渣无污染可用作铺路路渣，污水含氰化物少易处理。

g）产品气一氧化碳和氢含量高是碳一化学最好合成原料气，可用来生产合成氨，甲醇，制氢，羟基合成原料气，用途广泛。

h）碳转化率高最高可达98%。

B. 水煤浆气化对煤质要求a）GE水煤浆气化对煤质适应性较广。

除褐煤、泥煤及热值低于22940kJ/kg ，灰熔点高于1350℃的煤不太适用外，其他粘结性煤，含灰量较高的煤，石油焦，烟煤均可作原料。

b）煤中灰含量对消耗指标的影响，煤中的灰含量增加会增加氧气的消耗，同时也增加每m3（标）（CO+H2）气体的煤消耗量，一般煤中灰含量从20%（wt）降到6%（wt），可节省5%无灰干基煤消耗，节省氧气消耗10%左右。

水煤浆制备与应用技术及发展展望摘要：水煤浆技术作为洁净煤技术之一，是煤炭清洁高效利用的重要方向。

水煤浆可作为燃料和原料使用，用于工业锅炉或电站锅炉，具有高效节能、环保排放、密闭清洁等优点。

本文将简单介绍水煤浆制备与应用技术，提出水煤浆技术与废弃物资源化利用相结合的建议，同时对水煤浆技术未来发展进行展望。

关键词：水煤浆制备；应用技术；发展展望1.水煤浆制备与应用技术水煤浆制备技术是将原料煤与水，再辅以一定比例的添加剂进行破碎磨矿，进而形成合格的燃料或气化水煤浆，供锅炉或气化炉使用。

目前，我国所使用的水煤浆制备与应用技术主要有以下几种：1.1多喷嘴对置式水煤浆气化技术多喷嘴对置式水煤浆气化技术是校企合作的产物，由兖矿集团公司和华东理工大学共同研发的现代水煤浆制备气化技术。

在“十一五”期间，多喷嘴对置式水煤浆气化技术进入了商业化标志阶段，兖矿集团公司和华东理工大学成功制造了两套多喷嘴对置式水煤浆气化炉，压力在4.0MPa左右，平均每日的耗煤量多达1150万t，大幅度提升了水煤资源生产加工效益。

1.2德士古水煤浆气化技术德士古水煤浆气化技术又称作Texace水煤浆气化技术，该技术是美国Texace石油开发公司于1946年所研发的水煤加工生产技术，主要是将水煤气作为加工进料。

工艺流程是将原料水煤浆与气化剂纯氧在工艺烧嘴内混合进入Texace气化炉，由气化炉顶部烧嘴经雾化后高速进入气化炉内瞬间着火，在高温环境中直接发生反应，煤颗粒与气化剂在火焰中呈并流流动，氧气和雾状水煤浆在炉内受到耐火砖的高温辐射作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程，最后生成、、和水蒸气为主的湿煤气，熔渣和未反应的碳一起进入气化炉底部激冷室水浴，熔渣经淬冷、固化后被截留在水中，落入渣罐，经排渣系统定时排放，煤气和饱和蒸汽进入煤气冷却系统。

1.3清华水冷壁水煤浆气化技术清华炉水煤浆水冷壁气化技术是由清华大学研发的，清华炉水煤浆气化技术分为2代，第一代为非熔渣—熔渣分级水煤浆气化技术，第二代则是现在的清华水冷壁水煤浆气化技术，是在第一代的基础上研制出了膜式水冷壁，灰渣层膜对水冷壁起到了保护作用。