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水煤浆水冷壁气化炉与耐火砖气化炉比较
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水冷壁与耐火砖各有哪些优缺点
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现在粉煤气化都是水冷壁炉，水煤浆有水冷壁和耐火砖两种，大侠们讨论各有哪些优缺点。谢谢参与学习。
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&&&&&&&&&&清化水冷壁炉调研报告
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水煤浆水冷壁气化炉优点
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水煤浆水冷壁气化炉存在问题
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水煤浆水冷壁气化炉技术问题交流
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水煤浆水冷壁气化技术产业化进展与前景
２０１２年第３３卷第４期氮肥技术１７hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh水煤浆水冷壁气化技术产业化进展与前景汪家铭（川化集团有限责任公司四川成都６１０３０１）hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh摘要展及其在国内的应用前景。关键词煤气化水煤浆水冷壁工程应用推广前景简要介绍了水煤浆水冷壁气化技术的技术概况、优势特点、工业装置运行情况，目前该技术产业化推广的最新进我国是一个多煤、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水煤浆水冷壁炉气有不尽完美之处。相对而言，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“十二五”规划纲要明确提出，统筹国内术。国家外两种资源，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，数学建模、冷态试验、热态试验及工经专利研究、程化阶段，已经摸索出一条切实可行的模式和道三结合的产学研团队路。在实验成功的基础上，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、北京达力科具有自主知识产权的水煤浆水冷公司联手开发、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。水煤浆水冷壁气化炉的问世打破了国际煤气化技术传统路径，标志着我国自主研发的水煤浆水冷壁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［１］。２优势特点非熔渣－熔渣分级气化技术从化学反应过程上与现有气流床煤气化技术有本质区别，是具有独立知识产权的新型专利技术。与传统气流床煤气化技术的不同是非熔渣－熔渣分级气化技术通过氧气的分级加入，将煤的气化反应过程从燃烧、气化、再燃３个阶段变为脱水分和挥发分、再气化５个阶段。烧、在非熔渣－熔渣分级气化技术基础上，第二代水煤浆水冷壁气化炉将炉体的耐火砖改为特殊的立式水冷壁，布水均匀，使水冷管线单通道长度缩短３倍以上，综合能耗达到世界先进水平，既有水煤浆进料的稳定性优势又有水冷壁气化炉煤种适应性好的优势。水煤浆水冷壁气化炉采用本质安全的自然循环设计，既保证了水循环的安全性又避免了复杂的热膨胀处理问题，在设１８氮肥技术２０１２年第３３卷计过程中攻克了许多技术难点，如炉膛上下结合水冷壁在炉膛内的定位、保护部的大法兰密封、环腔缝隙的密封等特殊设计，具有创新性和水煤浆气化技术的全部优势，克服了水煤浆耐火砖炉气化技术煤种适应性窄，难于处理高灰熔点煤和单炉年运转率低的问题［２］。