水煤浆水冷壁清华炉气化技术Word格式文档下载.docx
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水煤浆投料点火采用独特的“火点火”技术，气化炉从冷态到满负荷仅需五小时。
气化压力高：
气化压力不受原料输送系统影响，可根据后续工段要求进行更加合理的选择，能实现与甲醇合成等压，降低能耗。
技术细节处理好：
清华炉气化技术在工业化过程，在细节的设计上有很多创新，如洗涤塔底部的气体分布器，使灰水和煤气的充分混合，保证了煤气的洗涤效果；
闪蒸罐中的环槽分布器设计，使闪蒸系统的检修更方便；
真空闪蒸的液封设计，使闪蒸罐不再堵塞等，细节上的改进使气化系统能够实现长周期稳定运行。
三、流程特点
1.1
流程简图
（1）采用清华水煤浆水冷壁加压气化工艺，具有单炉处理煤能力大、运行安全稳定可靠、碳转化率高、合成气中有效气成份即CO+H2高、冷煤气效率高、工艺流程简洁、同等规模设备投资低、开停车快捷、年运转率高、节能环保的优势。
（2）化工装置工艺技术先进，热量利用合理，能量实现分级利用，从而使得热电站规模可以大幅的减小，从而大大节约了投资。
（3）本项目自动控制系统采用DCS集散控制,使得整个装置操作控制稳定，便利迅捷。
同时对关键的工序和关键设备采用安全仪表系统（SIS），SIS采用三重化的冗余、容错系统。
为全装置关键的设备和系统提供安全保证。
（4）装置正常生产过程中，废气、废固排放达到国家环保要求，废水实现零排放，实现清洁生产。
四、水煤浆水冷壁气化技术与其他同类煤气技术的对比1气化炉燃烧室结构的比较
耐火砖气化炉燃烧室
耐火砖气化炉燃烧室（见下图1）由外壳和耐火砖组成，在气化炉的耐火砖失效时，为了及时发现气化炉外壁超温情况，气化炉外壳还安装有表面温度报警系统。
气化炉反应室的内部形状是通过耐火砖的砌筑来实现的，一般耐火砖分为三层，在相同外壳直径条件下炉膛内径较小。
向火面砖：
向火面包括工艺烧嘴入口、气化炉拱顶、气化炉侧墙、气化炉锥底和出口。
在需要的地方必须使用特殊形状的耐火砖，以使这些层能够紧密结合并保证高的抵抗力。
向火面砖要求能自由膨胀，自立于托砖板上，砖与砖之间不能用凹凸台配合。
本项目如果采用四喷嘴气化炉，需要在气化炉中部增加耐火砖托专板。
通常采用含Cr2O3≥86%的耐火砖。
背衬砖：
向火面砖的底层炉衬，紧靠向火面砖的后面，用于支撑拱顶砖的重量，自立于托砖架上。
通常采用含Cr2O3≥12%的耐火砖。
隔热砖：
超级耐用的绝热耐火砖组成的绝热层，用于降低气化炉金属外壳的温度。
通常采用含Al2O3≥98%的耐火砖。
气化炉锥底砖一般运行4000～5000小时左右更换一次，换砖连同气化炉升降温的时
图3四喷嘴气化炉
间周期一般为20天；
气化炉向火面砖一般运行10000小时左右更换一次，换砖时间连同气化炉升降温的时间周期一般为60天。
目前，耐火砖气化炉烧嘴一般运行时间为50～80天左右需更换一次。
水冷壁气化炉燃烧室
水冷壁气化炉燃烧室（见上图2）由外壳和水冷壁内件两部分组成，气化炉外壳设置有炉壁测温点。
气化炉水冷壁分为三部分，分别为主水冷壁、上部盘管和渣口盘管。
水冷壁内衬20～30mm的耐火材料，主要成分为SiC。
气化炉烧嘴一般运行时间为120天左右需更换一次。
2水冷壁型清华炉和多元料浆气化炉、四喷嘴的主要对比
项目
多元料浆
四喷嘴
清华炉
气化炉内衬
耐火砖
水冷壁
进料方式
水煤浆
气化压力
6.5MPaG
燃烧室
2134/3200mm（炉膛内径/外壳内径）
2400/2800mm（炉膛内径/外壳内径）
燃烧室容积
25m3
xxm3
30m3
水冷壁压力
高于气化压力0.5MPaG
气化炉外壳材质
SA387（炉壳设计温度425℃）
采用15CrMoR/14Cr1MoR（炉壳设计温度300℃）
气化炉
采用进口钢材，需要昂贵的耐火砖
采用进口钢材，需要昂贵的耐火砖。
采用国产钢材，不需耐火砖。
建设周期
进口钢板，周期长
国产钢板，周期短
单炉运行时间
最长6500小时（有煤质要求）
保证7200小时
水冷壁蒸汽产量
≤3t/h
氧耗、煤耗
相同
气化炉效率
耐火砖炉子壁温一般比水冷壁高110℃左右，水冷壁将原耐火砖炉子的散热变成了蒸汽，效率较高。
