現(xiàn)代煤氣化工藝技術(shù)

1、現(xiàn)代煤氣化工藝簡(jiǎn)介概述王潤(rùn)斌：高級(jí)技工、2010年評(píng)為助理工程師關(guān)鍵詞：現(xiàn)代化粉煤氣化和水煤漿氣化的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)成本對(duì)比 煤氣化大體可分為干粉煤加壓氣化路線和水煤漿氣化路線。一般情況下，凡是煤質(zhì)符合水煤漿技術(shù)要求的應(yīng)盡可能采用成熟的水煤漿技術(shù)，保證后續(xù)工藝的運(yùn)行；在煤質(zhì)不能滿足水煤漿技術(shù)要求時(shí)可以考慮粉煤氣化技術(shù)。一、目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的干粉煤加壓氣流床煤氣化工藝技術(shù)主要是Shell公司的SCGP粉煤加壓氣化工藝、德國(guó)未來(lái)能源公司的GSP粉煤加壓氣化工藝、航天粉煤加壓氣化工藝和西安熱工所兩段式煤氣化技術(shù)。1.1殼牌公司的SCGP粉煤加壓氣化技術(shù)原料為干煤粉，采用氣流床加壓氣化、液態(tài)排渣，利用廢熱

2、鍋爐產(chǎn)高壓飽和或高壓過(guò)熱蒸汽；其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：T0 _+ u6 / % ?, y7 P8 x) ; O用加壓氮?dú)廨斔透擅悍?，煤種適應(yīng)性廣，對(duì)煤的灰熔點(diǎn)適應(yīng)范圍比Texaco水煤漿氣化技術(shù)更寬、氣化溫度約14001600，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體（CO+H2）達(dá)到90%左右、氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧耗低1525%，因而配套之空分裝置投資可減少。8 l* B6 , h8 S5 j5 單爐生產(chǎn)能力大，日處理煤量可達(dá)2000噸以上。4 Y, 3 f+ / ? F! # H冷煤氣效率可達(dá)到7883%。3 kA- o! N; O; % C/ i,

3、 o; I氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火磚襯里，維護(hù)量較少，氣化爐內(nèi)無(wú)傳動(dòng)部件，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，無(wú)需備用爐。氣化爐燒嘴及控制系統(tǒng)安全可靠。Shell公司氣化燒嘴設(shè)計(jì)壽命為8000小時(shí)，Demkolec電廠使用燒嘴4年中未出現(xiàn)問(wèn)題爐渣可用作水泥滲合劑或道路建造材料。氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒，性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。氣化污水中含氰化物少，容易處理。雖然Shell干煤粉氣化技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是但shell系統(tǒng)龐大，流程長(zhǎng)，設(shè)備投資大，鍋爐系統(tǒng)存在積灰、堵渣現(xiàn)象。關(guān)鍵設(shè)備基本依賴進(jìn)口，尤其是特殊閥門(mén)、氣化爐內(nèi)件和燃燒器，由于必須依賴進(jìn)口，每年的備品備件費(fèi)用較高，開(kāi)車(chē)運(yùn)行的成本費(fèi)用也相

4、對(duì)較高。目前此項(xiàng)技術(shù)在商業(yè)運(yùn)營(yíng)中僅僅用于發(fā)電，在化工領(lǐng)域的運(yùn)用還存在不少問(wèn)題。國(guó)內(nèi)已運(yùn)行和在建的裝置有19套，總體上柳化、湖北雙環(huán)、安慶石化運(yùn)行的相對(duì)較好， 殼牌公司的Shell粉煤加壓氣化技術(shù)應(yīng)用部分企業(yè)序號(hào)企業(yè)氣化壓力(MPa)用途及規(guī)模原料煤產(chǎn)地投產(chǎn)時(shí)間備注1湖北雙環(huán)4.020萬(wàn)噸/年合成氨本地已投產(chǎn)2柳州化肥廠4.030萬(wàn)噸/年合成氨本地已投產(chǎn)3洞庭氮肥廠4.052萬(wàn)噸/年合成氨（規(guī)模）本地已投產(chǎn)4安慶化肥廠4.052萬(wàn)噸/年合成氨（規(guī)模）本地已投產(chǎn)5湖北化肥廠4.052萬(wàn)噸/年合成氨（規(guī)模）本地已投產(chǎn)6云南天安公司4.050萬(wàn)噸/年合成氨本地在建7云南沾益化肥廠4.050萬(wàn)噸/年合成

