主流煤气化技术及市场情况系列展示

主流煤气化技术及市场情况系列展示（之一）多喷嘴水煤浆气化技术

山东兖矿国拓科技工程有限公司是由兖矿集团控股，会同国内著名科研机构、院校、勘察设计单位和企业组建的化工技术研发、推广和技术服务的高科技企业，依靠兖矿集团良好的企业形象、强大的技术研发和技术服务能力，主要从事化工技术开发、技术服务、技术转让、化工工程勘察、设计、施工等业务。公司立足兖矿自身化工技术的研发与工业化装置，依托华东理工大学、水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心、中国天辰工程公司等科研和设计机构，团队具有一流理论水平和实践经验，是典型的产、学、研结合运作模式。山东兖矿国拓科技工程有限公司与华东理工大学一起向业界推广多喷嘴气化技术，并提供技术理论和工程技术服务支持，公司自2010年7月成立以来，已签订多喷嘴气化技术转让合同15家，与国内外煤化工企业达成合作意向10余项，另与国外多家科研机构和化工企业达成合作意向。具有完全自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化技术由华东理工大学和兖矿集团共同研发，八五期间华东理工大学建立了多喷嘴气化技术数学模型，进行了实验室小试，九五期间兖矿集团承担了多喷嘴气化技术中试，并在兖矿国泰化工有限公司建设多喷嘴气化技术示范工程，2005年第一台千吨级多喷嘴对置式煤气化大型气化炉在兖矿国泰开车成功，由此拉开了我国水煤浆洁净煤大型化的序幕。多喷嘴对置式水煤浆气化技术主要特征介绍如下：一

气化技术特点多喷嘴对置式水煤浆气化工艺是以氧气和水煤浆为原料，采用气流床反应器，在加压非催化条件下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为有效成分的粗煤气，作为氨和甲醇合成的合成气，或制氢（煤液化、燃料）的原料气、IGCC发电的燃料气。气化压力为1.5～8.7MPa，温度为1200～1400℃，多喷嘴气化技术通过多个喷嘴对置、优化炉型结构及尺寸，在炉内形成撞击流，以强化混合和热质传递过程，并形成炉内合理的流场结构，从而达到良好的工艺与工程效果，产品有效气（CO+H2）成分高、碳转化率高、气化炉耐火砖寿命长。煤气洗涤冷却单元，采用喷淋床与鼓泡床组成的复合床，具有良好的抑制气化炉煤气带水、带灰功能。煤气洗涤初步净化单元，由混合器、旋风分离器、水洗塔组成，具有高效、节能特点。含渣水热回收与除渣单元，核心设备是蒸发热水塔，采用闪蒸汽与返回灰水直接接触工艺，灰水温度高、蒸汽利用充分、耐堵渣，热回收效率高、运行周期运行长。

