晋华炉

工艺发展1、晋华炉煤气化技术自2001年投入研发开始，经过专利研究、数学模型建立、冷态试验、热态试验及工程化等各阶段。晋华炉第

• 工艺发展

1、晋华炉煤气化技术自2001年投入研发开始，经过专利研究、数学模型建立、冷态试验、热态试验及工程化等各阶段。

晋华炉第一代耐火砖气化技术的大型工业装置于2006年1月在山西阳煤丰喜肥业（集团）临猗分公司投入运行。

2、第二代晋华炉示范装置于2011年8月22日在丰喜投入运行，与第一代晋华炉一样，首次投料即进入稳定运行状态，并连续、安全、稳定运行了140天，全面实现了研发和设计意图，创造了世界煤化工史上的奇迹。

晋华炉水煤浆水冷壁技术克服了水煤浆耐火砖气化技术的两个缺憾：煤种适应性窄，难于处理高灰熔点煤；单炉年运转率低，为达到装置8000小时年运转要求，必须配置备用炉。

晋华炉水煤浆水冷壁技术克服了干粉水冷壁炉的两个缺憾：干煤粉制备中干燥过程的高能耗和危险性；气化系统压力难于提高，一般只能达到4.0 MPa。

3、第三代晋华炉是由清华大学山西清洁能源研究院牵头，山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司和山西阳煤化工机械（集团）有限公司联合研发的一种先进的、可靠的水煤浆煤气化技术；

晋华炉示范装置于2016年4月1日在山西阳煤丰喜投入运行，首次投料即进入稳定运行状态。

晋华炉采用水煤浆进料，气化炉分三部分，上部为气化室，采用水冷壁结构，从气化室出来的高温煤气进入废锅段回收热量，并产生高压蒸汽，然后再进行激冷。和激冷型气化炉相比，晋华炉可以回收高压蒸汽，更适合和高灰熔点煤和低浓度水煤浆气化。

比如气化温度1300 ℃、1000 Nm³（CO+H2)通过废锅回收热量后，降至700 ℃可以回收10.0 MPa饱和蒸汽0.7-0.8吨。

• 工艺流程

晋华炉气化装置分为三个工段，水煤浆制备工段、气化工段、灰水处理工段。

1．水煤浆制备：

由煤贮运系统来的原料煤，经皮带机输送进入煤斗，又经煤称重给料机计量进入磨煤机。制浆用水可以采用工厂难以处理的废水。添加剂在地下池中配制成一定浓度后，由添加剂槽给料泵送入添加剂槽，再由添加剂计量给料泵，按一定比例与水、原料煤同时进入磨煤机，在磨煤机中磨成一定粒度分布、浓度的煤浆。出磨煤机的煤浆经滚筒筛过滤后流至磨机出料槽，由低压煤浆泵送至煤浆槽。磨机出料槽和煤浆槽均设有搅拌器，使煤浆处于均匀、稳定的悬浮状态。

2．气化：

来自煤浆槽的煤浆，由高压煤浆泵加压后送至气化炉。来自空分的的氧气由烧嘴的中心管和环管进入气化炉。煤浆和氧气在高温条件下瞬间完成部分氧化反应生成粗煤气。反应后的粗煤气和熔渣一起出燃烧室后，进入辐射废锅进行热量回收，辐射废锅副产饱和蒸汽，经辐射废锅后，粗煤气降温后与废锅底部的激冷水混合去往洗气塔，经洗气塔洗涤降温除尘后送至用户。

为了保护工艺烧嘴，在工艺烧嘴的端部设有水夹套，通过工艺烧嘴冷却水的循环流动来冷却烧嘴。气化炉水冷壁系统和烧嘴冷却水系统共用一套锅炉给水系统。来自锅炉母管的锅炉水通过液位调节系统送入汽包，汽包中的锅炉水，通过锅炉水循环泵分别送入气化炉的水冷壁系统和烧嘴冷却水系统。

气化炉反应中产生的熔渣出燃烧室后随粗煤气进入废锅回收热量，出废锅后经水浴冷却后由锁斗系统排入渣池，由捞渣机捞出后，用货车外运。渣池黑水送至灰水处理系统进行处理。

3．灰水处理：

从洗气塔底部来的黑水进入高压闪蒸罐。在高压闪蒸罐中，经减压闪蒸一部分的水变成蒸汽，高压闪蒸蒸汽送去热水塔，回收热量。

从高压闪蒸罐底部排出的水含有较多的固体颗粒，这部分黑水通过液位控制送到低压闪蒸罐进一步闪蒸，闪蒸后的气体直接送往除氧器。低压闪蒸罐的液体通过液位控制阀送到真空闪蒸罐，来自渣池的黑水也送到真空闪蒸罐。经过真空闪蒸罐中的闪蒸，黑水中溶解的气体释放出来。从真空闪蒸罐出来的闪蒸汽首先进入真空闪蒸冷凝器进行冷凝分离，下液直接插入灰水槽中，利用灰水槽的液位作为液封，以保证其真空度。真空闪蒸罐的真空度由真空泵来实现。真空泵将真空闪蒸冷凝器出来的气体抽引出后直接排大气，液体去灰水槽。真空闪蒸罐不控制液位，真空闪蒸罐下液管线直接插入沉降槽中心桶，利用沉降槽的液位作为液封，以保证其真空度。

