新清华水冷壁炉和航天炉的综合对比修改.docx
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新清华水冷壁炉和航天炉的综合对比修改
（新版）清华水冷壁炉和航天炉的综合对比（修改）
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60万吨/年合成氨装置
清华水冷壁炉和航天炉的综合对比
一、空分系统
根据气化工序用气要求，航天炉配套空分为40000Nm3/h（氧气压力5.5Mpa），清华炉配套空分为45000Nm3/h（氧气压力8.7Mpa）。
两套空分装置制氧能力相差不大，装置消耗接近。
由于清华炉配套空分装置压缩机组轴功率较大，高压板式换热器及氧气管道压力等级较高，设备投资高于航天炉配套空分装置,清华炉配套空分装置总投资2.7亿，航天炉配套空分装置总投资2.4亿。
空分性能对比表
航天炉
清华炉
操作压力（MPa）
5.500
8.700
循环水消耗（Nm3/t）
10550
12350
综合能耗（Kw.h/Nm3O2）
0.6147
0.6266
二、煤制备单元
清华炉煤浆制备采用湿法磨煤方式，在磨煤机内加入煤、水、添加剂和甲醇废液进行研磨，制出浓度在60-65%的水煤浆。
航天炉粉煤制备采用干法磨煤方式，在磨煤机内加入煤、高温惰性气体，制出粒度小于90微米占80%以上、水含量小于2%的粉煤。
煤制备系统设备对比表
对比项目
航天炉
清华炉
主要设备
中速球磨机、循环风机、粉煤袋式过滤器、惰性气体发生器、粉煤贮罐、粉煤锁斗、粉煤给料罐
棒磨机、低压煤浆泵、高压煤浆泵、大煤浆槽
功耗
制备一吨粉煤（干基）耗电：
25.3KW
输送一吨粉煤（干基）耗电：
60.7KW合计:
86KW
制备一吨煤浆（干基）耗电：
16.7KW
输送一吨煤浆（干基）耗电：
7.7KW合计:
24.4KW
燃料气耗能
制备一吨粉煤（干基）燃料气耗能：
0.5GJ
无
注：
1、煤浆浓度按60%核算；
2、原煤含水量按15%核算，干煤粉含水量按2%核算；
3、燃气干燥能量利用率按70%核算。
煤制备性能对比表
对比项目
航天炉
清华炉
安全性
1、粉煤制备是在高温下运行，挥发份易挥发，容易发生自燃、爆炸事故，安全可靠性差。
1、水煤浆制备是在常温常压下操作，安全可靠性高。
稳定性
1、粉煤锁斗放料口处易堵塞；
2、粉煤采用高压气密相输送，流量稳定性差，测量难度大；
3、气化炉有三条粉煤进料控制及操作系统，操作较复杂。
1、水煤浆磨煤系统较稳定；
2、水煤浆采用泵加压输送稳定性好，流量测量较成熟；
3、气化炉进料单个控制及操作系统，操作简单。
投资
1、粉煤制备工艺复杂；
2、粉煤制备框架高度75m，均为重载荷；
3、粉煤制备设备多，系统投资大。
1、煤浆制备工艺简单；
2、煤浆制备框架高度35m；
3、煤浆制备设备少，系统投资少。
能耗
1、粉煤制备采用高温气体对原煤进行干燥，需要消耗大量的燃料气；
2、粉煤输送采用气体高压气体密相输送，载气量消耗量大，二氧化碳压缩机的电耗高。
1、水煤浆制备采用湿法制备，能耗低；
2、水煤浆输送采用泵加压输送，能耗低；
环保
1、有废气排放，烘1吨原煤排放430Nm3废气
1、无废气排放,
2、制1吨水煤浆（60%）消耗400Kg废水；
三、气化单元
清华炉和航天炉均采用水冷壁衬里，煤种适应性广，可实现原料煤本地化。
同时升温投料时间短，2-3小时内就可实现从冷态到开车。
目前已在丰喜安全运行的清华炉实现了全套设备国产化。
从操作压力看，航天炉（包括SHELL炉和GSP炉）气化技术主要受煤粉输送系统的限制，压力最高达4.0MPa，气化温度在1400℃—1600℃之间，气化压力受到限制。
清华炉气化技术采用水煤浆加压气化，可以根据系统的要求进行配置，气化压力最高达8.7Mpa。