多喷嘴水煤浆气化技术自2005年投入工业运行以来，经过研发单位及各用户的不断努力，经历了多次升级、改造、完善，并经过多家运行装置运行验证，多喷嘴气化技术安全性、稳定性、可靠性、运行经济性越来越显现。（一）技术优势1、技术安全、成熟、可靠多喷嘴对置式水煤浆气化技术历经基础理论研究、实验室研发、中试、工业示范、工业应用等阶段，已经形成完整的理论基础、工程应用经验和生产管理经验；该技术目前已有10家企业25台套气化炉投入稳定运行，其技术的可靠性经过了多套生产装置的运行验证；在技术研发、设计、建设、生产等过程中培养出大量的基础研究、工程设计、技术管理和操作方面人才，可以为用户提供全面技术支持。2、技术先进，指标优良，综合能耗低多家运行装置考核结果表明，多喷嘴气化技术碳转化率可达到99%，水煤浆气化有效气（CO+H2）成分最高可达到85%，与国内外同类型气化技术相比，在相同工况下比煤耗、比氧耗均低约3%；采用分级煤气洗涤系统，洗涤效果好，产品气含尘量小于1mg/Nm3；采用直接换热式闪蒸系统，热回收系统流程合理，效率高，易于操作维护。3、适于装置大型化由于采用四个喷嘴进料，得到雾化效果保证，提高原料转化率；每个进料管线直径小，管材和阀门的制造难度低，可降低投资；单炉负荷大，已运行最大气化炉日投煤量达到2000吨，设计中最大日投煤量达到3000吨，对于大型煤化工装置，单炉负荷大，可减少装置生产线数量，降低整体投资。多喷嘴气化技术已经系列化，公称单炉日处理煤能力有1000吨、1500吨、2000吨、2500吨、3000吨，气化公称压力有：1.5MPa、4.0MPa、6.5MPa、8.7MPa。已经运行的单炉日处理能力1500吨及以上气化炉17台套，在建及设计中2000吨级气化炉27台套、2500吨级气化炉26台套、3000吨级气化炉5台套。4、废水排放量小，环保压力轻由于碳转化率高，洗涤水中细灰含量低，易于渣水分离，灰水水质好，回用率高，每处理1吨煤排放水约0.3吨左右（排放至污水处理场）；经过高温反应后，废水中不含酚、焦油等难降解有机物，废水经简单生化处理后即可达标排放。煤浆制备单元还可以利用生化处理废水作为制浆用水，降低污水处理单元负荷和费用。5、装置操作简单、稳定，在线率高特有的带压连投操作技术可实现气化炉及后系统在不停车的情况下处理故障，大大增强了抵御故障能力，提高了有效生产时间，减少了系统停车次数。（二）多喷嘴气化工艺流程简介从煤运工段来的煤装入煤仓，经过称重进料机精确计量后，与来自滤液槽澄清的滤液及部分原水及固体、液体添加剂进入磨煤机，煤和水在添加剂的作用下，磨成一定浓度、粘度、有一定粒度分布的可泵送的水煤浆，水煤浆经过滚筒筛筛去大颗粒后，自流入磨煤机入口槽，经磨煤机出口槽泵输送至滚筒筛再次筛分后贮存在煤浆槽内备用。煤浆槽内的煤浆分别经两台煤浆给料泵加压后送至气化炉的四个工艺烧嘴，由空分系统来的高压氧气也分四路，分别送四个工艺烧嘴的中心通道和外环通道。煤浆与氧气通过工艺烧嘴，对喷进入气化炉，在气化炉燃烧室内进行部分氧化反应，生成的粗合成气、熔渣通过燃烧室下部的渣口进入气化炉洗涤冷却室，与洗涤冷却水沿下降管并流向下，粗合成气被冷却后在洗涤冷却室的液位以下以鼓泡的形式进一步洗涤和冷却，从洗涤冷却室上部空间出气化炉；出气化炉的粗合成气在混合器增湿，在旋风分离器分离大部分润湿的细灰后送水洗塔洗涤除尘，将合成气含尘量降至＜1mg/m3后送净化系统；熔渣在洗涤冷却室的水浴中通过静态破渣器后被锁斗循环水夹带进入锁斗，定期排向渣池；未完全反应的碳悬浮在黑水中，随黑水到含渣水处理工序作进一步处理。从气化炉、旋风分离器、水洗塔出来的三股洗涤黑水减压后送入蒸发热水塔蒸发室，减压后的黑水在蒸发热水塔蒸发室内闪蒸，水蒸汽及部分溶解在黑水中的酸性气CO2、H2S等被迅速闪蒸出来，通过上升管进入蒸发热水塔上部热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，低压灰水被加热；经换热后未冷凝的闪蒸汽体进入酸气冷凝器被冷凝后，经酸气分离器进行气、液分离，酸性气体排放至火炬烧掉，酸性冷凝液送入灰水槽，初步浓缩后黑水通过蒸发热水塔下部蒸发室液位调节阀控制送入低压闪蒸器进一步闪蒸，部分蒸汽去脱氧槽除氧，剩余蒸汽进入低压闪蒸冷凝器被冷凝后，经低压闪蒸分离器进行气、液分离，酸性气体放空，冷凝液送入灰水槽；低压闪蒸浓缩后的黑水进入真空闪蒸器，进行真空闪蒸；闪蒸后的气体经真空闪蒸冷却器换热降温、分离后排入大气，分离液自流入磨煤水槽；再次浓缩的黑水通过静态混合器与絮凝剂混合后进入澄清槽，加入的絮凝剂在澄清槽中用来强化浓缩黑水中固体颗粒的沉降，进一步浓缩、沉降后的黑水经澄清槽底物料泵送入压滤机系统压滤处理，滤饼运出界外，滤液自流入磨煤水槽；澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽经低压灰水泵加压送入蒸发热水塔热水室，加热后再经高温热水泵提压后返回水洗塔循环使用。（三）煤种适应性每一种气化技术均有相对应的适宜煤种范围，多喷嘴气化技术是水煤浆气化技术的一种，水煤浆气化原料煤的主要指标为煤的灰熔点、熔渣粘温特性及成浆浓度等，目前可气化多数烟煤及部分褐煤。一般要求：灰熔点（FT）小于1350℃、水煤浆成浆浓度大于55%（wt）、灰分小于18%，灰渣在操作温度下应具有良好的流动性。二

技术特点参数表项目具体参数气化技术类型气流床气化技术气化技术名称多喷嘴对置式煤气化技术气化炉组合方式从装置连续运行需求考虑，气化炉一般均设有备用系统便于交替检修。进料方式水煤浆和氧气通过四个对称布置在同一水平面的工艺烧嘴同轴射流进入气化炉。进料位置气化炉燃烧室筒体中上部侧置，四个工艺烧嘴在同一水平面上，相邻烧嘴轴线夹角为90°。喷嘴类型和特点本工艺采用三通道预膜式烧嘴，外侧与内侧通道为氧气通道，中间通道为煤浆通道，特点：三股物流射出烧嘴，煤浆的内外侧为高速流动的氧流股，且与煤浆呈一定交汇角；氧流股通过撞击、振动等方式使煤浆雾化；煤浆与氧气在烧嘴外混合，对烧嘴磨损少，烧嘴寿命长。气化炉燃烧室流场结构气化炉内为射流与撞击结合流场，强化物料混合，提高物料转化率，流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。耐火衬里采用耐火砖或水冷壁两种方式合成气洗涤方式合成气的洗涤冷却单元为喷淋床与鼓泡床组合的复合床，可有效防止煤气带灰、带水现象，煤气初步净化单元由混合器、旋风分离器、水洗塔组成，高效、节能、洗涤效果好。气化介质氧气技术运行的阶段已大规模工业应用运行周期多家多喷嘴气化炉运行周期超过90天，工艺烧嘴使用周期超过100天，最长运行152天。煤的粒度范围因原料煤要研磨成水煤浆或煤粉，因此对进厂原料煤粒度无要求。煤的工业分析及要求水煤浆气化用煤要求原料煤内水小于13%，灰分小于18%，灰熔点小于1350℃，煤成浆浓度高于55%。操作条件操作压力1.5MPa～8.7MPa操作温度高于原料煤灰熔点（FT）50～80℃干基粗煤气组成CO：～45%（v）H2：～35%（v）CO2：17%～20%（v）CH4：＜1000ppm工业指标氧耗比氧耗～360Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）蒸汽消耗无煤气产量比煤耗～570kg/1000Nm3（CO+H2）碳转化率≥99%适合工业领域适合生产合成氨、甲醇、油品、天然气三

