废锅流程的合成气蒸汽联产水煤浆水冷壁晋华炉煤气化技术应用

丁法效 张景涛

摘 要：为彻底解决“三高煤”的气化问题，进一步提高气化系统的能量转换效率，阳煤集团和清华大学在现有晋华炉基础上，拟在阳煤丰喜集团泉稷分公司新上1台2000t/d气化炉，增加对流式蒸汽发生器，完成第4代晋华炉的研发和工业化应用，以实现气化热量的“全热回收”，蒸汽产量可再增加40%～50%。

关键词：废锅流程;合成气;蒸汽联产;水煤浆水冷壁;晋华炉;煤气化技术

1 晋华炉简介

晋华炉煤气化技术是由清华大学山西清洁能源研究院、北京清创晋华科技有限公司、山西阳煤化工机械（集团）有限公司和阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司共同开发的新型合成气/蒸汽联产水煤浆水冷壁（带辐射废锅）煤气化技术，是经过多年的实践和创新，通过产、学、研、用相结合，完成了专利研究、工艺包、工程设计和工程建设的新型、高效、节能的煤气化技术[1-2]。该装置于2015年10月在阳煤丰喜集团（肥业）有限责任公司临猗分公司（以下简称临猗分公司）开始组建，设计有效气产量为35000m3/h（标态），设计压力为4.0MPa，建设工期6个月。装置于2016年4月1日一次投料成功，并连续稳定运行;至2017年12月1日，累计运行550d（因电力系统春检、秋检、空分更换转子、年前停车检修、合出气管焊缝漏、碳洗塔改造等原因停车7次），运行状况良好，有效气成分达到81%以上。

2 工艺流程

晋华炉煤气化装置分为3个工段：水煤浆制备工段、气化工段、灰水处理工段。

2.1水煤浆制备工段

由煤贮运系统来的原料煤，经皮带机输送入煤斗，经煤称重给料机计量进入磨煤机。制浆用水采用工厂难以处理的废水等。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，再经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、高浓度的煤浆，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，使煤浆始终处于均匀悬浮状态。

2.2气化工段

来自煤浆槽的煤浆由高压煤浆泵加压后送至气化炉，来自空分装置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，辐射废锅产生高压饱和蒸汽。经辐射废锅，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1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。

2.3灰水处理工段

从洗气塔底部来的黑水进入高压闪蒸罐，在高压闪蒸罐中，一部分水经减压闪蒸变成蒸汽，高压闪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阀送到低压闪蒸罐继续闪蒸，闪蒸后的气体送往除氧器，闪蒸后的黑水送到真空闪蒸罐，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，然后直接排入大气，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。

3 装置72h技术考核

3.1本次考核采用的煤种与设计煤种基本符合;

3.2连续稳定运行72h，平均负荷率为104.9%，各项指标平稳，考核数据达到了考核指标要求;

3.3装置自动化水平高，安全可靠，操控性能良好;

3.4采用具有自主知识产权的专利技术，国产化率达到100%;

3.5根据现场考核结果，专家组意见为：晋华炉技术装置为国内外首套水煤浆水冷壁直连辐射废锅的气化工业装置，副产的高品质蒸汽可作为工艺和动力用汽，灰水循环量大幅度减少，节能降耗和环保综合性能优异。

4 技术优势及优点

4.1煤种适应性广由于气化室采用膜式水冷壁结构，对气化炉燃烧室进行保护，摆脱了耐火砖气化炉对炉温的限制，煤种适应性大大增强。

4.2点火投料系统更安全晋华炉采用三流道的组合式烧嘴，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。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，实现了一个烧嘴点火、烘炉、投料全过程，在开车过程中不再需要更换烧嘴，开车更简洁、稳定。

4.3本质安全性好耐火砖气化炉在开车和运行过程中，炉壳温度在200℃以上。如果筑炉有问题或者炉砖窜气，有时会发生炉壁超温的现象，严重时甚至会造成气化炉炉壳鼓包、爆炸事故。膜式水冷壁采用垂直悬挂结构，布水均匀，无气液分层，水力循环系统采用本质安全的自然循环设计，气化室炉内壁挂渣状况良好，渣后的水冷管吸热量较小，副产蒸汽量≤1t/h，既保证了水冷壁的安全，又解决了高温环境中水冷壁的膨胀问题。

结束语

热量回收好耐火砖气化炉是通过激冷水将高温粗煤气进行降温冷却，激冷水循环量大，激冷后送往闪蒸系统的水流量大，闪蒸系统热损耗高。晋华炉从气化室出来的高温合成气进入辐射式蒸汽发生器，副产高品质的高压蒸汽，有效回收了热量，提高了热量利用率，降低了能耗。废锅大小可根据后系统需要的汽气比进行调节，从而保证后系统不用再补加蒸汽，合成氣通过废锅回收热量后降至700℃左右。

参考文献

[1]于利红，李彩艳，吴永国，赵梅梅，李磊，闫凤芹.废锅流程煤气化技术综述[J].煤炭加工与综合利用