水煤浆水冷壁气化炉采取水煤浆进料方式，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，压力可超过各种非排渣设计采用倒水煤浆进料气化炉５０％￣１００％。锥型排渣结构，解决了１４００￣１５００℃下排渣通畅问题，减少了熔融状态下渣对设备的磨蚀破坏。水冷壁产生蒸汽从气化炉吸取的热量与炉外壁温降为气化炉节约的热量平衡，热量转化为蒸汽，不仅未多耗氧，还提高气化炉效率。气化炉不必每年更换锥底砖和定期更换全部耐火砖，不设为煤气化置备炉。单炉每年运转达８０００ｈ以上，装置的“安稳长满优”运行创造了条件。水煤浆水冷壁气化炉装置设备材料及制造工艺１００％国产化，与引进国外技术相比，节约专利实施许可费、软件包费及技术服务费等投资２０％以上，相对于国内运行的其他加压煤气化技术，投资节约３０％￣５０％。并且扩宽了煤种选择性，解决高灰熔点煤的使用问题，降低原料成本，“高灰分、高灰熔点、高硫”煤，可以采用能够消化灰熔点１６００℃以下的各种原料煤。将制浆浓度提高到７０％，以这种浆料作为气化原料，可明显提高气化效率，碳转化率高，易于实现气化煤本地化，节约运输成本，为洁净化开发利用丰富的“三高”煤资源走出了一条创新之路，引起了业内的广泛关注。３工程实例山西阳煤丰喜临猗分公司水煤浆水冷壁气化炉是山西阳煤丰喜集团与清华大学、北京达立科公司共同开发，通过自主创新，产、学、研相结合，经过３年不懈努力实践和创新，共同开发的水煤浆加压气化技术，其区别于水煤浆气化炉的最大之处为将炉体的耐火砖改为水冷壁，水冷壁产生蒸汽从气化炉吸取的热量与炉外壁温降为气化炉节约的热量平衡。工程总投资９０００余万元，由西安华陆设计院进行设计，其中主要设备气化炉由西安核工业公司制造，水冷壁及汽包由太原锅炉厂设计制造，锅炉水系统泵由航天十一所制造。丰喜肥业集团水冷壁气化炉采用特殊的立式水冷壁，水冷壁产汽量仅２ｔ／ｈ，避免了因水冷壁副产蒸汽量大而带来的不必要的热量损失。水冷壁气化炉彻底解决了现有水煤浆气化炉耐火砖磨损、不能长周期运转的问题，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由于采用独特的组达两个月的停炉时间。同时，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。水煤浆水冷壁气化炉主要技术指标见表１。表１水煤浆水冷壁气化炉主要技术指标指标名称气化炉直径／ｍｍ气化炉高度／ｍ水冷壁高度／ｍ日投煤量／ｔ气化温度／℃气化压力／ＭＰａ）的体积分数／％有效气（ＣＯ＋Ｈ２３ＣＯ＋Ｈ２）耗氧量／ｍ３１０００ｍ（３１０００ｍ（ＣＯ＋Ｈ２）耗煤量／ｋｇ数值２８００１６．３７．０７５０１７００４．０≥８０≤３９０≤５５０≥９８≤５３３．０３４１３３３碳转化率／％渣中可燃物的质量分数／％吨氨气化单元综合能耗／ＧＪ吨氨气化单元耗煤（干基）／ｋｇ山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司新建水煤浆水冷壁气化炉，由２００９年初开始建设，２０１０年６月设备安装，２０１１年６月系统安装完成，经过２个月的系统调试，于２０１１－０８－２２Ｔ：１１：１１投料运转成功，并同时送气供给后系统生产合成氨［３］。中国石油和化学工业协会组织专家对该装置进行鉴定，专家组认为，该气化装置运行平稳，自动化程度高，安全可靠，操控性能良好；技术指标先进，与采用不分级气化装置运行结果相比，合成气中有效气成分提高１￣２个百分点，碳转化比氧耗、比煤耗均有所改善，整体处于水煤浆率、气化技术的国际先进水平。截至２０１２－０１－０９Ｔ：０８：３０计划停车检修，该装置实现第一个运行周期安全、平稳运行１４０天，这不仅创造了世界煤气化技术首次投料的新水平，而且创造了水煤浆气化炉连续运行的世界第４期汪家铭：水煤浆水冷壁气化技术产业化进展与前景表２１９纪录。