市场应用情况多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业应用以来，已被推广应用于30余家企业，累计85台套，现有10家企业25台套气化炉投入商业运行，运行炉最大处理能力2000吨/天，设计中最大处理能力3000吨/天。2008年7月，美国瓦来罗公司（VALERO）在全世界多次考察后，以逾亿元的技术实施许可费购买了多喷嘴对置式煤气化技术，这是我国具有自主知识产权的大型化工成套技术第一次向发达国家出口，打破了国外跨国公司垄断了近50年的煤气化技术市场格局。转让业绩部分名单如下：编号签约企业单炉公称处理能力（t/d）转让情况1华鲁恒升7501台，6.5MPa2兖矿国泰化工有限公司11502开1备，4.0MPa3江苏灵谷化工有限公司20001开1备，4.0MPa4新能凤凰（滕州）化肥有限公司15002开1备，6.5MPa5江苏索普集团15002开1备，6.5MPa6兖矿鲁南化肥厂11501台，4.0MPa7神华宁夏煤业集团有限责任公司20002开1备，4.0MPa8宁波万华聚氨酯有限公司12002开1备，6.5MPa9山东久泰能源有限公司20004开2备，6.5MPa10安徽华谊化工有限公司15002开1备，6.5MPa11山东盛大科技股份有限公司20001开1备，6.5MPa12美国瓦莱罗25004开1备，6.2MPa13兖矿新疆煤化工有限公司15002开1备，6.5MPa14上海焦化有限公司20001开1备，4.0MPa15杭州半山电厂20001台，3.5MPa16泛海能源投资包头有限公司15002开1备，6.5MPa17山东海力化工股份有限公司20001开1备，6.5MPa18内蒙古荣信化工有限公司25002开1备，6.5MPa19安阳盈德气体有限公司20001开1备，4.0MPa20河南心连心化肥有限公司12002开1备，6.5MPa21烟台万华聚氨酯股份有限公司15002开1备，6.5MPa22内蒙古五原金牛煤化有限公司13001开1备，6.5MPa23青海盐湖工业集团股份有限公司22002开1备，6.5MPa24陕西未来能源化工有限公司20006开2备，4.0MPa25中盐昆山有限公司12001开1备，6.5MPa26宁波中金石化有限公司10001开1备，1.5MPa27鄂尔多斯市国泰化工有限公司20001开1备，6.5MPa28伊泰伊犁能源有限公司30004开1备，4.0MPa29新疆心连心能源化工有限公司15001开1备，6.5MPa

四

最佳运行案例

江苏灵谷化工有限公司大化肥装置建设了两台日处理煤2000吨级的多喷嘴对置式水煤浆气化炉（一开一备），2009年6月15日首次化工投料。大化肥装置全系统连续运行最长记录215天，2011年全年累计生产天数357天，生产合成氨46万吨。现气化装置及整个生产系统运行高效稳定，为企业创造了良好的经济效益。根据中国石油和化学工业联合会科成发[2011]063号文《关于对“日处理2000吨煤新型水煤浆气化技术”示范装置进行现场考核的通知》，考核专家组于2011年11月25日至28日在江苏灵谷化工有限公司对多喷嘴对置式水煤浆气化技术进行了72小时连续工业运行考核。根据现场运行情况和数据分析，考核专家组形成如下考核意见：1.该装置连续满负荷稳定运行超过72小时，计量、分析准确，符合化工工业装置考核的要求。2.考核期间主要操作条件：（1）原料煤种：内蒙神华煤（2）原煤进料量：～1886吨/天（3）水煤浆进料量：～87.6m3/h（4）氧气流量：～40140Nm3/h（5）气化炉温度：～1260℃（6）气化炉压力：～3.8MPaG3.技术指标：运行数据与计算结果真实可靠，气化性能达到并超过了考核指标。该装置满负荷运行的技术指标如下：项目考核指标考核结果有效气成分：%8182.9比氧耗：Nm3O2/1000Nm3（CO+H2）390352比煤耗：kg/1000Nm3（CO+H2）590568冷煤气效率：%7474.9碳转化率：%9899.24.该装置安全可靠，自动化程度高，操作控制灵活，生产管理科学，实现了装置的“安稳长满优”运行。采用独特设计的高压氮气保护系统，保证了气化装置开停车阶段的安全运行。采用带压连投操作技术和无波动倒炉技术，增强了抵御故障的能力、减少了倒炉期间氧气和原料煤的消耗，最大限度降低了倒炉切换期间生产系统的波动，使系统运行更加平稳，经济效益更高。5.该装置是目前国内单炉规模最大的水煤浆气化装置，也是目前在运行同类装置中最高效稳定的装置之一，展现了多喷嘴对置式气化炉易于大型化、长周期稳定安全运行的优势。6.该装置具有完全自主知识产权，具有创新性，装置性能与技术指标达到国际领先水平。与国内外其他水煤浆气化技术相比，其技术特点和优势在于：（1）气化效率高，技术指标先进，与同样采用内蒙神华煤的某单喷嘴水煤浆气化装置相比，有效气成分提高3.1个百分点，比氧耗降低11.4%，比煤耗降低2.1%。（2）碳转化率高，与同样采用内蒙神华煤的某单喷嘴水煤浆气化装置相比，粗渣中碳含量降低约10个百分点，细渣中碳含量降低约12个百分点。粗细渣含碳量低，气相、液相物流中灰渣含量低，有利于整个气化装置的高效运行和降低阀门的磨损。（3）喷嘴之间协同作用好，气化炉负荷调节灵活、适应能力强，大型化装置技术指标先进，有利于装置大型化。（4）多个喷嘴实现了带压连投和无波动倒炉，有利于整个工厂的长周期稳定运行。（5）流场合理，热电偶寿命长，为气化装置稳定运行提供了重要指导；采用预膜式结构的水煤浆喷嘴压降低，降低了入气化炉氧气和煤浆的压力，有利于降低气化装置的能耗；复合床洗涤冷却技术热质传递效果好，液位平稳，避免了引进技术中易发生的合成气带水带灰问题；分级式合成气初步净化工艺节能、高效，表现为系统压降低，后续变换催化剂使用寿命长；渣水处理系统采用直接换热技术，热回收效率高，克服了设备易结垢和堵塞的缺陷，减少了相关设备的维护工作。7.已成功实现了日处理煤2000吨级多喷嘴对置式水煤浆气化装置产业化运行，掌握了大型化多喷嘴对置式水煤浆气化技术的设计理论与方法，形成了具有自主知识产权的、系统的大型水煤浆气化技术与工艺设计软件包，奠定了今后进一步大型化、超大型化创新发展的基础。五