5、氨本地在建8河南永煤集團(tuán)4.050萬(wàn)噸/年甲醇本地在建9河南義馬化肥廠4.020萬(wàn)噸/年甲醇本地在建10中原大化肥4.050萬(wàn)噸/年甲醇本地在建11大連大化肥4.030萬(wàn)噸/年甲醇本地在建1.2德國(guó)未來(lái)能源公司的GSP是單噴嘴下噴式干煤粉加壓氣流床氣化技術(shù)，據(jù)煤氣用途不同可用直接水激冷，也可用廢鍋回收熱量。由我國(guó)神華寧煤集團(tuán)與德國(guó)西門(mén)子合資組建的北京杰斯菲克公司負(fù)責(zé)在我國(guó)推廣這項(xiàng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)在建的有三套，分別是神華寧煤集團(tuán)830kt/a煤基二甲醚項(xiàng)目，單爐投煤量約2000t/h；安徽淮化300kt/a合成氨項(xiàng)目及江蘇靈谷化工有限公司300kt/a合成氨項(xiàng)目。其中神華集團(tuán)的5臺(tái)氣化爐由于技術(shù)上的重

6、大缺陷，開(kāi)車(chē)一年多，尚無(wú)法正常運(yùn)行。$ D) i- L; h$ Z3 j% YGSP工藝具有以下特點(diǎn)： 0 R3 p1 W3 - * F干煤粉進(jìn)料，加壓二氧化碳輸送，連續(xù)性好，煤種適應(yīng)性廣，可以處理各種含灰燃料135%，短期45%也沒(méi)影響。氣化溫度約14001600，氣化壓力3.0MPa，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為75110，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，產(chǎn)品氣體潔凈，不含重?zé)N，甲烷含量極低，煤氣中有效氣體(CO+H2)90%。氧耗低，與水煤漿氣化相比，氧耗低1015%，因而配套的空分裝置投資可相應(yīng)減少。; f2 I7 H4 8 , Y9 u目前已投入商業(yè)運(yùn)行的單臺(tái)爐生產(chǎn)能力可達(dá)日處理煤量720噸，約產(chǎn)有效氣5

7、0000Nm3/h。熱效率高，冷煤氣效率7582%，其余10%熱能被回收為低壓蒸汽，總的熱效率約為90%。# U- G/ PG5 e3 Q0 y1 N氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，無(wú)耐火磚襯里，維護(hù)量較少，氣化爐利用率高，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，無(wú)需備用爐，氣化爐及內(nèi)襯使用壽命在10年以上。- O3 w2 m4 i3 g氣化爐由一個(gè)主燒嘴、氣化室、冷激室及承壓外殼組成。膜壁和外殼間有約50mm間隙，間隙充CO2、N2或粗合成氣，水冷壁水冷管內(nèi)的水采用強(qiáng)制密閉循環(huán)，在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)副產(chǎn)0.5MPa的低壓蒸汽。! V o7 v$ C0 u( P5 m1 b; j$ S. T1 j采用激冷和濕法洗滌工藝，投資較低。1.3北

8、京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)充分吸收了當(dāng)今世界最先進(jìn)的Shell、GSP和Texaco煤氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，自主研發(fā)HT-L氣化爐、氣化燃燒器等煤氣化關(guān)鍵設(shè)備，采用成熟的化工工藝，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的航天煤氣化成套技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)10家19臺(tái)氣化爐選用該技術(shù)。該技術(shù)特點(diǎn)為：采用粉煤作原料，適應(yīng)我國(guó)煤炭資源分布廣、種類(lèi)多的特點(diǎn)。采用氣流床加壓氣化和水冷壁結(jié)構(gòu)，氣化壓力4MPa，氣化溫度1700以上，滿足高效利用煤炭的技術(shù)要求。采用激冷流程及灰渣水循環(huán)利用等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)合成氣灰分、硫等有害元素的有效處理和灰渣的綜合利用，達(dá)到潔凈環(huán)保要求。全部設(shè)備國(guó)產(chǎn)，成套工藝技

