水冷壁水煤浆气化炉的工艺特点及运行情况

乔 治，李相军

（1.河南省安阳正一中学，河南安阳 455000；2.清华大学，北京 100084）

水冷壁水煤浆气化炉的工艺特点及运行情况

乔 治1，李相军2

（1.河南省安阳正一中学，河南安阳 455000；2.清华大学，北京 100084）

介绍了水冷壁水煤浆气化炉的工艺特点和技术优势，并用实际的生产运行情况和工艺数据验证了水冷壁水煤浆气化炉的先进性、实用性和稳定性。

水冷壁；水煤浆；气化炉

水冷壁水煤浆气化炉气化技术采用水煤浆加压气化、激冷流程，气化室内件是一台膜式水冷壁，安装在气化炉承压外壳中，气化炉运行时，高温熔融的液态渣在水冷壁表面固化形成固态灰渣层，能够对水冷壁起保护作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蚀，达到“以渣抗渣”的效果［1］。该技术具有气化炉连续运行周期长，制造和维修费用低，煤种的适用范围广等特点。

1 水冷壁水煤浆气化炉气化工艺流程

水冷壁水煤浆气化炉气化工艺流程见图1。

图1 水冷壁水煤浆气化炉气化工艺流程Fig.1 Gasfier process of the coal water slurry gasifier

水煤浆和氧气经过工艺烧嘴一起送入气化炉中，在气化炉燃烧室内的高温、高压（1250～1 550℃、4.0～6.5MPa）条件下发生复杂的氧化还原反应，生成以CO、H2、CO2为主要成分的粗合成气，并有一系列的副反应发生。粗合成气与灰渣进入下降管与激冷环喷出的激冷水换热并逐渐冷却，然后进入激冷室下部水中水浴，粗合成气中含有的灰渣被激冷后固化，较大的灰渣颗粒冷却后沉入激冷室底部经过破渣机进入渣锁斗［2，3］。另外一部分颗粒较小的灰渣随着黑水一起进入闪蒸工段，还有一部分较细的灰渣颗粒会被合成气夹带进入下步工序。

初步洗涤冷却后的粗合成气沿激冷室向上流动，通过激冷室侧壁的合成气出口管通过文丘里洗涤器进入合成气洗涤塔。首先，进入洗涤塔底部进行水浴，洗掉其中的大部分细渣，然后，沿洗涤塔向上流动，经过塔盘与灰水或冷凝液逆流直接接触，洗涤剩余的固体颗粒，离开洗涤塔的合成气中含尘量小于1 mg／m3。在洗涤塔顶部安装有旋流板除沫器，合成气在离开洗涤塔时除去其中夹带的水雾，干净的合成气出洗涤塔送出界区。

2 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消化了水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化技术的优点，同时，还避开了它们的不足之处，具有很明显的技术优势和特点。

2.1 安全性好

水冷壁水煤浆气化炉水冷壁采用热能工程领域成熟的悬挂式垂直管结构，水冷壁结构简单合理，冷却均匀，系统阻力低，不会出现汽水分层现象。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。

水冷壁水煤浆气化炉在研发过程中充分考虑了水冷壁水汽自然循环的可行性，在特殊故障无法强制水循环时，水汽系统可自然循环，保护水冷壁不受损坏。

水冷壁水煤浆气化炉采用组合烧嘴，常压下完成气化炉点火、升温、投煤全过程，不需切换烧嘴。点火时送入燃料气，用燃料气将气化炉温度升至800℃，在常压下投水煤浆，燃料气与水煤浆同轴伴燃，稳燃后切断燃料气，点火烧嘴退出。由于有燃料气的伴燃，投料后气化炉温度马上上升，不会发生爆燃。

2.2 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特殊设计的点火技术，气化炉从冷态到满负荷运行，整个过程仅需3 h。

与此相似，在现实生活中，我们干掉高考这个BOSS以后，武功进入了一个瓶颈期，每个人的斗志也因此消磨许多。所以，我们不妨试着将这四年的大学时光，当作是一段特殊的“闭关修炼”，修身养性，格物致知，潜心修炼内功和外功。在不断提升自我的同时，抵御绑定了潜在风险的外来诱惑。

2.3 投资少

水冷壁水煤浆气化炉采用水冷壁结构，与耐火砖气化炉相比，气化炉外壳温度低，炉壳钢板材料采用国产的14Cr1MoR，而不需要采用进口SA387，并且不需要换砖，维修作业少，所以水冷壁水煤浆气化炉一般不设备用炉，对于同等规模的气化装置，至少可以节省一套备用气化炉系统［4］。

与干粉气化炉相比，由于没有复杂的煤粉制备和输送系统，单台气化炉的投资低。对于40万t／a合成氨规模的气化装置，2台干粉气化炉投资约4～5亿元，而2台水冷壁水煤浆气化炉投资只需2.5～3亿元。