有关该技术的最新动态兖矿集团、华东理工大学每两年组织一次多喷嘴对置式煤气化技术研讨会。2012年9月22日，第三届多喷嘴对置式煤气化技术应用与推广研讨会在江苏镇江举行。来自全国包括江苏索普集团、安徽华谊化工有限公司、江苏灵谷化工有限公司等多家多喷嘴对置式煤气化技术应用企业的250多名煤化工、配套设备企业的代表出席研讨会。江苏灵谷化工有限公司副总经理钱林明在会上表示，选用的多喷嘴对置式煤气化装置运行3年多来，显示出运行安全、可靠、稳定、效率高、有效气成份高、易于操作等特点，由于气化界区原因造成系统停车仅有一次，为大化肥装置实现长周期连续安全、稳定、满负荷、优质运行提供了坚强的保证。安徽华谊化工有限公司副总经理王旭宾在会上表示，项目首次化工试车从气化炉投料到产出甲醇打通流程历时9小时13分，对华谊集团异地独立建设大型煤化工装置而言，创了化工试车新记录。同时，该项目各单元从2012年8月上旬陆续达到设计负荷，并于8月中旬陆续开始进行设计工况工艺考核，从考核的结果看，各单元生产能力、运行工艺指标基本达到设计值。带压连投是多喷嘴对置式煤气化工艺的优势之一，给操作管理带来较大的方便。建议进一步完善安全操作规程后积极推广。同时，王旭宾还表达了自己的看法：“随着国家对环保要求的提高，结合后系统化工产品废水排放情况，在多喷嘴对置式煤气化工艺的水系统，有效利用系统中各种废水可以进一步探讨与研究。”江苏索普集团代表在发言中表示，装置投入运行初期，由于前后各工序处于工艺、设备、仪表的调试、完善和操作经验的积累阶段，停车次数较多。随着装置的运行，操作经验的积累，各工序间的磨合，后期的连续运行时间逐步增长，该气化装置实现了长周期稳定运行的目标。华东理工大学于广锁教授表示，华东理工大学正在就3000吨日处理煤量超大型化气化工艺示范与兖矿集团合作，相关的技术升级也正在进行中。多喷嘴对置式粉煤气化炉工业示范装置正在兖矿开阳化工有限公司建设，预计2013年化工投料。兖矿国拓科技工程有限公司董事长丁辉表示，经过和大学、科研院所多年的研发，兖矿和华理已经掌握、拥有了一批现代化的技术，比如多喷嘴对置式水煤浆气化技术、粉煤气化技术，这两项都是现代煤化工领域的核心技术。这两项技术的研发成功解决了煤炭资源高效利用问题，为我国能源安全提供了保障。作为工业化装置，我们要求的是安全、稳定、高效，这两项技术的研发应用恰恰解决了这三个问题。从理论研究、实验室小试、现场中试，到25台气化炉的运行，积累了深厚的理论基础和丰富的生产实践经验。由华东理工大学教授们的原创性研发和兖矿集团的生产实践经验、良好的技术支持和培训，构成这项技术的两翼，这种模式已经成为中国产学研合作的楷模。丁辉还透露，兖矿集团有限公司和华东理工大学已经签署未来20年战略合作协议，双方将共同对多喷嘴气化技术升级换代，并为能源高效利用提供更加环保、更加节能、更加适合我国国情的新技术。主流煤气化技术及市场情况系列展示（之二）西门子GSP气化技术