9、術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)建設(shè)投資少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，便于在發(fā)電、化工等領(lǐng)域推廣。主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：l日處理煤： 2000噸l小時(shí)產(chǎn)氣量： 170000Nm3/h(co+H2)l比氧耗： 310Nm3O2/1000Nm3(co+H2)l比煤耗： 490kg/1000Nm3(co+H2)l有效氣成分co+H： 92%;l碳轉(zhuǎn)化率： 99%；l冷煤氣效率： 84%l氣化爐操作溫度： 1400-1900l氣化爐操作壓力； 4MPa；l原料煤適應(yīng)性： 涵蓋幾乎所有煤種，實(shí)現(xiàn)原料煤本地化；l項(xiàng)目一次性投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用：低1.4西安熱研究院有限公司開(kāi)發(fā)的兩段式干煤粉加壓氣化技術(shù)氣化爐采用水冷壁爐膛、液態(tài)排渣。

10、運(yùn)行時(shí)，向下?tīng)t膛內(nèi)噴入粉煤、水蒸氣和氧氣，向上爐膛噴入少量粉煤和水蒸氣。利用下?tīng)t膛的煤氣顯熱進(jìn)行上爐膛煤的熱解和氣化反應(yīng)，以提高總的冷煤氣效率；同時(shí)顯著降低熱煤氣溫度，使得爐膛出口的煤氣降溫至灰熔點(diǎn)以下，從而省去冷煤氣激冷流程。同其他氣化技術(shù)相比，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下： 氣化溫度范圍13001700，氣化反應(yīng)壓力0.54.0 MPa，碳轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上，有效氣體成份（CO+H2）達(dá)90%以上。不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚物，不污染環(huán)境，合成氣質(zhì)量好。煤種適應(yīng)性好，可氣化褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤以及高灰分、高灰熔點(diǎn)煤，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，以渣抗渣，無(wú)耐火磚襯里，維護(hù)量少，無(wú)需備爐。水冷壁壽命

11、長(zhǎng)達(dá)20年，燒嘴壽命長(zhǎng)達(dá)10年；與國(guó)外先進(jìn)干法氣化技術(shù)相比，冷煤氣效率提高23個(gè)百分點(diǎn)，比氧耗低1015；與水煤漿氣化技術(shù)相比，冷煤氣效率提高710，比氧耗降低2030；可省略冷煤氣循環(huán)激冷流程，使得系統(tǒng)自耗功大幅度降低，同時(shí)煤氣冷卻器及凈化系統(tǒng)的設(shè)備尺寸減小1/2；兩段式干煤粉氣化爐可配套適合于化工領(lǐng)域的激冷流程和適合于電力領(lǐng)域的廢鍋流程；氣化系統(tǒng)全部國(guó)產(chǎn)化，比國(guó)外先進(jìn)干法氣化爐造價(jià)低40%左右。 總之，航天爐與西安熱工院的兩段爐均屬于干法氣流床氣化的國(guó)內(nèi)技術(shù)，起步比較晚，要想達(dá)到SHELL的技術(shù)水平還要走較長(zhǎng)的路，SHELL目前的運(yùn)行水平尚且不高，況論航天爐。而shell、GSP屬國(guó)外技術(shù)

12、，專利費(fèi)昂貴，關(guān)鍵設(shè)備全部依賴進(jìn)口，一次性投資較大。 二、目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的水煤漿氣化工藝技術(shù)主要是GE公司的Texaco水煤漿加壓氣化技術(shù)、華東理工大學(xué)和兗礦集團(tuán)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的對(duì)噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化技術(shù)、清華大學(xué)與山西豐喜肥業(yè)集團(tuán)有限公司共同開(kāi)發(fā)的清華爐（非熔渣熔渣分級(jí)氣化技術(shù)）。2.1 美國(guó)GE公司的Texaco水煤漿加壓氣化技術(shù)為第二代先進(jìn)煤氣化技術(shù)。該工藝采用水煤漿進(jìn)料、液態(tài)排渣、在氣流床中加壓氣化，水煤漿與純氧在高溫高壓下反應(yīng)生成煤氣。Texaco水煤漿氣化工藝已在我國(guó)魯南、上海焦化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等9個(gè)廠投入生產(chǎn)，情況良好。Texaco水煤漿氣化工藝具有如