• 气化炉结构

• 煤种要求

1.低灰熔点烟煤

低灰熔点煤是水煤浆最常用的原料，主要以神府煤田和鄂尔多斯一带的煤为主，水煤浆水冷壁气化炉使用的煤灰熔点最低1180℃，灰分最低5%，最高28%。

2.高灰熔点煤

2012年，清华炉进行考核验收，按照石化联合会的要求，在山西阳煤丰喜采用阳泉白煤和神木煤的混煤，最高掺混比例60%左右。

2015年，阳煤集团朔州公司在阳煤丰喜对朔州煤进行试烧经济性评价，朔州煤灰熔点＞1550℃，其煤质分析如下表所示。阳煤朔州公司用5000吨煤，经过60%、80%、100%朔州煤运行，证明水煤浆水冷壁气化炉可以使用100%朔州煤进行气化。

目前使用水煤浆水冷壁气化炉的山西阳煤平定乙二醇项目，山西阳煤寿阳乙二醇项目，山西南耀甲醇项目均使用当地高灰熔点煤作为原料。

3.半焦气化

目前煤炭提质利用过后，大量半焦如何使用成为一个问题，神华集团北京低碳研究所承担的国家863项目，“低阶煤热解半焦制浆及气流床半焦气化研究”2015年在山西阳煤丰喜临猗公司的水煤浆水冷壁激冷气化炉进行半焦试烧，经过中国煤炭工业协会组织专家现场考核，证明水煤浆水冷壁气化炉可以利用半焦进行气化且运行数据良好。

4.焦炭气化

焦炭和半焦气化一直是水煤浆气化的一个禁区，因为传统的水煤浆气化多采用耐火砖结构，耐火砖气化炉采用蓄热式点火，气化炉必须先用预热烧嘴将炉温升至800℃以上，然后更换工艺烧嘴投煤浆。水煤浆进入气化炉后，首先脱水分和挥发分，利用耐火砖的蓄热将挥发分点燃，然后将煤点燃，所以耐火砖型气化炉要求煤的挥发分＞20%。而水煤浆水冷壁气化炉采用组合烧嘴进行点火，先用燃料气将气化炉炉温升至800℃，然后在常压下直接投煤浆，燃料气和煤浆、氧气一起从烧嘴口喷出，利用燃料气放出的热量实现水分的蒸发和挥发分析出，直接将煤点燃，所以可以使用焦炭气化。

新疆天业将电石剩余的焦末直接制浆然后和煤混合进行气化，装置运行稳定。

5.褐煤

大唐呼伦贝尔化肥项目的低浓度水煤浆气化项目，煤浆浓度46~48%，目前运行稳定，这是世界上唯一的低浓度水煤浆气化装置。

6.高碱性渣煤

晋华炉在新疆天智辰业乙二醇的项目中使用当地的高碱渣煤与该公司焦沫，装置稳定运行，没有发生任何腐蚀现象。

煤是选择主要是考虑成本，主要包括煤的到厂价格、煤耗、氧耗等因素决定的。

• 工艺优势和劣势

优势

稳定性好：水煤浆气化工艺成熟。用水煤浆进料稳定可靠，水冷壁挂渣稳定。水煤浆运行安全可靠，避免了粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、易泄漏等难题。

煤种适应性强：气化温度不受耐火材料限制，对灰熔点无要求，气化反应速度快，碳转化率高，煤种适应性好，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。

系统运转率高：装置运行连续稳定，烧嘴头部采用特殊处理，一次连续运行周期可以保证100天以上，每年不再因为更换耐火砖而停炉检修，年运行时间可达到8000h。

安全性强：废锅水冷壁采用热能工程领域成熟的垂直管结构，水循环按照自然循环设计，强制循环运行，最大限度保证水冷壁的安全运行。

能量利用率高：废锅流程将煤气化过程中煤气的显热全部回收，产生高品位蒸汽，充分利用了水煤浆气化能量消耗集中便于回收的优势，克服了干粉气化能量消耗分散，不易回收的问题，使能量利用更充分。

系统启动快：组合式点火升温过程简化，点火、投料程序一体化完成。水煤浆投料点火采用独特的“火点火”技术，气化炉从冷态到满负荷仅需五小时。辐射式蒸汽发生器下部采用特殊结构，合成气与黑水同时并行进入洗气塔，气化炉不再控制液位，操作简单。

流程设计更优化：合成气蒸汽联产气化炉流程根据本项目后续工段的产品设计的废锅，将出气化界区的合成气汽气比控制在合适的范围，变换工段不需添加蒸汽。

经济效益好：辐射式蒸汽发生器所副产的高品质蒸汽，这部分蒸汽也可直接利用，也可以利用工厂的尾气进行过热后加以利用。

劣势

1. 由于物料中含水，需要消耗气化热使水变成高温蒸汽，增加各种消耗。

2. 单个烧嘴负荷大。