技术拥有单位：德国西门子燃料气化技术有限公司国内技术转让所有权单位：北京杰斯菲克气化技术有限公司

西门子GSP气化技术已经有30多年的研发经验与20多年煤化工实际生产经验。该技术的研发起源于统一前的东德国家燃料研究所。早在1984年，西门子GSP气化技术就已经在当时的东德黑水泵工厂实现了工业化运行。该工厂一直运行到2007年，因经济效益不好而停产。期间，采用GSP气化技术的西门子SFG200气化炉（日投煤量约720吨）先后气化过东德地区的褐煤（6年）、天然气、废油等液态废料，并与同一厂区的固定床气化炉产生的合成气一起生产甲醇和发电，同时处理固定床产生的含焦油及酚废水。到目前为止，西门子GSP气化技术已经对褐煤、烟煤、无烟煤、市政污泥、废水、生物质等都做过测试，并大规模地试烧了加拿大、澳大利亚煤及中国的淮南烟煤、晋城无烟煤、宁夏的长焰煤等，有超过60种不同物料及100次以上的试烧数据，为工程设计提供了坚实的技术基础。北京杰斯菲克气化技术有限公司作为德国西门子燃料气化技术有限公司与中国神华宁煤集团公司50%对50%的合资公司，唯一拥有在中国转让GSP气化技术100%的技术转让权。GSPTM注册商标是经国家工商行政管理总局商标局审查后授予北京杰斯菲克气化技术有限公司的。GSPTM商标在煤气化和煤化工等领域受《中华人民共和国商标法》保护，任何其他机构声称自己的气化技术是GSPTM技术的，都属于侵权行为。一

气化技术特点西门子GSP气化技术属于先进的、大型化的、高压、纯氧、熔渣操作的气流床气化技术。GSP气化技术最显著的特点包括干煤粉进料、气化反应室水冷壁结构、组合单烧嘴顶置下喷、粗合成气全激冷工艺流程等内容。该流程包括干粉煤的加压计量密相输送系统(即输煤系统)、气化与激冷、气体除尘冷却(即气体净化系统)、黑水处理等单元。通过此工艺，可以把价格低廉、直接燃烧污染较大的煤、石油焦、垃圾等原料转化为清洁的、高附加值的合成气，即一氧化碳与氢气，这是生产化工产品基本原料，可以用于甲醇、合成氨、合成油，还可以用于发电或用于城市煤气、合成天然气使用。

（一）西门子GSP气化工艺流程1、干煤粉的加压计量输送系统磨煤干燥好的粉煤从煤仓进入到密相进料系统。每台气化炉配带一个进料系统，由常压煤仓（储仓）、变压锁斗和密相进料器（加料斗）组成。锁斗交替操作以保证进料器中的粉煤保持在一定的料位。粉煤进入煤仓，载气和吹扫气通过煤仓顶部的过滤器排放到空气中。煤粉从煤仓进入到锁斗，锁斗装满后，由吹扫气加压之后进入到进料器。粉煤在进料器搅拌器的作用下，并通过气体吹扫形成部分流化床。粉煤以密相流形式从流化床部位通过浸没的输煤管线输送到气化炉顶部的烧嘴。粉煤密度较大，既确保处于悬浮状态，又使得载气的用量很小。进料器和气化炉之间的压差控制着粉煤的流动速度。整个密相输送系统作为顺序控制系统被集成到自控系统。因此，所有与系统相关的参数都处于控制系统的实时监测之中。连锁系统确保了压力等级系统并与顺序控制无关。在密相输送系统中，二氧化碳被用作载气和锁斗的加压气，该气体由客户提供到西门子界区（如来自于一氧化碳变换后的气体处理系统）。2、气化与激冷系统载气输送来的加压干煤粉，氧气及少量蒸汽（对不同的煤种有不同的要求）通过组合喷嘴进入到气化炉中。气化炉包括装有水冷壁的气化室和激冷室。西门子GSP气化炉的操作压力为2.5～4.0MPa(g)。根据煤粉的灰熔特性，气化操作温度控制在1350℃～1750℃之间。高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷室，被喷射的高压激冷水冷却，液态渣在激冷室底部水浴中成为颗粒状，定期的从排渣锁斗中排入渣池，并通过捞渣机装车运出。从激冷室出来的、达到饱和的粗合成气输送到下游的合成气净化单元。3、气体除尘冷却系统粗合成气从气化炉出来后进入合成气洗涤系统。该系统由沉降管式洗涤器加文丘里洗涤器和高压聚集除尘器以及洗涤塔组成。在沉降管式洗涤器和文丘里洗涤器中，合成气和水充分混合以确保除去细灰和炭黑颗粒。旋风分离器从合成气中除去水和颗粒。文丘里洗涤器使用循环水和来自下游气体处理工艺的气体冷凝液（西门子界区外）。高压聚集除尘器和洗涤塔能够减少合成气中的微小颗粒尤其是盐雾。净化后的合成气含尘量设计值小于1mg/Nm3，输送到下游。4、黑水处理系统系统产生的黑水经减压后送入闪蒸罐去除黑水中的气体成分，闪蒸罐内的黑水则送入沉降槽，加入少量絮凝剂以加速灰水中细渣的絮凝沉降。沉降槽下部沉降物经压滤机滤出并压制成渣饼装车外送。沉降槽上部的灰水与滤液一起送回激冷室作激冷水使用，为控制水中总盐的含量，需将少量污水送界区外的全厂污水处理系统，并在系统中补充新鲜的软化水。（二）技术优势1.高煤种适应性：从褐煤到无烟煤乃至石油焦均可使用。粉煤进料，不受煤的成浆性影响。对于灰份与灰熔点有较大的适应性。2.高技术指标：气化温度高，一般在1350℃～1750℃。碳转化率最高可达99%，合成气中不含煤焦油、酚类等难于处理的有机物。合成气中有效气成份即CO+H2很高，一般在90%以上。冷煤气效率高达80%以上。3.低投资：针对不同规模的项目，气化炉实现标准化与大型化。设备规格相比同类技术尺寸小、设备成本、建设成本及运行成本低。4.低维护费用：工艺流程紧凑；设备寿命长，采用水冷壁结构的气化炉，无耐火砖；使用组合式喷嘴(点火喷嘴与生产喷嘴合二为一），开、停车操作方便，且时间短（从冷态达到满负荷仅需1～2小时）。5.节能环保：秉承西门子集团节能环保的要求，西门子GSP气化技术无有害气体排放；污水中不含酚、氰等有害物；炉渣不含可溶性有害物，可作建材原料；系统水循环利用，实现了能源的清洁、高效利用。二