４推广进展近年来我国氮肥、甲醇和新型煤化工领域取得了一大批重大技术突破，其中最关键的核心技术是煤气化技术，在水煤浆气化工艺上除了引进ＧＥ技术外，国内华东理工大学和兖矿集团有限公司共同开发的大型多喷嘴对置式水煤浆气化山西阳煤丰喜肥业（集团）股份技术，清华大学、有限公司和北京盈德清大科技有限责任公司三方合作开发推广的“水冷壁水煤浆气化炉”等自主研发技术目前已推广多家企业投入工业化或示范装置运行。从２０１１年５月起，北京达立科科技有限责经营水冷壁任公司退出煤气化领域，不再推广、水煤浆气化技术，并将签约的煤气化项目后续相关工作交由北京盈德清大科技有限责任公司进行。北京盈德清大科技有限责任公司有权独家推广、经营清华炉煤气化技术，并继续完成北京达立科科技有限公司已签约的煤气化项目后续相关工作。北京盈德清大科技公司是国内最大的独立工业气体供应商盈德气体集团有限公司与清华炉煤气化技术的发明人组建的合资公司，得到清华大学授权，独家经营清华炉煤气化技术。盈德清大还与清华大学组建联合工程中心，为该技术的完善和新技术的研发搭建了更加广阔的平台，共同进行后续相关技术的研发与推广。２０１１－０９－２５，为促进水煤浆水冷壁气化炉及北京达立科气化技术的完善与发展，清华大学、科技有限公司、山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司在山西运城签署清华炉成果共享与研发水煤浆水冷壁气化合作协议书。三方共同约定，炉及气化技术的推广、转让等事宜由北京盈德清大科技公司独家经营，以期实现第二代清华炉产业化。作为针对中国煤种和企业实际情况，新型水冷壁水煤浆煤气化技术已经具备了全面推广的条件，正在进入大规模产业化推广阶段，目前全国已有６家企业１４台水冷壁气化炉在建，国内水煤浆水冷壁气化技术推广应用情况见表２。２０１２－０３－２８北京盈德清大科技公司与北大荒股份公司浩良河化肥分公司正式签署了《黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公国内水煤浆水冷壁气化技术推广应用情况企业名称原料气化炉气化压工程进展煤直径ｍｍ力／ＭＰａ烟煤２８００烟煤２８００４．０４．０６．５６．５４．２已投产运行正在建设正在建设正在建设正在建设山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司新疆克拉玛依石化工业园区气化岛工程江苏华昌化工股份有限公司混煤３２００河北石家庄盈鼎气体有限公司烟煤３２００山东昌邑滨海（下营）经济开发区烟煤２８００。浩化公司德士古水煤浆气化炉改造技术协议》司现使用气化炉为德士古水煤浆耐火砖炉，自为改变耐火砖炉维修、运２００４年７月运行至今。行费用较高，气化装置年运作周期受限等不利状况，浩化公司经过大量细致的技术调研和论证，委托盈德清大公司对其在用气化炉进行改造。２０１２年４月初，北京盈德清大科技有限责任公司与江苏华昌化工股份有限公司在江苏省张家港市金港镇保税区正式签署了《原料结构调整技技术转让合同。合同明确由北京盈德术改造项目》清大科技有限公司向江苏华昌化工股份有限公司转让水煤浆水冷壁清华炉技术，为项目提供３３万ｔ／ａ合成氨及２亿ｍ３／ａＨ２气化装置工艺设计软件包及相关技术服务。项目气化装置选用日投混煤为２０００ｔ，工作压力６．５ＭＰａ、炉径３２００ｍｍ的水煤浆水冷壁气化炉。这些技术转让充分展示了水可靠性和竞争实煤浆水冷壁气化技术的先进性、力。５应用前景当今世界的竞争归根结底是对能源的争夺，随着高价石油时代的到来，尤其是上世纪７０年代石油危机出现后，世界各国广泛开展了煤气化技术的研究。客观上我国现代煤化工产业在经济性方面已经具备较强的竞争力，而少油、贫气、相对富煤的自然资源禀赋，更是迫使我国不得不注重煤炭资源的高效清洁利用。开发提高煤炭综合利用技术，是我国当前的一个重要任务，而煤气化技术是煤炭综合利用的核心。作为洁净、高效利用煤炭的主要途径之一的煤气化，不仅是煤炭深加工、转化的先导技术，而且还是绿色煤电、煤化工、煤制油过程中，实现煤炭综合利用和无污染排放的关键技术，其应用前２０氮肥技术２０１２年第３３卷景广阔，先进的煤气化技术对于我国减轻燃煤造成的环境污染，降低我国对进口石油依赖具有重大意义。