采用高压气化工艺生产合成气，可以降低后段的压缩能耗。
气化系统设备对比表
对比项目
航天炉（4.0MPa）
清华炉（6.5MPa）
主要设备及运行模式
1、气化炉两开无备；
2、独立的烧嘴冷却水系统；
3、汽包水冷壁系统只能强制循环；
4、两级闪蒸。
1、气化炉二开一备；
2、烧嘴冷却水在锅炉水系统之中；
3、汽包水冷壁系统既能强制循环，也可以自然循环；
4、三级闪蒸。
运行时间（保证值）
8000小时
8500小时
功耗
1、比煤耗598Kg/KNm3（CO+H2）；
2、比氧耗345Nm3/KNm3（CO+H2）
1、比煤耗637Kg/KNm3（CO+H2）
2、比氧耗410Nm3/KNm3（CO+H2）
安全稳定性
1、炉温波动较大
1、炉温容易控制且平稳
主要气体成分%
CO
65
43
H2
23
38
CO2
11.5
18.5
能耗
1、二级闪蒸，副产蒸汽少；
2、循环水耗高
1、三级闪蒸，副产闪蒸汽多；
2、循环水耗低
气化系统性能对比表
气化单元吨氨消耗
航天炉
清华炉
折能系数GJ
吨氨用量
能耗（GJ）
吨氨用量
能耗（GJ）
操作压力（MPa）
4
0
6.5
0
煤耗（干基kg/t）
1226
29.71
1305
31.63
24.232
电耗（kwh/t）
232
0.835
122
0.439
0.0036
蒸汽耗（t/t）
0.05
0.188
0
0
氧耗（Nm3/t）
708
1.60
841
1.90
脱盐水（t/t）
1.5
0.145
0.34
0.033
0.0963
新鲜水（t/t）
1
0.007
0.75
0.005
0.00712
循环水（t/t）
100
0.419
90
0.377
0.00419
燃料气（GJ）
0.67
0
0
0.5MPa高闪气（t/t）
0.36
-1.145
0.54
-1.718
3.182
4.5MPa蒸汽（t/t）
0.024
-0.088
0
3.684
7.0MPa蒸汽（t/t）
0
0.024
-0.090
3.751
保护CO2
19.2
0.1201
2.4
0.015
0.00628
综合能耗
32.4611
32.591
四、变换系统对比
从合成气成分看，航天炉合成气中CO含量65%，清华炉合成气中CO含量只有43%，对于生产合成氨，航天炉变换工段比清华炉多一级变换，无疑将增加变换单元的处理难度，使投资和运行成本上升。
所差一级在清华炉中已在清华炉气化过程中完成。
变换系统对比表
对比项目
航天炉
清华炉
设备
1.变换炉四台、换热器八台、分离器五台，如果因管道材料不能满足单套60万吨合成氨变换管材的要求，变换系统可能被迫采用双系列。
1、变换炉三台、换热器七台、分离器四台。
投资
4、变换多三台设备及触媒，投资增加。
1、变换投资低。
能耗
3、变换气CO含量达65%左右，变换时吨氨需要外供5.0MPa的蒸汽174Kg，触媒的消耗量也增加。
4、变换后产生更多的CO2（多8.7%）。
3、变换气CO含量只有43%左右，不需外供蒸汽，触媒消耗减少。
4、变换后产生的CO2少，后续消耗减少。
五、净化系统对比表
净化系统对比表
对比项目
航天炉
清华炉
设备
1.甲醇洗工序泵的功率比6.5MPa工况大15%左右。
1.甲醇洗工序泵的功率比4.0MPa工况小15%左右。
投资
1、甲醇洗动设备投资略有增大。
1、甲醇洗投资减少。
能耗
1、甲醇洗循环量比6.5MPa工况的两倍，循环水量增加，循环水工序的电耗、水耗增加。
2、电耗34.5kwh/t。
3、液氮洗冷量消耗大，每小时多补充2~3m3/h液氮。
4、H2损失比清华炉稍大。
1、甲醇洗循环量只有4.0MPa的一半，循环量减少，循环水工序的电耗、水耗减少。
2、电耗28.2kwh/t。