维修费用
气化炉4000～5000小时更换一次锥底砖，10000小时左右更换一次向火面砖
气化炉水冷壁寿命约10年，每年平均可节约费用144万元
气化炉启动时间
从冷态启动至满负荷需80小时
从冷态启动至满负荷3～5小时
气化炉主烧嘴
三流道烧嘴，结构简单，使用寿命短
四流道烧嘴，结构较复杂，使用寿命长
烧嘴数量
单套系统一个工艺烧嘴，一个预热烧嘴
单套系统四个工艺烧嘴，一个预热烧嘴
单套系统一个工艺烧嘴
进料控制
一套煤浆进料系统，一套氧气进料系统
四套煤浆进料系统，四套氧气进料系统
烧嘴冷却水系统
烧嘴冷却水温度43℃左右，存在露点腐蚀、硫腐蚀和应力腐蚀
烧嘴冷却水温度250℃左右，烧嘴运行工艺改善，不存在露点腐蚀、硫腐蚀，应力腐蚀减小
多台气化炉共用一套烧嘴冷却水系统
单台气化炉和汽包共用一套锅炉水系统
烧嘴冷却水压力低于气化炉压力，轻微泄漏必须马上停车
烧嘴冷却水压力高于气化炉压力，轻微泄漏不必马上停车
气化炉操作
主要看渣口压差、气体成分等判断炉温
除渣口压差、气体成分外还可通过蒸汽产量、水冷壁出口温度等判断炉温，便于操作
煤种适应性
灰熔点≤1350℃
工业装置灰熔点≤1520℃煤种，适应性强，可降低原料煤采购成本。
3工艺系统的比较3.1气化炉的点火、投料
多元料浆耐火砖气化炉点火和投料采用两个不同的烧嘴，预热烧嘴主要作用是将气化炉温升至800～1000℃，然后再更换工艺烧嘴投料。
煤浆的燃烧主要依靠耐火砖的蓄热，投料后，反应历程为脱水分和挥发份→燃烧→气化，所以气化炉温度先降后升，经常发生炉内燃爆。
四喷嘴耐火砖气化炉点火和投料采用两个不同的烧嘴，预热烧嘴主要作用是将气化炉温升至800～1000℃，然后再更换工艺烧嘴投料。
煤浆的燃烧主要依靠耐火砖的蓄热，首先投用一对烧嘴，反应历程为脱水分和挥发份→燃烧→气化，所以气化炉温度先降后升，经常发生炉内燃爆，运行稳定后投用另外一对烧嘴。
水冷壁气化炉点火和投料采用一个组合烧嘴完成，不需设置开工升温烧嘴，直接用工艺烧嘴将气化炉温度升至800℃后投料。
投料时由于炉内有燃料气、氧气在进行燃烧，燃料气、氧气和煤浆混合后从喷嘴喷出，煤浆直接燃烧，气化炉温度立刻上升，不会发生炉内燃爆。
3.2燃料气系统
多元料浆与四喷嘴气化炉在烘炉时，炉内为负压，燃料气压力一般在0.5MPaG左右即可。
水冷壁气化炉采用特殊的组合烧嘴升温点火形式，炉内压力为正压，投料时煤浆和氧气压力均在1.0MPaG左右，所以燃料气压力也应保证在1.2MPaG以上。
燃料气可选用天然气、液化气、驰放气等，可根据具体情况选择合适的燃料气。
3.3氮气系统
水冷壁气化炉和多元料浆与四喷嘴气化炉对氮气系统的要求相同。
3.4锅炉水系统
水冷壁气化炉需增加和水冷壁相配套的设备，包括汽包和锅炉水循环泵，气化炉水冷壁系统和烧嘴冷却水系统共用一套锅炉给水系统。
汽包中的锅炉水，通过锅炉水循环泵分别送入气化炉的水冷壁系统和烧嘴冷却水系统。
水冷壁气化炉正常开车期间，产生约≤3t/h蒸汽，需要补充～3t/h左右的锅炉水，锅炉水压力≥5.0MPaG，温度≥104℃。
3.5蒸汽
多元料浆与四喷嘴气化炉在开车阶段开工抽引器需要消耗低压蒸汽，消耗量一般为5～10t/h，水冷壁气化炉由于不再更换烧嘴，不需使用开工抽引器。
水冷壁气化炉在开车阶段需要使用低压蒸汽对汽包和水冷壁进行升温，温度一般升至180℃左右，蒸汽消耗量一般为0.5～1t/h。
水冷壁气化炉正常开车期间，产生高于气化压力0.5MPaG的饱和蒸汽，流量约3t/h（蒸汽产量主要和炉温有关），此部分蒸汽可直接并入工厂蒸汽管网。
3.6保护氮气
水冷壁环隙需要充保护气体，可以充氮气、二氧化碳或驰放气等干燥气体，压力高于气化压力0.5MPaG，流量约200Nm3/h。
3.7公用工程消耗对比
多元料浆与四喷嘴气化炉
水冷壁气化炉
用量
操作规律
开工蒸汽t/h
5～10
间歇每次开车用80小时左右
0.5～1
间歇每次开车用2小时左右
副产蒸汽t/h
无
2～4
长期
环隙气Nm3/h
200
锅炉水t/h
燃料气Nm3/h
80
间歇每次开车用
200～2000
间歇使用每次开车用2小时左右
