航天炉煤气化工艺
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几种煤气化技术介绍煤气化技术发展迅猛,种类很多,目前在国内应用的主要有:传统的固定床间歇式煤气化、德士古水煤浆气化、多元料浆加压气化、四喷嘴对置式水煤浆气化、壳牌粉煤气化、GSP气化、航天炉煤气化、灰熔聚流化床煤气化、恩德炉煤气化等等,下别分别加以介绍。
一 Texaco水煤浆加压气化技术德士古水煤浆加压气化技术1983年投入商业运行后,发展迅速,目前在山东鲁南、上海三联供、安徽淮南、山西渭河等厂家共计13台设备成功运行,在合成氨和甲醇领域有成功的使用经验。
Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理等工序:将煤、石灰石(助熔剂)、添加剂和NaOH称量后加入到磨煤机中,与一定量的水混合后磨成一定粒度的水煤浆;煤浆同高压给料泵与空分装置来的氧气一起进入气化炉,在1300~1400℃下送入气化炉工艺喷嘴洗涤器进入碳化塔,冷却除尘后进入CO变换工序,一部分灰水返回碳洗塔作洗涤水,经泵进入气化炉,另一部分灰水作废水处理。
其优点如下:(1)适用于加压下(中、高压)气化,成功的工业化气化压力一般在4.0MPa 和6.5Mpa。
在较高气化压力下,可以降低合成气压缩能耗。
(2)气化炉进料稳定,由于气化炉的进料由可以调速的高压煤浆泵输送,所以煤浆的流量和压力容易得到保证。
便于气化炉的负荷调节,使装置具有较大的操作弹性。
(3)工艺技术成熟可靠,设备国产化率高。
同等生产规模,装置投资少。
该技术的缺点是:(1)由于气化炉采用的是热壁,为延长耐火衬里的使用寿命,煤的灰熔点尽可能的低,通常要求不大于1300℃。
对于灰熔点较高的煤,为了降低煤的灰熔点,必须添加一定量的助熔剂,这样就降低了煤浆的有效浓度,增加了煤耗和氧耗,降低了生产的经济效益。
而且,煤种的选择面也受到了限制,不能实现原料采购本地化。
(2)烧嘴的使用寿命短,停车更换烧嘴频繁(一般45~60天更换一次),为稳定后工序生产必须设置备用炉。
无形中就增加了建设投资。
浅析航天炉粉煤加压气化技术作者:余明江来源:《中国化工贸易·下旬刊》2017年第09期摘要:随着科技的进步,我国的航天事业得到迅猛发展,为了使航天炉项目获得优质的产品,创造良好的经济效益,必须要对航天炉粉煤加压气化技术进行深入的理解和研究。
关键词:航天炉;粉煤加压气化;技术;特点;比较航天炉粉煤加压气化技术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的基础上,由北京航天长征化学工程股份有限公司自主开发、具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。
此项技术未经小试和中试,直接按照工艺设计于2008年先后在安徽临泉、河南龙宇建成2套单炉日投煤量720 t的示范装置,从当时运行情况看,基本达到设计要求,最长连续运行时间已达到128天。
发展至今,航天炉粉煤加压气化技术已应用于36个项目,已投运的有24个项目43套气化装置。
在已运行的装置中,最长年累计运行时间为365天,单炉最长的连续运行时间为407天。
本文将介绍航天炉粉煤加压气化装置以及其气化技术的主要特点,然后分析航天炉的主要特点,并将航天炉粉煤加压气化技术与其他煤制合成气相比较,探讨航天炉粉煤加压气化技术的优势,确保在煤制天燃气、油、烯烃、乙二醇、合成氨、甲醇等项目中,能利用准确的煤气化技术来生产粗合成气。
1 航天炉粉煤加压气化技术特点1.1 航天炉粉煤加压气化技术必须使用适应性较强的原料煤航天炉粉煤加压气化装置经过试烧之后,试烧人员观察得知,煤粉粒度会对碳的转化率造成影响;另外,如果煤粉含水量过高就会降低粉煤加压输送单元的输送效率;如果原料煤的灰分含量较少,试烧过后渣无法顺利挂在水冷壁上,因而航天炉燃烧室内无法形成稳定的保护渣层。
综上所述,航天炉粉煤加压气化技术必须要使用适应性较强的原料煤。
1.2 应用此技术缩短了开停车的时间,提高了负荷升降的速度通过对装置的运行情况进行观察,开停车时间大大缩短,并且负荷升降的速度得以提高。
航天炉⼯艺及主要设备参数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。
13种煤气化工艺的优缺点及比较有煤炭资源的地方都在规划以煤炭为原料的建设项目,这些项目都碰到亟待解决原料选择问题和煤气化制合成气工艺技术方案的选择问题。
现就适合于大型煤化工的比较成熟的几种煤气化技术作评述,供大家参考。
1、常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)气化技术这是目前我国生产氮肥的主力军之一,其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气,要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭,进厂原料利用率低,单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。
从发展看,属于将逐步淘汰的工艺。
2、常压固定层间歇式无烟煤(或焦炭)富氧连续气化技术这是从间歇式气化技术发展过来的,其特点是采用富氧为气化剂,原料可采用8-10mm粒度的无烟煤或焦炭,提高了进厂原料利用率,对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低,适合于有无烟煤的地方,对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。
3、鲁奇固定层煤加压气化技术主要用于气化褐煤、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,不推荐用以生产合成气。
4、灰熔聚流化床粉煤气化技术中科院山西煤炭化学研究所的技术,2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行,实现了工业化,其特点是煤种适应性宽,可以用6-8mm以下的碎煤,属流化床气化炉,床层温度达1100℃左右,中心局部高温区达到1200-1300℃,煤灰不发生熔融,而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。