13、下特點(diǎn)：對(duì)煤種有一定適應(yīng)性。除了含水高的褐煤以外，各種煙煤、石油焦、煤加氫液化殘?jiān)勺鳛闅饣希阅贻p煙煤為主，對(duì)煤的粒度、粘結(jié)性、硫含量沒(méi)有嚴(yán)格要求。但是，國(guó)內(nèi)企業(yè)運(yùn)行證實(shí)水煤漿氣化對(duì)使用煤質(zhì)仍有一定的選擇性：氣化用煤的灰熔點(diǎn)溫度低于1350時(shí)有利于氣化；煤中灰分含量不超過(guò)15%為宜，越低越好，煤的熱值高于26000kJ/kg，并有較好的成漿性能，使用能制成6065%濃度的水煤漿之煤種，才能使運(yùn)行穩(wěn)定，又較為經(jīng)濟(jì)，并能充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)。& P% q1 h% S& n M/ f氣化壓力高。工業(yè)裝置使用壓力在2.86.5MPa之間，可根據(jù)使用煤氣的用途加以選擇。( n) G& w3 z+ n

14、4 X1 q氣化技術(shù)成熟。制備的水煤漿可用隔膜泵來(lái)輸送，操作安全又便于計(jì)量控制。氣化爐為專門(mén)設(shè)計(jì)的熱壁爐，為維持13501400溫度下反應(yīng)，燃燒室內(nèi)由多層特種耐火磚砌筑。熱回收有激冷和廢鍋兩種類(lèi)型，可以煤氣用途加以選擇。合成氣質(zhì)量較好。其有效組分（CO+H2）含量占80%，甲烷量0.1%。碳轉(zhuǎn)化率9598%。冷煤氣效率7076%，氣化指標(biāo)較為先進(jìn)。由于水煤漿中含有3540%水分，因而氧氣用量較大。對(duì)環(huán)境影響較小。氣化過(guò)程不產(chǎn)生焦油、萘、酚等污染物，故廢水治理簡(jiǎn)單，易達(dá)到排放指標(biāo)。高溫排出的融渣，冷卻固化后可用于建筑材料，填埋時(shí)對(duì)環(huán)境也無(wú)影響。Texaco水煤漿氣化工藝經(jīng)過(guò)各國(guó)的逐步完善，其技術(shù)

15、趨于成熟，但實(shí)際運(yùn)行中仍存在煤的含水率不能高于8%、灰分不宜大于15%、灰熔點(diǎn)不宜高過(guò)1350，國(guó)內(nèi)只有兗礦、神府、義馬、華亭、鶴崗等少數(shù)地區(qū)的煤炭可以用作其原料。還存在氣化效率相對(duì)較低、氧耗高、后系統(tǒng)帶水帶灰、耐火磚壽命短、噴嘴壽命短、運(yùn)行維護(hù)成本高、連續(xù)運(yùn)行周期短，必須有備爐等諸多問(wèn)題。但不可忽視的是國(guó)內(nèi)已經(jīng)完全掌握了Texaco氣化工藝，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，因此設(shè)備制造、安裝和工程實(shí)施周期短，開(kāi)車(chē)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)時(shí)間短。Texco水煤漿加壓氣化技術(shù)應(yīng)用的部分企業(yè)序號(hào)企業(yè)氣化壓力(MPa)用途及規(guī)模原料煤產(chǎn)地投產(chǎn)時(shí)間備注1魯南化肥廠2.710萬(wàn)噸/年合成氨神府、義馬19932上海焦化廠

16、4.020萬(wàn)噸/年甲醇神府、義馬19953渭河化肥廠6.530萬(wàn)噸/年合成氨華亭19964淮南化肥廠4.018萬(wàn)噸/年合成氨神府、義馬20005浩良河化肥廠4.020萬(wàn)噸/年合成氨鶴崗20046德州化肥廠6.530萬(wàn)噸/年合成氨神府20047金陵化肥廠6.530萬(wàn)噸/年合成氨神府20058神木甲醇廠4.020萬(wàn)噸/年甲醇神府20059南化公司化肥廠8.530萬(wàn)噸/年合成氨神府改造10惠生南京甲醇廠4.020萬(wàn)噸/年甲醇神府20062.2由華東理工大學(xué)和兗礦集團(tuán)有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的對(duì)噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化技術(shù)是為了打破GE公司水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)的技術(shù)壟斷而研發(fā)的氣化技術(shù)，其核心內(nèi)容是將德士古