技术特点参数表项目具体参数气化技术类型干煤粉气流床气化技术气化技术名称西门子GSP气化技术气化炉组合方式从化工生产的连续性考虑，不推荐单一气化炉方式。较大规模项目，气化炉较多时，可以实现不单独设置备用炉进料方式干煤粉和氧气及少量水蒸汽（视煤质情况需要）通过组合式烧嘴同步进入气化炉进料位置从气化炉顶部向下喷射喷嘴类型和特点多层同心圆组合式烧嘴（开工点火烧嘴与正常投煤烧嘴组合在一起）。中心为点火烧嘴，外围是主烧嘴氧气夹层和粉煤夹层，蒸汽与氧气在进入之前混合气化炉燃烧室流场结构气化炉内为喷射、旋转气流耐火衬里水冷壁结构合成气在激冷室内的冷却方式空腔式多喷头喷水激冷气化介质氧气、水蒸汽粉煤输送载气根据产品，可用二氧化碳或氮气技术运行的阶段已大规模工业应用运行周期单炉连续运行>150天煤的粒度范围因原料煤要磨成煤粉，因此对进厂原料煤粒度无要求煤的工业分析理论上无要求。因经济性原因灰分最好小于25%操作条件操作压力：4.2MPa；操作温度1350℃～1750℃（与煤质有关）粗煤气的组成CO:～70%；H2：～22%；CO2：～5%；CH4：<0.1%（其余为N2、H2S等，与煤质有关）工艺指标氧耗～310Nm3O2/kNm3(CO+H2)（与煤质有关）气化用蒸汽消耗0～4t/h•台炉（与煤质有关）单炉煤气产量～130000Nm3(CO+H2)/h（与煤质有关）碳转化率98～99%（与煤质有关）适合工业领域煤化工生产用合成气、IGCC发电等燃料气

三

市场应用情况在中国，西门子的技术许可包括气化岛的性能保证、工艺包设计、专有设备的供应，还可以依据客户的要求提供从项目开始的可行性研究、前端设计到后期的现场服务、操作及维护的一系列服务。2007年5月，神华宁煤50万吨/年烯烃项目的520000Nm3/hCO+H2西门子GSP气化技术许可与专有设备采购和设计合同正式生效。该项目是宁东煤化工基地的重点项目，也是目前世界上规模最大的煤基聚丙烯项目，其中间产品167万吨甲醇，最终产品52万吨聚丙烯。该项目采用5台SFG500(日投煤量约2000吨)西门子GSP气化炉。2010年11月开始试车，12月31日气化岛产生的合成气送到下游产出优质精甲醇。2011年中4月开始试生产，煤气化装置产生的合格合成气产出的聚丙烯，给神华宁煤集团带来了良好的经济效益。2007年9月，山西兰花煤化工有限责任公司晋城3052项目西门子GSP气化技术许可与专有设备采购和设计合同正式生效。该项目使用2台SFG500(日投煤量约2000吨)西门子GSP气化炉。这是先进的大型粉煤气流床气化技术第一次应用于山西省大型煤化工项目，为充分利用高灰熔点，高硫的无烟粉煤提供了一种清洁环保高效的解决方案。2011年7月，中国电力投资集团新疆伊南60亿标准立方米/年煤制天然气项目一期20亿标准立方米/年工程气化专利合同正式生效。该项目是目前世界上一次建成规模最大的煤制天然气项目。项目一期工程采用8台套西门子SFG500（日处理煤量约2000吨）气化炉。这是继已经投产的神华宁煤煤制烯烃项目之后，西门子SFG500气化炉再次成为世界上规模最大的干煤粉气流床气化装置。中国电力投资集团副总经理苏力先生表示：“之所以选择西门子GSP气化技术，首先它是大型化的气化炉，适应本项目的要求，第二，西门子GSP气化技术是世界上最先进的气化技术，第三，西门子是一个可靠的合作伙伴。”这也是干粉气流床气化技术应用于大型煤制天然气项目的开始。2012年1月，神华宁煤年产400万吨煤炭间接液化制油项目采用西门子GSP气化技术许可与专有设备采购和设计合同正式生效。该项目是宁东煤化工基地的又一重点项目，也是目前世界上一次建成规模最大的煤炭间接液化制油项目。该项目采用24台SFG500(日投煤量约2000吨)西门子GSP气化炉。这也是干粉气流床气化技术应用于大型煤制油项目的开始。在全世界范围内，西门子GSP气化技术得到了广泛认可，已经成为新建项目优先选择的解决方案。在IGCC、化工及最新的煤制天然气项目上都有了新的合作伙伴。2012年,SFG850(日投煤量约3000吨)的西门子GSP气化炉已经启动。