3.8水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术的主要优势安全性好
多元料浆与四喷嘴耐火砖气化炉存在的主要风险为气化炉炉壳超温，耐火砖气化炉在开车和运行过程中，气化炉承压钢壳的温度在200℃以上，如果筑炉有问题或炉砖串气，就会发生炉壁超温的现象，严重时造成气化炉炉壳鼓包、爆zha。
国内同类厂家曾出现过气化炉壳体鼓包、爆zha等事故。
如鲁南化肥厂（德士古）、淮南化肥厂（德士古）、南京惠生（德士古）、滕州凤凰（四喷嘴）、华鲁恒升（多元料浆）等厂家。
耐火砖气化炉发生的事故主要是由于耐火砖固有特征决定的。
水冷壁气化炉因其环腔保护结构，炉壁温度不会高于水冷壁温度，不存在炉壁超温的问题一般。
比耐火砖炉的炉壁温度降低约100℃左右，且不存在串气想象，气化炉不会发生鼓包、爆zha等事故。
在设备安全方面，水冷壁气化炉比耐火砖气化炉有更好的安全性。
水冷壁气化炉安全问题可控。
稳定性好
多元料浆和四喷嘴炉耐火砖气化炉正常运行时，主要依靠看渣口压差、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，如煤浆泵打量不好时不易发现，等发现后再处理时，经常造成事故扩大，难以处理。
清华水冷壁炉正常运行时，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应气化炉的炉温，如煤浆泵打量不好，蒸汽产量会瞬间增大，操作工可以及时处理，避免事故扩大。
煤种适应性强
多元料浆和四喷嘴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℃。
清华炉对煤的灰熔点可以适当放宽，在清华炉的工业示范装置上试烧灰熔点为1520℃的原料煤，系统运行正常、稳定。
清华炉合理的流场和进料方式决定了高灰熔点的煤也可气化并顺利排渣。
对环境友好
多元料浆和四喷嘴炉炉砖采用高铬砖，向火面砖的Cr2O3含量要求不低于85%，在运行过程中，耐火砖会被炉渣侵蚀、剥落，含铬炉渣会对环境造成影响；
在气化炉换砖过程中，拆下来的含铬的炉砖也不易处理；
且烘炉过程很长，原始烘炉需20天左右，正常烘炉需3天以上，放空的废气较多。
清华炉内部仅有30mm厚的SiC涂层，在运行时也不需再进行更换，运行时对环境无害；
清华炉的耐火材料烘炉时间很短，两个小时即可直接投料，放空的废气少。
烧嘴运行时间长
多元料浆和四喷嘴炉烧嘴一般运行时间为50～80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，在烧嘴拆装过程中，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。
清华水冷壁炉的烧嘴和水冷壁共用一套循环水系统，循环水温度高，运行条件比较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。
单炉运转时间长
多元料浆和四喷嘴气化炉耐火砖一般运行4000～6000小时后需要更换锥底砖，换砖需要20天左右；
运行10000小时左右，需要更换向火面砖，时间需要60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。
清华炉无需换砖，仅需定期停炉更换烧嘴进行系统清理，单炉年运转可以达到8000小时以上，可以不设置备用炉。
投资低
多元料浆和四喷嘴炉由于炉璧温度较高，炉壳需要选用进口SA387材料制作，炉内还需砌筑耐火砖，单炉造价高，制作工期长；
由于需要开工蒸汽，有些新建厂还需为气化烘炉单独建设开工锅炉。
清华水冷壁炉炉壁温度较低，选用国产的14Cr1MoR即可，单炉造价低，制作工期短。
初步测算，对于创源煤项目而言，单套气化装置在同等配置情况下比多元料浆气化炉投资节省1000万元；
比四喷嘴气化炉投资节省更多。
气化炉烘炉也不需开工锅炉。
耐火砖减少的费用
多元料浆和四喷嘴气化炉耐火砖一般运行5000小时后需要更换锥底砖，时间需要20天左右；
运行13000小时左右，需要更换向火面砖。
