水煤浆水冷壁及半废锅气化炉技术探讨

张建利

摘要：水煤浆水冷壁气化炉运行过程中，气化室内高温熔融液态渣在冷壁表面凝固形成固体灰渣，保护水冷壁，防止冷壁管被熔渣侵蚀，实现以渣抗渣效果，副产蒸汽。水煤浆多喷嘴半废锅气化炉在气化室出口有效回收高温合成气中的潜热和显热，副产高品质蒸汽，

关键词：水煤浆;水冷壁气化炉;半废锅气化炉

0 引言

我国是一个煤多，油少，气少的国家，它是世界上最大的煤和化学品生产国，世界各国的石油化工规模不到我国三分之一。煤化是石化的主要技术之一，煤气化技术的核心是气化炉。气化炉的技术水平高低可以说是直接限制煤化工企业经济发展、节能降耗、安全和环境保护的关键因素。

1 水煤浆水冷壁气化炉运行状况

1.1气化炉采用水冷壁，既利用热又提高煤气炉的温度。气化炉的工作温度从1350℃上升到1500℃，煤种的范围扩大了，高灰熔点煤可用于为原煤的本地化提供条件。

1.2分级供给氧气，气化炉工艺燃烧器和侧壁氧气管提供阶段性供氧，以降低气化炉工艺烧嘴的含氧量它可以摆脱炉内局部氧化反应所需的碳氧化量限制。

1.3调节气体，如CO2、N2和蒸汽，可用于调整喷嘴预混合的程度，并通过将氧分分级给入。喷嘴附近的温度降低，延长了喷嘴寿命。

1.4与干粉进料加压相比，水煤浆工艺较短，压力较高，无需使用惰性气体，操作控制较为方便该系统具有测量简单、不间断电源、运输方便、安全可靠等优点。

2 目前各种炉型分析

2.1  水煤浆炉：从华东理工大学四喷嘴多元料浆，超过50余家百套以上，主要是德士古（GE）分级气化技术。这项技术是一种耐火砖型，虽然它有自己的特点，改进和创新，但基本没有区别，它是一项成熟的技术。但它严重限制了煤炭的性质。如果煤的熔点高，必须相应提高工作温度，耐火砖更容易受到侵蚀。每次更换这些砖至少需要300万元，而且需要两个月才能停止。

2.2 壳牌炉：约22台20家。几年前，中国在专利和设备上的花费超过50亿美元，而在航天炉竞争上的花费则更少。在此基础上，国内某公司开发了激冷型。

2.3 航天炉：2009年研制成功，近年来非常流行。该气化炉是民族品牌。各项指标都是国际社会的重中之重，为国家做出了巨大贡献。它与GSP炉与航天炉相似，但在某些技术领域不如航天炉有效，应用效率也较低。

2.4 鲁奇炉：以中块煤为主，污水处理难度大，甲烷含量高，约10%，不适宜氨醇。近年来，新疆、内蒙古煤炭、天然气的利用并不普遍。

2.5 流化床炉：技术可行，技术问题太多。天津、晋城、石家庄使用情况并不理想，就像美国的SES锅炉一样，工厂都建在枣庄和义马。

2.6  KBR输送床炉：采用休斯顿技术的流化床炉。它相对较新它需要中低级，尤其是最好褐煤。

2.7 固定床：主要用于中小型氮肥生产企业。近几年来，我们有上千台压力为1.5MPa的锥形炉，改造规模大，能耗低，无环境问题。无烟煤的使用非常有限，国家政策不鼓励使用无烟煤。

3  水冷壁水煤浆气化炉技术工艺特点

水冷壁水煤浆气化炉充分吸收和消化了耐火砖和干粉水冷壁气化技术的优点，避免了其缺点，具有明显的技术优势和特点。

3.1安全性好，在温度场采用成熟的垂直悬挂结构，水冷壁结构简单合理，冷却均匀。该系统强度低，无汽水分层现象，可保证水循环安全，避免复杂的热膨胀处理问题，充分考虑水冷壁蒸汽自然循环的可行性。水冷壁水煤浆气化炉的研制。当特殊故障不能强制水流时，蒸汽系统能自然循环，防止冷壁损坏。水冷壁水煤浆气化炉采用组合式燃烧器实现整个点火过程。在不更换燃烧器的情况下，常压下完成气化炉点火时，燃气进入燃气炉，燃气炉温度升至800℃，气体处于正常压力下.

3.2快速启动系统。简化了点火加热方式，实现了点火与投料一体化，开发了投料点火技术，从冷态到满负荷运行仅需3小时。

3.3投资低，水冷壁水煤浆气化炉采用冷壁结构，炉壳温度低于耐火砖气化炉，炉壳钢板采用国产14Cr1MoR代替进口SA387，因此水冷壁水煤漿气化炉不配备同尺寸气化炉，冷壁气化炉未配备气化炉。

自上世纪80年代，我国便引进及自主研发了数种水煤浆加压气化技术，并在国内逐步推广应用，随着我国对水煤浆气化技术的不断完善及研发，目前其在国内煤气化行业已占据主要位置，但由水煤浆气化技术采用的原料煤为含水约40%的水煤浆，气化反应过程中需要消耗一定量的煤和氧气，造成消耗升高，同时，现有的水煤浆气化装置基本均采用激冷流程，造成高温合成气携带的高位显热多数被激冷水吸收，变成中低位显热，无法被有效利用.

随着煤气化技术的不断进步和国家对节能减排政策的严格，《能源发展“十二五”规划》和《“十二五”煤炭深加工示范项目能效和资源消耗指标》都规定了能量转化率最低标准，并成为项目能否核准的三项硬性指标之一，《“十三五”节能减排综合工作方案》要求到2020年全国万元国内生产总值能耗比2015年下降15%，能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。这说明国家对今后煤炭加工转化项目的能效指标已列入重点管控的内容之一。

5 结束语

水煤浆水冷壁具有煤适应性好、操作简单、维护工作量小、运行成本低、环保、系统投资低等优点。所有设备都国产化。从目前运行情况看，各项指标均达到或超过国外先进技术水平。

参考文献：

[1] 刘涛.水煤浆加压气化主要技术与装备进展[J].煤化工，2019，164（1）：63-65.

[2] 汪秒.水煤浆水冷壁气化技术及其应用[J].化学工业，2019，30（10）：30-33.

[3] 刘勇颖.水煤浆加压气化技术的发展途径探讨[J].化工设计通讯，2019，39（1）：5-14.

[4] 马浩.水煤浆耐火砖气化炉改造的可行性分析[J].化肥工业2019，39（4）：29-32.

[5]张喜.水煤浆水冷壁气化炉项目总结[JI.化肥工业，2019，39（1）：57—58.

[6]李民.水煤浆水冷壁气化技术综述[J].中氮肥，2019，（2）：7—10.

[7]张兰.世界水煤浆水冷壁气化技术“第一炉”落子煤都山西N].香港文汇报.2019—03—12.