四

最佳运行案例业主名称神华宁夏煤业集团项目名称煤基167万吨甲醇转52万吨聚丙烯项目项目地点宁夏宁东能源化工基地煤种情况长焰煤（灰份：18～20wt%）气化炉数量5台SFG500气化炉（日投煤量2000吨级）气化炉类型干煤粉，水冷壁，全激冷，组合烧嘴有效气量520000Nm3/hCO+H2服务范围符合中石化标准的工艺包；专有设备；理论培训与现场培训；技术服务里程碑2007年05月，合同生效2007年10月，完成中石化标准的工艺包（PDP）设计2008年10月，第一批气化炉（德国进口）到达客户现场2009年01月，第一批气化炉完成吊装2010年11月，试车并一次点火成功2010年12月，高品质有效气送到下游产出优质精甲醇2011年04月，进入全厂试生产2012年07月，气化炉满负荷运行，日产甲醇超过5000吨，超过设计能力意义干粉气流床技术首次应用于世界级的煤制烯烃项目，并实现稳定、安全、满负荷、高效运行，为GSP气化技术大规模应用树立了全球典范和工业化技术交流与培训、测试基地。

五

有关该技术的最新动态目前，西门子方面已经完成了关键气化设备的国产化工作，与国内有丰富制造经验的厂家签署了合作协议并开始国产化生产，可为中国的客户提供国内生产的完全符合国际质量标准的关键设备。同时可为客户提供了多种设备采购选择。为了便于在中国的煤化工项目的顺利执行，德国西门子燃料气化技术有限公司已经将项目执行团队转移到中国。同时在中国建立了技术改进的研发团队。为了更好地适应国内用户和国家有关部门的要求，西门子GSP气化技术已经与国内经验丰富的工程公司、上下游技术专利商合作，开展降低气化岛造价与提高气化岛能效的研究，并取得了很好效果。同时，SFG850(日投煤量约3000吨)的西门子GSP气化炉也已经向国内大型的煤化工项目用户推荐。展望未来，西门子GSP气化技术在经过工业化验证后，从工艺包设计、专有设备供应到项目执行及售后服务将逐步实现国产化，全方位、全流程满足国内蓬勃发展的大型现代煤化工项目。主流煤气化技术及市场情况系列展示（之三）“清华炉”煤气化技术技术拥有单位：清华大学、北京盈德清大科技有限责任公司“清华炉”煤气化技术是清华大学研究开发，联合北京盈德清大科技有限责任公司（接替北京达立科科技有限公司）共同开发的具有自主知识产权的煤气化工艺，并在山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司实现了工业化。“清华炉”不仅包括了自主创新的气化炉，还包括气化工艺全流程的优化、配套技术的创新，因而改善了气化炉的煤种适应性，提高了气化系统的稳定性和可靠性，降低了气化岛的能耗，综合形成了以“清华炉”为核心的经济型气流床气化技术体系。“清华炉”产学研三方合作，顺利完成了专利研究、数学模型研究、实验室冷热态研究、小试、工艺包开发和工业装置设计和开车的全过程。从2001年开始，针对大规模气化技术用于发电和化工等领域，在仔细调研综合分析的基础上，从可靠性和运行的经济性角度出发，基于对气化反应过程控制因素深入分析及其热过程深刻理解，清华大学创新性地将燃烧领域的分级送风概念和立式旋风炉的结构引入到煤气化中，将热能工程领域的自然循环和膜式水冷壁凝渣保护原理扩展到煤气化领域，提出了分级供氧水煤浆气化技术和水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术。与其它气化技术主要是由化工反应器发展而来的不同，清华大学的研究是从锅炉燃烧演化而来的。清华炉煤气化技术的核心思想是来源于煤粉锅炉当中的空气分级供给、自然循环原理、膜式水冷壁凝渣保护原理等，结构处理上借鉴了锅炉的水冷壁及卫燃带结构和绝热炉膛结构，因此具有鲜明的动力设备特点。一气化技术特点（一）分级给氧气化炉喷嘴附近温度是由燃料量和氧气量及其混合效果决定的。正如煤粉燃烧器一样，采用分级供氧，可以抑制喷嘴出口火焰温度。像锅炉空气分级一样，沿燃料流动方向的合适位置上再补充氧气，提高温度促进气化反应，形成熔渣，以此改善喷嘴的寿命。由于氧气分级供给，气化炉主喷嘴供氧量与反应需氧化学当量脱离约束，减少了主喷嘴的氧气负荷，改善了主喷嘴的工作环境，延长了其运行周期。在此过程中，燃料的热量释放和氧气的供给时间相匹配，气化室沿流动方向的温度分布更合理，从喷嘴向下形成低—高—低温度曲线，见图一，高温区从喷嘴端部下移，喷嘴处于相对低的温度区域，并提高了出渣口区域的温度，同时提高了气化室内平均温度，使气化的效果得到改善。