17、氣化爐的頂部單噴嘴燃燒改為側(cè)壁四個(gè)噴嘴對(duì)燒形式，類(lèi)似于氣流床電站鍋爐的燃燒器布置。其優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省了購(gòu)買(mǎi)德士古專利的費(fèi)用，缺點(diǎn)是沒(méi)有克服德士古技術(shù)的不足，所以，同德士古技術(shù)一樣，難以進(jìn)行規(guī)模推廣。首先在山東德州化肥廠建了一臺(tái)爐，2005年進(jìn)行了試燒，取得了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在魯南化肥廠建設(shè)了工業(yè)化裝置。多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)氣化溫度在1300，操作彈性大，單噴嘴負(fù)荷小，噴嘴壽命最長(zhǎng)4個(gè)月，氣化爐處理能力大，特別適合大型化裝置。目前，國(guó)內(nèi)外已有28個(gè)項(xiàng)目，81臺(tái)氣化爐選用該技術(shù)。其中已有9家共計(jì)22臺(tái)氣化爐投入運(yùn)行。主要經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)：比氧耗： 360Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)l比煤耗：

18、 535kg/1000Nm3(CO+H2)l有效氣成分CO+H： 85%; 冷煤氣率： 74%l碳轉(zhuǎn)化率： 98%；l噴嘴使用壽命： 4個(gè)月2.3由清華大學(xué)與山西豐喜肥業(yè)集團(tuán)有限公司共同在水煤漿氣化基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的清華爐（非熔渣熔渣分級(jí)氣化技術(shù)），目前應(yīng)用于國(guó)家重點(diǎn)新能源領(lǐng)域，煤炭的清潔利用和石油、天然氣替代項(xiàng)目。其主要技術(shù)原理是將煤炭加工成粉狀（水煤漿或干粉），加壓送入部分氧化氣化爐中生產(chǎn)合成氣。其特點(diǎn)是：通過(guò)氧氣分級(jí)供給，氣化爐主燒嘴和側(cè)壁氧氣噴嘴分別向氣化爐內(nèi)加氧，使氣化爐主燒嘴的氧氣量可脫離爐內(nèi)部分氧化反應(yīng)所需的碳與氧的化學(xué)當(dāng)量比約束，改變了主燒嘴局部區(qū)域氧化強(qiáng)度過(guò)高的狀態(tài)，使氣化爐軸向溫

19、度均衡并有所提高，充分發(fā)揮氣化爐全容積的氣化功能。在主燒嘴中心通道采用氧含量從0到100%的不同氣體作為主燒嘴預(yù)混氣體，不僅調(diào)整了火焰中心的溫度，而且調(diào)整了火焰中心距主燒嘴端面的距離，有利于降低主燒嘴端部溫度，延長(zhǎng)其使用壽命。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的第二代清華爐具有懸掛垂直水冷壁結(jié)構(gòu)，可強(qiáng)制循環(huán)也可自然循環(huán)，從而克服了texaco工藝的兩大缺憾，既煤種適應(yīng)性窄，難于處理高灰熔點(diǎn)的煤種，單爐年運(yùn)行率低，必須采用備爐，耐火磚壽命短。爐內(nèi)壁掛渣情況良好，渣后的水冷管吸熱較小，目前已有裝置成功投入運(yùn)行。主要經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)：l比氧耗： 380Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)l比煤耗： 550kg/1000N

20、m3(CO+H2)l有效氣成分CO+H： 81%;l碳轉(zhuǎn)化率： 98%；l噴嘴使用壽命： 4個(gè)月三、根據(jù)煤氣化專家中國(guó)天辰化學(xué)工程公司章榮林先生的相關(guān)文章提供的資料現(xiàn)將兩種方式的能耗比較如下：（1）磨煤系統(tǒng)電耗差別8 J4 B: D* o; M ) Yw& H! 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)干磨煤粉，每噸煤約需耗電30 kwh。而濕磨煤粉，每噸煤只需耗電20 kwh，也就是說(shuō)制成水煤漿比制成干煤粉，每噸原料煤可以節(jié)省磨煤電耗10 kwh。以日處理原料煤2000 噸的磨煤系統(tǒng)考慮，每年可以節(jié)省66105kwh電，電價(jià)按0.45元/kwh計(jì)，每年可節(jié)省電費(fèi)約300萬(wàn)元。: x3 p1 I- l+ I6 y& +