但目前国内的煤气化技术市场几乎被国外技术垄断，我国企业在引进煤气化技术时，不得不向外国公司支付高额的专利费用，国产煤气化技术亟待国家大力培育和支持。在国家８６３计划等科技计划支持下，我国已经取得了一批拥有自主知识产权的先进煤气化技术，并成功地实现了工业化应用，我国的煤气化技术正在步入发展的快车道。据来自国家发改委和能源局的消息称，从国民经济社会发展总体规划及相关产业规划衔接的角度出发，“十二五”期间，我国煤化工产业将统筹规划，严格产业准入标准。国家发改委、国家能源局正在加快组织编制《煤炭深加工示范项目规划》和《煤化工产业。随着上述一系列政策的出台，无论是对以政策》水煤浆水冷壁气化技术等为代表的优秀气化技术的产业化推广，还是对我国煤化工产业的有序健康发展均影响深远、意义重大。目前全国采用常压间歇式固定床气化技术的氨醇年生产能力共３０００万ｔ，占以煤为原料的氨醇生产能力的７０％，在国内化肥企业中仍占主导地位，先进煤气化技术应用的数量还比这种气化炉以块状无烟煤或焦炭为原料，较少。以空气和水蒸汽为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。该技术虽工艺成熟、设备简单、一次投资较少，但对原料要求较高、单位产排放污水中有害物质浓度高。品能耗相对较高、随着能源价格的大幅上涨，氮肥企业在面临日益严峻的煤炭供应形势的同时，还面临生产成本持续上升的困境，目前该技术已属国家淘汰和限制发展的落后技术，氮肥企业应考虑利用新型煤气化炉进行原料技术路线改造，改变我国大量依赖传统ＵＧＩ炉的现状，采用具有节能环保方面优势的新型气化炉，提升我国煤气化技术水平，已成当务之急［４］。２０１１年，工业和信息化部发布的《先进煤气化节能技术推广实施方案》提出，在５年（２０１１￣２０１５年）内，选择１９家左右以煤为原料的大中型合成氨等煤化工企业进行技术改造，形成一定规模的以先进煤气化技术为龙头的煤气化能力，争取替代７８０万ｔ常压固定床煤气化能力，实现年２０１２年３月，工业和信息化节约标准煤１７１万ｔ。部又发布《先进煤气化节能技术推广实施方案》，预计总投资１００亿元，通过技术改造扩大先进煤气化技术的应用规模，替代７８０万ｔ常压固定床煤气化能力。这意味着国家再一次明确淘汰和限制不符合国家节能降耗要求的间歇式固定床煤气化技术。因此当前企业迫切需要一种投资不大、技术先进的煤气化技术来进行改造，从而实高现原料煤的本地化，以促进我国煤炭的清洁、效利用。中国的水煤浆气化技术是在对引进技术吸收消化过程中发展起来的。近年来，随着煤化工产业的发展，我国拥有自主知识产权的水煤浆气化技术快速发展，并推广应用到大型现代化的煤化工装置，技术水平已经处于世界领先地位。同时国家政策上的扶持将给煤气化技术企业带来更多的机遇和发展空间，国产化先进煤气化技术会有更强的市场开拓能力，将引领整个行业的发操作简单，展。水煤浆气化技术适合不同的煤种，也可以长周期运行，有机污染物将完全被分解，是“十二五”期间国家重点推广的先进煤气化技术的重要组成部分。水煤浆水冷壁气化技术为洁净化开发利用丰富的“三高”煤资源走出了一条创新之路，极大地强化了我国在世界煤气化领域的主动权和话水煤浆水冷壁气语权。作为清洁能源利用技术，化技术解决了长期来煤炭利用过程中的环境污染问题和多煤种的选用问题，从而为后石油时代的来临做了相当实际的技术准备。不但增强了我国大容量煤气化炉在煤化工应用领域的竞争力，为打破国外技术垄断局面提供了利器，也为国内数量众多的中小型化工及化肥企业的技术升级低成本的煤气化技与改造，提供了一个高水平、术选择［５］。水冷壁炉的性能肯定比热壁炉优势更多，但有关专家指出，企业在进行煤气化技术改造时不能盲目［６］，要全面考虑问题。水冷壁炉只适合灰熔这样的煤制浆性能才好。水点高于１３００℃的煤，冷壁结构只是将气化炉的衬里进行了改变，仍属于水煤浆气化炉。进入这种气化炉的煤浆含有质量分数为３５％￣４０％的水，水要被加热到气化反应温度，就需多消耗煤和氧气，且要把热量传到水冷壁副产蒸汽，还要再消耗煤和氧气。