水煤漿氣化技術的后起之秀

張景濤 丁法效

摘 要：水煤漿氣化技術的后起之秀——晉華爐，目前已成為世界上最先進的煤氣化技術之一。預計在“十三五”期間，為滿足新裝置建設和老裝置改造的需要，為適應不同原料煤制成的水煤漿，各種類型的晉華爐均會有一個良好的發展空間，其應用推廣前景值得期待。

關鍵詞：水煤漿氣化技術;后起之秀;晉華爐

1 水煤漿氣化技術的優勢

水煤漿氣化是一種簡單、成熟、經濟、環保的煤氣化技術，在煤化工行業得到廣泛應用。其優勢主要表現在如下方面。

1.1技術成熟：采用激冷流程的水煤漿氣化工藝已經有50多年的歷史，原料可以采用重油、渣油、水煤漿和多元料漿等，技術簡單而成熟。

1.2設備簡單：氣化爐結構相對簡單，其后續流程中的幾臺關鍵設備的結構也較簡單。

1.3投資低：相對于粉煤氣化，水煤漿氣化裝置投資低，對設備材質的要求不高，設備制造相對容易。

1.4原料易得：水煤漿是由煤、水和煤漿添加劑按一定配比磨制而成的混合物，原料易得，煤漿流動性和穩定性較高，易于儲存。

1.5操作安全：水煤漿屬于非易燃流體，相對于油、氣、煤粉等易燃、易爆介質來說，其安全性很高。

1.6產品成本低：產品水煤氣[粗合成氣，以有效氣（CO+H2）計]的生產成本較低。

1.7污水處理容易：水煤漿氣化產生的外排灰水較容易處理。

2 晉華爐的發展歷程和特點

2.1Ⅰ型晉華爐

Ⅰ型晉華爐屬耐火磚氣化爐，原稱為“非熔渣-熔渣分級氣化技術”，其主要特點是采用分級給氧與向下噴射的噴嘴。由于氧氣采用分級水平供給，氣化爐主噴嘴供氧量與反應需氧化學當量脫離約束，減輕了主噴嘴的氧氣負荷，改善了主噴嘴的工作環境，延長了其運行周期。在此過程中，高溫區自噴嘴端部下移，噴嘴處于相對低的溫度區域，并提高了出渣口區域的溫度，同時提高了氣化室內平均溫度，使氣化效率得到提高，還增加了氧煤的混合，延長了物料平均停留時間，提高了有效氣成分，降低了渣中的含碳量。由于氧氣分級供給，比不分級氣化爐軸向溫度更均衡，其高徑比可加大，突破了國內外關于

水煤漿氣化室截面出力的限制。在同樣氧煤比的情況下，分級供氧氣化室排渣口的溫度較只有主噴嘴供氧時要高，因而也就放寬了對原料煤灰熔點的要求，可采用的原料煤灰熔點較傳統工藝約高100℃。

2.2Ⅱ型晉華爐

Ⅱ型晉華爐采用水冷壁結構。水冷壁氣化爐不用耐火磚，而由掛壁的爐渣來以渣抗渣。Ⅱ型晉華爐的特點如下。

（1）內部有30mm厚的SiC涂層，運行時也不需再進行更換，2h即可直接投料。

（2）氣化爐運行時，氣化反應段膜式壁固化的灰渣層能夠對水冷壁起保護作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蝕，起到“以渣抗渣”的效果。

（3）能夠氣化灰分、灰熔點、硫含量較高的煤。

（4）燒嘴和水冷壁共用1套循環水系統，循環水溫度高，不容易產生露點腐蝕、硫腐蝕和應力腐蝕。

（5）燒嘴冷卻采用夾套結構，不易損壞，燒嘴冷卻水壓力比氣化爐壓力高。

（6）僅需定期停爐更換燒嘴及進行系統清理，單爐年運轉時間可達8000h以上，可以不設置備用爐。

2.3Ⅲ型晉華爐

Ⅲ型晉華爐屬“合成氣/蒸汽聯產氣化爐”。Ⅰ型晉華爐和Ⅱ型晉華爐采用激冷流程，而Ⅲ型晉華爐通過在激冷室內設置輻射式蒸汽發生器回收高溫合成氣的熱量，屬半廢鍋流程。Ⅲ型晉華爐采用水煤漿進料，氣化爐上部為氣化室，采用水冷壁結構，氣化溫度可以高達1600℃;氣化爐下段采用一個輻射式蒸汽發生器（廢鍋），氣化室高溫煤氣進入廢鍋段回收熱量，副產高壓蒸汽，然后進入文丘里洗滌器，最后由激冷洗滌塔洗滌水煤氣。Ⅲ型晉華爐的特點如下。

（1）采用組合式燒嘴，點火、烘爐、投料用同一個燒嘴，開車過程中不需要更換燒嘴;燒嘴的冷卻水使用膜式水冷壁中的水，緩解了因露點腐蝕、應力腐蝕等造成的燒嘴使用壽命較短問題，大大延長了燒嘴的使用壽命。

（2）氣化室采用膜式水冷壁，氣化爐爐溫可適當提高，擴展了其對原料煤的適應范圍;膜式水冷壁采用垂直懸掛式結構，布水均勻，水力循環系統采用自然循環設計。

（3）從氣化室出來的高溫合成氣進入內置廢鍋副產高壓蒸汽，提高了系統熱效率，且廢鍋的大小可根據變換系統需要的汽氣比進行設計，從而保證變換系統不再補充蒸汽。

3 堅持走水煤漿氣化技術國產化的道路

水煤漿氣化技術簡單、成熟、經濟、環保，深受國內煤化工企業的歡迎。水煤漿氣化技術源于上世紀60年代引進的意大利蒙特卡蒂尼公司的重油氣化技術（后置激冷流程），后來原料變為渣油，上世紀90年代原料變為煤。我國最早應用的水煤漿氣化技術從Texaco公司引進，后來變成GE氣化技術，雖歷經幾十年的發展，但其后置激冷流程并沒有實質性的變化。

引進的水煤漿氣化技術屬于一個單元技術，它包括煤漿制備、氣化爐、激冷室、文丘里噴口、激冷洗滌塔等部分，氣化爐后面部分采用激冷流程。后來，此項技術國內掌握得非常好，其設計、制造、安裝、生產等方面都已經完全被吃透。

在引進Shell粉煤氣化技術后，國內也作了全面的消化吸收，對于冷壁爐技術、平行式多噴嘴技術也完全吃透，現已開發出四噴嘴氣化爐、晉華爐等。總之，引進技術不是目的，而是激發國內創造力的起點。

晉華爐經歷了10多年的不斷發展，已經有3種型號，其爐壁涵蓋耐火磚和水冷壁，后置流程包括激冷流程和廢鍋流程。針對不同的原料、不同的產品需求，可適應不同的工藝，從而全面走向煤化工應用領域。

這表明，在引進技術后，只要堅持走技術國產化的道路，不斷發展、不斷創新，就能夠超過世界先進水平，就一定能夠取得成功。

結束語

經過10多年的實踐與探索，我國在水煤漿氣化方面積累了豐富的操作、運行、管理與制造經驗，技術日趨成熟與完善，而且經過長期的科技攻關，在消化國外先進技術的基礎上推陳出新，形成了完整的水煤漿氣化理論體系，研究開發出了擁有自主知識產權的水煤漿氣化技術，而晉華爐則是其后起之秀的代表。

參考文獻

[1]史俊高，安曉熙，王帥.我國水煤漿氣化技術現狀及發展趨勢[J].中外能源，2020，25（03）：21-28.