21、. （2）原料煤干燥系統(tǒng)的煤耗差別# y6 p# Q$ B/ G) - 9 如原料含水按10%計(jì)，每噸原料煤干燥所需原煤約10 kg，以日處理原料煤2000 t計(jì)，每年干燥系統(tǒng)煤耗約6600 t，以每噸煤450元計(jì)價(jià)，每年約需300萬(wàn)元用于煤干燥。! s9 O, rc才才吃的哈就開(kāi)始（3）輸煤系統(tǒng)電耗差別對(duì)于干粉進(jìn)料，以1000 t/d輸煤系統(tǒng)為8000 m3/h計(jì)，如日處理原料煤2000 t，輸煤系統(tǒng)高壓氮?dú)猓?.2MPa）耗量為16000m3/h，電耗為3200 kW，電價(jià)按0.45元/kwh計(jì)，每年耗電費(fèi)約1140萬(wàn)元。低壓氮?dú)猓?.6 MPa）耗量為9000m3/h，電耗為733 kW

22、，電價(jià)按0.45元/kwh計(jì)，每年耗電費(fèi)約260萬(wàn)元。# U& o0 t4 N; 5 V以上兩項(xiàng)合計(jì)，每小時(shí)電耗為3933 kwh，每年耗電費(fèi)約1400萬(wàn)元。- s# m. h9 B1 L# bY對(duì)于水煤漿系統(tǒng)，按日處理原料煤2000 t，電耗為550 kW，電價(jià)按0.45元/kwh計(jì)，每年耗電費(fèi)約196萬(wàn)元。5 P) k4 o2 d, j. y- %& h: U A3 Q5 Y2 f4 a8 b輸煤系統(tǒng)干煤粉比水煤漿多耗電費(fèi)1204萬(wàn)元。% J$ H# Q7 i+ f- b) l2（4）備煤及輸煤系統(tǒng)投資差別* ) y. / 9 y) X按日處理2000 t原料煤計(jì)，干煤粉制備及輸煤系統(tǒng)投資

23、比水煤漿制備及輸水煤漿系統(tǒng)約多5000萬(wàn)元。根據(jù)以上（1）至（4）項(xiàng)小結(jié)，在原料制備方面，以日處理2000 t原料煤計(jì)，干煤粉進(jìn)料系統(tǒng)比水煤漿進(jìn)料系統(tǒng)多化投資5000萬(wàn)元，固定成本按投資5年回收計(jì)，每年多1000萬(wàn)元，折每噸氨固定成本約多22.73元；每年運(yùn)行費(fèi)多1804萬(wàn)元，折每噸氨運(yùn)行成本約多41元。兩項(xiàng)合計(jì)每噸氨成本多63.73元，每年多化約2804萬(wàn)元。所以，水煤漿進(jìn)料優(yōu)于干煤粉進(jìn)料，不但投資省，生產(chǎn)運(yùn)行成本低，而且備煤系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少，生產(chǎn)控制方便，生產(chǎn)安全可靠。更重要的是：清華二代爐已經(jīng)研發(fā)出水冷壁氣化爐，克服了傳統(tǒng)水煤漿氣化工藝煤種適應(yīng)性窄，耐火磚壽命短，裝置運(yùn)行周期短，必須

24、有備爐等缺點(diǎn)。* w2 |5 Q0 * t:1. 進(jìn)入氣化爐的氧氣和蒸汽4.1 干法氣化的氧氣和蒸汽對(duì)于4.0MPa干法氣化，氣化爐必須加入4.8MPa的過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽一般在氧氣管線上加入，過(guò)熱蒸汽在加入氧氣管線之前必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾，以過(guò)濾蒸汽中可能攜帶的10微米的銹皮顆粒。蒸汽的加入量一般為噸醇120Kg左右。為了避免蒸汽與氧氣混合時(shí)發(fā)生冷凝，氧氣也必須預(yù)熱，氧氣一般采用氣化爐的鍋爐水預(yù)熱到180。4.2水煤漿氣化的氧氣和蒸汽水煤漿氣化不需加入蒸汽，氧氣從空分過(guò)來(lái)后，不需任何處理直接加入氣化爐。表4 進(jìn)入氣化爐的氧氣和蒸汽比較表項(xiàng)目清華爐航天爐備注主要消耗不需加蒸汽噸醇耗蒸汽120Kg氧氣不