氧耗增加了，相应的二氧化碳也增加了，（下转第40页）４０表１项目实验开始时间实验结束时间１４９Ｄ初始液位％１４９Ｄ终了液位％１４７Ｄ初始液位％１４７Ｄ终了液位％１４６Ｄ初始液位％１４６Ｄ终了液位％１５２Ｄ初始液位％１５２Ｄ终了液位％三次模拟试验数据表次数１９：００１０：００３０．０７８．２５０．０４９．３５０．０５０．５５０．０５０．２２１５：００１６：００３０．０７９．０５０．０５１．０５０．０５１．０５０．０４９．８３氮肥技术２０１２年第３３卷１８：００１９：００３０．０７８．６５０．０５０．０５０．０４９．８５０．０５１．０该改造项目在２０１２年４月大修中予以实施，１０５Ｊ１在正常工况下已停运。仿真模拟系统设定真实的工艺条件，建立一个扩容模型，模拟了１４９Ｄ改造后的真实的工艺环境，使得１４９Ｄ扩容改造项目在理论和实际运用中有了强有力的支持。４结束语中海石油化学股份有限公司在建立ＯＴＳ模拟仿真系统之初，就考虑不单单作为培训，还应该应用于工艺分析、工艺优化、技术方案改造等研究性项目，因而考虑应选择主体技术强，即建模实力强、硬件设施与化学公司现有生产装置一致的单位承建ＯＴＳ系统，具体的功能模块和系统构架可根据要求确定，跟踪实施。建成之后软硬件都能顺利升级，不牵涉到版权和硬件的影响，确保系统的先进性，因而选择了霍尼维尔Ｕｎｉｓｉｍ仿真系统，随着这套系统的逐步开发和完善，必将能实现更多的功能，更好地为企业服务。（收稿日期：２０１２－０５－２９）制是否能满足生产要求，以及参数是否变化较大，从以上实验数据可以看出，新设计的１４９Ｄ容积能满足生产实际，而整个冷冻系统负荷以及泵的运行工况均未出现异常，通过三次仿真的模拟实验，证实了扩容方案在仿真模拟系统（ＯＴＳ）中运用的可行性。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接第20页）使有效气体产生量下降，相当于是用氧气产了蒸汽。不少企业为了扩宽煤种的使用实范围，将耐火砖改造为水冷壁。在这种情况下，现烧灰熔点高的煤，是以多消耗煤和氧气为代价的。如果当地有高灰熔点的煤，在煤价较低时可煤化工企业行，如果价格太高就不划算了。因此，在选用水煤浆水冷壁炉时应结合多种因素并考虑经济性问题。６结语水煤浆水冷壁气化技术的成功开发为以煤液体燃料、城市燃气及多联为原料的大型化工、产领域提供了技术支撑。“十二五”期间，国内在建的甲醇、煤制油及筹建中的煤制烯烃装置等，都将对新型水煤浆气化技术产业化推广有强劲我国煤化工的发展趋势将以煤需求。未来几年，制烯烃、煤制乙二醇、煤制油、煤制天然气等新型煤化工为发展方向，但这都需要先进的煤气化技术来支撑，水煤浆水冷壁气化技术等先进的气化技术正处于产业化关键阶段，有望成为行业发展的未来，为解决我国的能源战略安全做出贡献。参考文献［１］张伟．新型煤气化技术凸显“中国特色”［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｎｉｃ．ｏｒｇ．ｃｎ／ｓｉｔｅ９５１／ｓｃｈｊ／２０１２－０５－０２／５５５５４２．ｓｈｔｍｌ，２０１２．５．２．［２］方金兰．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，２０１２．３．１２．［３］李战学，韩喜民，孟令兵，等．水煤浆水冷壁气化技术综述［Ｊ］．中氮肥，２０１２，（２）：７－１０．［４］张兴刚．新型气化炉担纲氮肥原料技改［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｎｉｎｆｏ．ｇｏｖ．ｃｎ，２０１２．５．２２．［５］李宁波，王胜学，郭理阳．世界首台水煤浆水冷壁气化炉研发成功［Ｎ］．山西日报，２０１１．９．３．［６］张兴刚．挑选气化炉：警惕三大误区［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｅｒｔ．ｃｎ／ｎｅｗｓ／２０１２／５／２２／２０１２５２２１０１７１３７２８００．ｓｈｔｍｌ．２０１２．５．２２．（收稿日期：２０１２－０５－２９）
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