以本项目直径3200mm的气化炉为例，向火面砖及拱顶砖更换一次的费用大致在400万元左右，气化炉一开一备，单台气化炉年均运行时间4000h，十年时间单台气化炉需要更换向火面砖及拱顶砖3次（最少），需要费用1200万元，锥底砖的更换费用为30万元左右，十年时间需要更换8次左右，需要费用240万元。
综合考虑十年时间单台气化炉仅更换耐火砖就需要支付将近1440万元，对于本项目而言年均单台耐火砖更换费用为144万元（最低）。
烘炉费用的减少
多元料浆和四喷嘴耐火砖气化炉每次开车前需要烘炉，每次烘炉需要消耗燃料气、蒸汽和激冷水，水冷壁气化炉不需提前烘炉，仅需在开车前1～2小时对气化炉开始点火，可节约大量烘炉费用。
多元料浆和四喷嘴耐火砖气化炉单炉连续运行时间按照80天计算，年运行时间8000小时，系统每年平均烘炉4.16次，每次烘炉时间平均72小时，天然气消耗量平均500Nm3/h，年消耗天然气72×
500×
4.15=149400Nm3。
清华水冷壁炉单炉连续运行时间按照120天计算，年运行时间8000小时，系统每年平均烘炉2.7次，每次烘炉时间平均2小时，天然气消耗量平均1000Nm3/h，年消耗天然气2×
1000×
2.7=5400Nm3。
如果考虑多元料浆/四喷嘴等耐火砖炉的热备状态，则燃料气消耗更为巨大；
而清华水冷壁炉不需热备。
蒸汽
多元料浆和四喷嘴耐火砖气化炉在烘炉过程中需要开工抽引器保持炉内为负压，在开车阶段工作时间比烘炉时间长半小时左右（换烧嘴），在停车阶段还需运行，假定工作时间和燃料气运行时间相同，蒸汽消耗量平均5t/h，年消耗蒸汽72×
5×
4.15=1494t。
清华炉在开车前需要用蒸汽对汽包进行升温，时间最长2小时，蒸汽消耗量平均1t/h，年消耗蒸汽2×
1×
2.7=5.4t。
同时，单炉年副产蒸汽3×
8000=24000t。
五、科学技术成果鉴定
备注：
鉴定报告中考核数据指标是以阳泉无烟末煤和陕北烟煤按1:
1配煤并制浆气化的考核数据，其灰熔点为1520℃。
六、清华大学煤气化相关专利对外许可说明
七、技术推广情况
2014年底清华炉煤气化技术推广应用情况表
序号
应用单位
压力
（MPa）
气化炉设置
（台）
单炉规模
（吨干煤/天）
生产能力
万吨/年（有效气Nm3/h）
煤气化技术
1
山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司
4.0
3+1，φ2800mm，
550-600
20/10
4号炉为水煤浆水冷壁清华炉
2
山西焦化股份有限公司
1，φ2800mm
700
20（44000Nm3/h）
第一代清华炉煤气化技术（非熔渣—熔渣分级气化技术）
3
鄂尔多斯市金诚泰化工有限责任公司
6.5
1,φ2800mm
1150
30
4
大唐呼伦贝尔化肥有限公司
18．30（褐煤）
5
上海惠生鄂尔多斯市国泰化工有限公司
2,φ3200mm
1750
40
6
江苏永鹏化工有限公司
单套70000Nm3/h
7
克拉玛依石化工业园区气化岛工程项目
3，φ2800mm
120000Nm3/h
第二代清华炉煤气化技术（水煤浆水冷壁清华炉）
8
石家庄盈鼎气体有限公司
3，φ3200mm
1620
50（270000Nm3/h）
9
山东潍坊盈德气体有限公司
4.2
2，φ2800mm
1000
20（50000Nm3/h）
10
江苏德邦兴华化工股份有限公司
35（105000Nm3/h）
11
中海石油天野化工有限公司
1500
30/24（159000Nm3/h）
12
河北阳煤正元化工集团有限公司
3.5
800
（90000Nm3/h）
13
新疆天智辰业化工有限公司
1550
20/22/12
（120000Nm3/h）
14
兴安盟乌兰泰安能源化工有限责任公司
2，φ3200mm
2270
70
（199325
Nm3/h）
15
阳泉煤业平定化工有限公司
4.5
20
（70000Nm3/h）
16
新疆国泰新华矿业股份有限公司
20/20
（84000Nm3/h）
17
荆门石化炼油扩能改造工程煤制氢配套项目
4，φ2800mm
5/50/50
（270000
18
阳煤丰喜泉稷能源有限公司
19
河北迁安化肥股份有限公司
1300
30/20
（120000
Nm3/h0
山
升级会员 