25、需預(yù)熱氧氣需要預(yù)熱至180操作性只需控制O2/C比需控制H2O/O2比和O2/C比，還需控制氧氣和蒸汽的溫度5.1 航天爐航天爐的水冷壁采用水冷盤(pán)管結(jié)構(gòu)，在水冷壁和氣化爐外殼之間的環(huán)隙中充有惰性氣體。從汽包來(lái)的鍋爐水進(jìn)入循環(huán)泵，加壓后先送入氧氣預(yù)熱器加熱氧氣，出氧氣預(yù)熱器的鍋爐水分四路進(jìn)入氣化爐水冷壁盤(pán)管，出盤(pán)管的汽液混合物進(jìn)入汽包進(jìn)行汽液分離，蒸汽送入管網(wǎng)，鍋爐水進(jìn)行循環(huán)。氣化爐的燒嘴裝在氣化爐的頂部中心位置，三條煤粉輸送線分別進(jìn)入同一個(gè)工藝燒嘴，氧氣和過(guò)熱蒸汽混合后也送入工藝燒嘴，煤粉、氧氣和蒸汽在氣化爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，未反應(yīng)的爐渣和粗煤氣一起通過(guò)渣口進(jìn)入氣化爐激冷室。氣化爐內(nèi)主要是依靠爐渣來(lái)

26、保護(hù)水冷壁，水冷壁的產(chǎn)氣量直接和爐渣的厚度有關(guān)。由于水冷壁采用盤(pán)管結(jié)構(gòu)，流動(dòng)阻力大，鍋爐水循環(huán)泵的揚(yáng)程很高。航天爐的煤粉通過(guò)三條煤粉管線進(jìn)入氣化爐燒嘴的三個(gè)煤粉管，在氣化爐內(nèi)形成旋流。氧氣經(jīng)預(yù)熱后和一定比例的蒸汽混合后進(jìn)入氣化爐，爐內(nèi)軸向溫度梯度為上部高，下部低。對(duì)于液態(tài)排渣的氣化爐，渣口的溫度應(yīng)保持在灰熔點(diǎn)以上，渣口溫度的高低是決定渣口壓差大小的主要影響因素，也是氣化爐能否正常排渣的關(guān)鍵。對(duì)于這種氣化爐，由于煤粉出燒嘴的速度較低，一般10m/S，所以其燃燒火焰短，氣化爐軸向溫度梯度大。要保持氣化爐正常排渣就必須首先提高氧煤比以提高氣化爐上部的溫度，從而提高渣口溫度。從航天爐的實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，如

27、果入爐煤的灰熔點(diǎn)超過(guò)1450，爐頂溫度將會(huì)很高，很容易造成氣化爐上部燒壞。因此航天爐在摻燒高灰熔點(diǎn)煤時(shí)需要添加石灰石控制入爐混煤的灰熔點(diǎn)在1450以下。見(jiàn)：盧正滔,姜從斌, 朱玉營(yíng). 航天粉煤加壓氣化裝置運(yùn)行情況及煤種適用性分析. 氮肥技改, 2015年第4期, 1-85.2 清華爐清華爐的激冷方式（耐火磚和水冷壁）這里以采用水冷壁垂直管結(jié)構(gòu)討論，（耐火磚和GE爐是一樣的）水循環(huán)按照自然循環(huán)設(shè)計(jì)，運(yùn)行時(shí)按照強(qiáng)制循環(huán)運(yùn)行。從汽包來(lái)的鍋爐水進(jìn)入鍋爐水循環(huán)泵，加壓后進(jìn)入水冷壁，出水冷壁的鍋爐水進(jìn)入汽包進(jìn)行汽液分離，蒸汽送入管網(wǎng)，鍋爐水經(jīng)鍋爐水循環(huán)泵加壓循環(huán)，由于水冷壁采用垂直管結(jié)構(gòu)，與盤(pán)管結(jié)構(gòu)相比長(zhǎng)