床层温度比恩德气化炉高100-200℃,所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤,以及石油焦,投资比较少,生产成本低。
缺点是气化压力为常压,单炉气化能力较低,产品中CH4含量较高(1%-2%),环境污染及飞灰综合利用问题有待进一步解决。
此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
5、恩德粉煤气化技术恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉,适用于气化褐煤和长焰煤,要求原料为不粘结或弱粘结性、灰分小于25%-30%,灰熔点高(ST大于1250℃)、低温化学活性好的煤。
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②煤粉输送:将制备好的粉煤通过密封的输送系统送入气化炉。
③氧气准备:高压氧气通过空分装置制备并压缩至所需压力。
④气化反应:粉煤与高压氧气、蒸汽在气化炉内混合,在高温高压条件下发生快速部分氧化反应,生成含CO、H2等成分的合成气。
⑤热量回收:气化炉的高温合成气流经热回收系统,如废锅,回收热量产生高压蒸汽,供工厂其他用途。
⑥合成气冷却与洗涤:高温合成气经过急冷、冷却后,进入气体洗涤塔,去除硫化物、氯化物等杂质。
⑦合成气净化:通过变换反应、脱碳、精馏等步骤进一步净化合成气,提高氢气或甲烷的纯度。
⑧产品回收与利用:净化后的合成气可作为合成氨、甲醇、烯烃等化学品的原料,或用作IGCC(整体煤气化联合循环)发电的燃料。
⑨灰渣处理:气化过程中产生的灰渣经冷却、破碎后,根据其性质进行综合利用或安全处置。
航天炉煤气化工艺概述航天炉煤气化工艺是一种将煤炭等碳质物质转化为合成气的高效工艺。
它充分利用煤炭资源,通过高温和压力条件下的化学反应,将固体的煤炭转化为气体燃料,用于发电、炼油、化工等领域。
航天炉煤气化工艺由中国航天科技集团公司提出并持续改进,已经取得了重大突破和应用。
工艺流程航天炉煤气化工艺主要包括煤炭预处理、气化反应、气体分离和净化四个步骤。
下面将详细介绍每个步骤的工艺流程。
1. 煤炭预处理在煤炭进入航天炉气化反应器之前,需要进行预处理以提高气化效率和产气质量。
煤炭预处理主要包括粉碎、干燥和除尘等步骤。
首先,将原煤经过粉碎机细碎成适当的粒度,以增加煤炭与气化剂的接触面积。
然后,通过干燥设备将煤炭中的水分蒸发,减少气化过程中的能量损耗。
最后,利用除尘器去除煤炭中的灰分和杂质,以保证气化反应的稳定进行。
2. 气化反应煤炭预处理后,进入航天炉气化反应器进行气化反应。
气化反应是将煤炭中的碳氢化合物在高温(1000℃以上)和高压(10-30兆帕)条件下与氧气和水蒸气发生化学反应,产生合成气的过程。
航天炉气化反应器采用的是间接加热式气化反应器,具有高效和稳定的特点。
通过控制气化反应的温度、压力和气化剂的供应量,可以调整合成气的成分和产气量,满足不同领域的需求。
3. 气体分离在气化反应后,产生的气体混合物需要进行分离,以获取纯净的合成气和其他有用气体。
航天炉煤气化工艺中常用的气体分离技术有压力摩尔分数差异法和吸附分离法。
通过控制压力和温度等参数,可以使合成气和其他气体在分离设备中分离出来,并获得高纯度的合成气。
4. 气体净化在气体分离后,合成气中可能还存在一些杂质和有害物质,需要进行净化处理。
航天炉煤气化工艺中常用的气体净化技术有吸收、吸附和膜分离等。
通过选择合适的吸收剂、吸附剂和膜材料,可以将合成气中的硫化氢、氨、苯酚等物质去除,提高合成气的纯度和品质。
应用领域航天炉煤气化工艺具有广泛的应用领域,主要包括以下几个方面:1. 发电将合成气用作燃料,通过燃烧发电。
【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%。
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。
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、XX焦化、XX、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XX双环、XX柳化、XX洞氮、XX枝江、XX石化、X X、XX沾益、云天化、XX大化、永煤集团、XX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XX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XX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。
探析航天炉粉煤加压气化技术发布时间:2021-06-23T17:25:20.257Z 来源:《基层建设》2021年第8期作者:王亮[导读] 摘要:近年来,我国的航天工程建设有了很大进展,本文以中国航天院设计打造的航天炉为主题,探析航天炉粉煤加压气化技术及相关问题。
安徽中能化工股份有限公司安徽省阜阳市 236400摘要:近年来,我国的航天工程建设有了很大进展,本文以中国航天院设计打造的航天炉为主题,探析航天炉粉煤加压气化技术及相关问题。
具体论述中,结合安徽中能化工气化车间日常工作经验和其他航天炉部门的经验对航天炉的概念进行简要说明,然后分析航天炉粉煤加压气化装置与技术特点,以及航天炉的结构特征。
关键词:航天炉;粉煤加压气化;技术引言航天炉粉煤加压气化装置是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,该装置利用粉煤与纯氧在高温高压下发生不完全燃烧反应,生成粗合成气供下游工序使用。
从技术角度观察,航天炉粉煤加压气化技术的发明,是以传统煤制合成气方法的比较优势为基础,利用一些创新方法与技术突破创造的新技术,也在根本上推动了我国航天事业的进一步快速发展。
下面以此为出发点对主题展开具体讨论。
1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,并合理进行气激冷与相关设施的清洁处理。