2.4 煤种适应性强

水冷壁水煤浆气化炉采用水冷壁保护结构，不再受制于耐火砖的工作温度限制，与其它类型的水冷壁气化炉相比，由于水冷壁水煤浆气化炉流场和温度场均匀的优势，比较容易挂渣且挂渣更为均匀，可以使用灰熔点更高一些的煤做为原料，煤种适应性更强。

2.5 对环境友好

1）和耐火砖气化炉相比。因为没有耐火砖，排放废水中不含六价铬，也没有含铬废渣的污染。水冷壁水煤浆气化炉从点火、投料一直到正常负荷，只需要2～3h，气化炉升温时间短，大大减少了烘炉燃料气消耗和废气的排放。

水冷壁水煤浆气化炉煤气化技术残炭含量低，废渣易于收集处理，废水无难处理污染物，正常生产过程中无废气排放。还可以用工厂难以处理的有机废水来磨制煤浆，环保方面优势明显。

2.6 烧嘴运行时间长

水冷壁水煤浆气化炉气化烧嘴采用独特的水夹套冷却结构，采用高温冷却水，减小了应力腐蚀和露点腐蚀，使烧嘴运行环境得到优化。烧嘴冷却水压力比气化炉高，即使烧嘴冷却水轻微泄漏，也不必立即停车。烧嘴运行时间可以保证连续运行120d以上。

3 水冷壁水煤浆气化炉的运行情况

3.1 山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司

2011年8月22日，具有我国完全自主知识产权的首台水煤浆水冷壁气化炉在山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司一次投料成功，至今已连续运行了四年多，操作压力4.0MPa，气化炉直径2800mm。已使用或试烧过的煤种达数十种，挥发分含量6%～35%，灰分含量6%～36%，灰熔点流动温度1150～1520℃。

丰喜肥业水冷壁气化炉使用的典型煤种有：神木煤、低阶半焦煤、神华化工煤、高灰熔点煤、朔州煤等。几种有代表性的煤种参数见表1。

表1 不同煤种的煤质分析数据Tab.1 Coalanalysis data of different coal types

表2、表3、表4为各种不同煤种的燃烧情况，由表2～表4数据可知，水冷壁水煤浆气化炉的转化率较高，燃烧效率高。

表2 不同煤种的灰熔点分析结果Tab.2 Analysis results of ash melting point of different coal species

表3 煤渣水分灰分分析Tab.3 Analysis of coal ash water

表4 不同煤种的粗煤气成分Tab.4 Crude gas composition of different coal species

3.2 新疆天业

新疆天业水冷壁气化炉于2015年8月21日开车成功，操作压力为6.5MPa，水冷壁系统工作压力7.0MPa，气化炉直径2800mm，是世界上首套操作压力6.5MPa的水冷壁气化装置，该气化装置主要采用本地煤配半焦，水分1.61%、固定碳47.32%、挥发份22.84%、灰份28.22%、全硫0.62%。燃烧情况为：①粗渣中水分3.69%、灰分92.65%、碳含量3.69%；细渣中水分17.15%、灰分54.98%、碳含量27.87%。②粗煤气中φ（H2）34.68%、φ（CO）41.42%、φ（CO2）20.76%、φ（CH4）0.03%

这些数据说明水冷壁水煤浆气化炉的转化率较高，燃烧效率高。

4 结语

水冷壁水煤浆气化炉的技术优点是煤种适应性好、操作简单、维修工作量少、运行费用低、绿色环保。系统投资少、设备可全部实现国产化，技术支持方便及时。从目前水冷壁水煤浆气化炉装置在企业的运行情况来看，各项指标均达到或部分超过国外先进技术水平。

［1］刘乐利.水煤浆加压气化主要技术与装备进展［J］.煤化工，2013，164（1）：63－65.

［2］汪家铭.水煤浆水冷壁气化技术及其应用［J］.化学工业，2010，30（10）：30－33.

［3］刘孝弟，张勇，顾学颖.水煤浆加压气化技术的发展途径探讨［J］.化工设计通讯，2013，39（1）：5－14.

［4］马飞跃.水煤浆耐火砖气化炉改造的可行性分析［J］.化肥工业2012，39（4）：29－32.

Process Characteristics and Operation of Actual Production of Coal Water Slurry Gasifier with Water Cooled Wall

Q IAO Zhi1，LI Xiang－jun2

（1.Henan Anyang ZhengyiMiddle School，Anyang 455000，China；2.Tsinghua University，Beijing 100084，China）

This article describes the process characteristics and technological advantages of gasifier with water cooled wall，and the advanced nature，practicality and stability of the coalwater slurry gasifier are verified by the operation of actual production and process data.

water cooled wall；coal water slurry；gasifier

TQ546

A

1004-275X（2015）06-0062-04

收稿：2015－10－18

*通信联系人：李相军，清华大学热能系，工程师，长期从事煤气技术化研究、工艺包编制及生产装置运行指导等工作。

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.06.016