28、度大大縮短,阻力很小，所以鍋爐水循環(huán)泵的揚(yáng)程較低。水冷壁和氣化爐外殼之間的環(huán)隙中充有干燥氣體，氣化爐的燒嘴裝在氣化爐的頂部中心位置，一條煤漿管線和氧氣一起送入工藝燒嘴，水煤漿和氧氣在氣化爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，未反應(yīng)的爐渣和粗煤氣一起通過(guò)渣口進(jìn)入氣化爐激冷室。清華爐的水煤漿通過(guò)一條煤漿管線進(jìn)入氣化爐燒嘴，氧氣同軸通過(guò)燒嘴的另外兩個(gè)通道進(jìn)入氣化爐內(nèi)。為保證煤漿的充分霧化，氧氣和煤漿出燒嘴必須保證具有一定的速率。一般不小于100m/S，出燒嘴的火焰具有一定長(zhǎng)度，為保證順利排渣，在需要提高渣口溫度時(shí)，只需適當(dāng)加大中心氧，將火焰拉長(zhǎng)減小氣化爐的軸向溫度梯度即可，而不需要增大氧煤比。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，水冷壁清華爐

29、已經(jīng)完成了入爐煤灰熔點(diǎn)為1520的工業(yè)試驗(yàn)，實(shí)際運(yùn)行證明氣化爐操作穩(wěn)定，排渣順暢。盡管水冷壁清華爐還沒(méi)有進(jìn)行更高灰熔點(diǎn)的煤的工業(yè)試驗(yàn)，但從爐內(nèi)流場(chǎng)和運(yùn)行條件來(lái)看，更高灰熔點(diǎn)的煤運(yùn)行也不會(huì)存在問(wèn)題。相對(duì)于干粉來(lái)說(shuō)，水煤漿工藝燒嘴由于有中心氧，同干粉火焰相比，水煤漿的火焰拉伸長(zhǎng)，氣化爐沿軸向溫度梯度比干粉小，如果要提高氣化爐的渣口溫度，水煤漿氣化比干粉氣化更容易實(shí)現(xiàn)，因此水煤漿氣化技術(shù)比干粉氣化技術(shù)更容易氣化高灰熔點(diǎn)煤。表5 氣化爐比較表項(xiàng)目清華爐航天爐備注氣化壓力6.5MPa4.0MPa水冷壁結(jié)構(gòu)垂直管結(jié)構(gòu)盤(pán)管結(jié)構(gòu)安全性可以實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)，不容易燒壞不能實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)，會(huì)出現(xiàn)汽液分層，容易燒壞保護(hù)氣

30、一臺(tái)3200mm氣化爐需要密封氣300Nm3/h一臺(tái)3200mm氣化爐需要密封氣1000Nm3/h灰渣比氣流床液態(tài)排渣，灰渣比為2:8氣流床液態(tài)排渣，灰渣比為5:5灰熔點(diǎn)最高1520最高1450有效氣含量80838090（和輸送氣有關(guān)）投資系數(shù)11.82. 熱量回收和灰水處理目前國(guó)內(nèi)的航天爐和清華爐熱量回收方式無(wú)較大差別，生產(chǎn)甲醇一般采用激冷流程。清華爐由于出氣化爐的粗煤氣含水量較大，所以在熱回收工段會(huì)比航天爐回收的熱量要多，如采用廢鍋流程，也會(huì)多回收蒸汽；如采用激冷流程，其出洗氣塔的汽氣比較高，變換工段不用加蒸汽，而且放熱的水煤氣變換反應(yīng)產(chǎn)生的蒸汽量也比航天爐要多?；宜幚黼m然航天爐和清華爐采用灰水處理的流程不完全相同，但作用相差不大，都是進(jìn)行熱量回收和灰水回用。航天爐的灰渣比一般為5:5，清華爐的灰渣比一般為2:8，在使用相同煤種和相同投煤量的情況下，航天爐的灰水中含有的灰量較大，比清華爐的灰水難以處理。3. 水的消耗為節(jié)約用水，由于氣化過(guò)程中氣化工藝都要設(shè)計(jì)灰水循環(huán)回用，在水不斷循環(huán)過(guò)程中煤中的氯離子會(huì)逐漸富集，因此需要一定的外排水量來(lái)控制水中氯離子的濃度。在使用相同煤種和相同投煤量的情況下，清華爐和航天爐的外排水量基本相同。但是，干法氣化在烘煤過(guò)程中，將煤中的水分烘干至2%左右，在本文的算例中將有12.75%左右的水蒸發(fā)掉，此部分水分也應(yīng)