3、液氮洗冷量可保持平衡，不需要补充液氮。
进料气量
305724Nm3/h
293570Nm3/h
H2
166625Nm3/h
165625Nm3/h
CO2
139099Nm3/h
127945Nm3/h
净化度
CO2
≤20PPm
≤20PPm
H2S
＜0.1PPm
＜0.1PPm
溶剂循环量
611t/h
315t/h
消耗情况
电耗
2872KWh/h
2350KWh/h
蒸汽
25.38t/h
14.1t/h
循环水
2160t/h
1200t/h
冷量*
536.67MJ/t
298.15MJ/t
甲醇消耗
1Kg/t
0.5Kg/t
吨氨综合能耗
1.08GJ/t
0.63GJ/t
六、压缩、氨合成、冷冻系统对比表
压缩、氨合成、冷冻系统对比表
对比项目
航天炉
清华炉
能耗
1.合成气压缩机增压段功率大，比清华炉大4088KW。
2.合成压缩机循环水的消耗量大。
3.氨合成、冷冻系统相同
1.合成气压缩机增压段功率小。
2.氨合成、冷冻系统相同
投资
1、合成气压缩机设备投资增大。
2、航天炉配置的压缩机投资比清华炉高2000万元。
3、氨合成、冷冻系统相同
1、合成气压缩机投资减少。
2、氨合成、冷冻系统相同
七、系统综合能耗对比表
系统综合能耗对比表
对比项目
航天炉
清华炉
备注
气化综合能耗（GJ）
32.46
32.59
变换综合能耗（GJ）
0.65
0
仅计航天炉外加蒸汽能耗
净化综合能耗（GJ）
1.08
0.63
压缩综合能耗（GJ）
0.79
0
仅计航天炉增加能耗
系统综合能耗（GJ）
34.98
33.22
八、总投资对比表
总投资对比表
对比项目
航天炉
清华炉
备注
空分投资（万元）
48000
54000
气化投资（万元）
70000
60000
航天炉两开不备，清华炉两开一备
变换投资（万元）
600
0
航天炉比清华炉多投资部分
净化投资（万元）
2000
0
航天炉比清华炉多投资部分
压缩投资（万元）
2000
0
航天炉比清华炉多投资部分
系统投资（万元）
122600
114000
九、结论
1、安全性：
1）粉煤制备是在高温下运行，挥发份易挥发，容易发生自燃、爆炸事故，安全可靠性差；水煤浆制备安全可靠性高。
2）清华炉水冷壁系统可以实现自然循环；
3）清华炉联锁控制系统简单、安全保障性强；航天炉联锁控制系统复杂，安全保障性差。
4）煤粉在密闭空间更容易爆炸。
2、稳定性：
1）清华炉采用水煤浆进料，计量精确，炉温波动较小，操作稳定性好；航天炉采用干粉进料，干煤粉进料难以精确测量，炉温波动较大，操作稳定性差。
2）煤种波动对清华炉来说，只需对氧煤比进行简单调节；煤种波动对航天炉来说，需要对输煤系统进行重新标定，调整进料参数。
3）清华炉只有一条进料系统，调节简单、稳定；航天炉有三条煤粉进料管线，调节复杂、稳定性差。
4）航天炉与清华炉有相同的运转率，在本工程中航天炉采用两开无备炉，清华炉采用两开一备，且投资相差不多，但系统稳定性更好。
3、投资：
1）航天炉用煤需要烘干，原料煤场需要封闭，清华炉则不需要。
2）清华炉与航天炉相比，从煤制备到合成压缩机进口，清华炉6.5MPa系统比航天炉4.0MPa系统少投资8600万元。
3）航天炉系统比清华炉系统的合成压缩机组投资多2000万元。
4、运行费用：
1）清华炉比航天炉吨氨少耗1.76GJ，折电488KW，每度电以0.45元计，吨氨节约成本219.6元，年节约成本1.3亿元；或折5500Kcal的煤76Kg，年节约煤45800吨，每吨煤以600元计，年节约成本2748万元。
综上所述，清华炉无论从安全性稳定性、投资、运行费用都优于航天炉。
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