由于氧气分级供给，比不分级气化炉轴向温度均衡，长径比可加大，突破了国内外关于水煤浆气化室的截面出力的限制。从图一还可以看出，在同样氧煤比的情况下，分级供氧气化室排渣口的温度比只有主喷嘴供氧时要高，因而可以放宽对煤种灰熔点的要求，煤种适应性宽，可采用的煤种的灰熔点比传统工艺约高100K，扩大了气化炉煤种的适应性。事实上，该技术可以采用水煤浆进料，也可以干煤粉进料。分级给氧气化炉的流场更为合理。由于二次供氧在氧气入口处形成反扩散火焰，氧气进入了气化室顶部区域。传统的气化炉没有水平方向的供氧，在气化室顶部形成了缺氧区，该区域气化反应很弱，分级供氧工艺的二次供氧反扩散火焰的卷吸，使部分煤颗粒和氧进入气化室顶部区域。这一流场结构，恰到好处又充分地利用了气化室顶部区域，作为反应空间，而又不过度反应而影响气化室顶部砖的寿命。由于水平方向只有质量很小的氧气射流，在向下主气流作用下，即使水平方向氧气流速达到160m×s-1也不会射到对面炉壁；水平方向射流中没有固体煤颗粒射入，只从主气流中卷吸部分煤颗粒参与燃烧和气化，不会产生过度高温威胁气化室顶部砖。以上两方面使分级供氧工艺具有固有安全性。这一点也在工业生产中得到验证：不投入二次供氧时，气化室顶部砖上附有厚厚的高低不平蜂窝状渣层，投入二次供氧以后，气化室顶部砖上附有致密均匀的渣层。（二）水煤浆水冷壁水煤浆水冷壁气流床煤气化技术，成功解决了水煤浆的点火、稳燃和效率问题，充分发挥出了水煤浆耐火砖和干粉水冷壁技术的全部优点，同时还有效避开了它们的不足之处。1.膜式水冷壁采用热能工程领域成熟的垂直悬挂膜式壁结构，水冷壁可以自由向下膨胀，避免了高温下复杂的热膨胀处理问题；2.水冷壁管的水循环按照自然循环设计，是本质安全的循环系统，即使在紧急状态下，也能够最大限度保证水冷壁的安全运行；3.将原耐火砖结构气化的预热烧嘴和工艺烧嘴组合成为一个带点火功能的工艺烧嘴，实现了点火、投料程序一体化完成，气化炉的从冷态到满负荷的启动时间从原来的3天缩短到3个小时；4.工艺烧嘴的水冷却结构采用整体夹套式，烧嘴冷却与水冷壁共用一套热水循环系统，系统简单；采用热水循环冷却，降低了工艺烧嘴的热应力，烧嘴使用寿命长。（三）气化工艺流程1、制浆工段从界区外的运输系统送来的原料煤首先进入煤斗，煤斗中的煤由煤称重给料机控制以一定的质量流率进入棒式磨煤机。制浆用的水包括磨煤单元的冲洗水、排放、泄露、灰/黑水处理单元的滤液和工厂内其他装置的难以处理废水，不足部分可补充新鲜水。为了制得稳定的煤浆并降低煤浆粘度，在磨煤机中还需加入水煤浆添加剂。在添加剂配制池中配制的水煤浆添加剂经过添加剂配制池泵送到添加剂槽，再经过添加剂泵送到磨煤机中。水煤浆的PH值应该控制在7以上，煤、水、各种添加剂在磨煤机中研磨到所需要的粒度分布，制得重量百分比约为60%的水煤浆。从磨煤机初步制得的水煤浆通过磨煤机出口的滚筒筛流出，滚筒筛可以筛除煤浆中的大颗粒。水煤浆在重力的作用下流到磨煤机出料槽。磨煤机出料槽泵将水煤浆从磨煤机出料槽输送到煤浆槽中。为防止煤浆沉淀，在磨煤机出料槽和煤浆槽中分别设置有磨煤机出料槽搅拌器和煤浆槽搅拌器，在搅拌器的作用下水煤浆保持悬浮状态。2、气化工段来自煤浆槽的煤浆依靠重力自流到高压煤浆泵的入口，煤浆由煤浆泵加压后，经煤浆切断阀进入工艺烧嘴。煤浆泵所需的入口压头由煤浆槽提供。投料前，煤浆经煤浆循环阀等自动阀门循环回煤浆槽。来自界区外的氧气由氧气总管经过流量调节阀和切断阀进入气化炉，氧气的流量测量需要进行温度和压力补偿。根据安全系统要求，在启动阶段氧气通过氧气放空消音器排放到大气中并建立氧气流量。工艺烧嘴把水煤浆和氧气一起送入气化炉中。离开气化炉燃烧室的粗合成气与灰渣一起向下流过激冷环，经过激冷环时，激冷环内喷出的雾化水将粗合成气和灰渣激冷至1050℃（煤的变形温度以下），然后进入气化炉下部的水浴。下部水浴的灰水来自合成气洗涤塔，在气化炉下部，大部分灰渣被分离出来，大块渣靠重力作用沉入气化炉底部，悬浮在水中的灰随气化炉灰水外排至低压闪蒸罐。进入气化炉下部水浴的灰渣在循环水流的作用下经锁斗安全阀、锁斗进口阀进入锁斗。为防止系统堵塞，在气化炉和锁斗安全阀之间装有破渣机，大块的渣由破渣机破碎。循环水流由锁斗循环泵建立。锁斗循环水是从锁斗顶部溢流的含固量相对较少的灰水，循环水流回到气化炉激冷室底部，并携带粗渣进入锁斗。大部分从气化炉来的固体都在锁斗的底部沉积。气化炉的粗渣和渣水排至渣池的前仓，开始隔离两仓的溢流阀保持关闭，约5分钟后，溢流阀打开，较澄清的上部黑水送入渣池后仓，用渣池泵送至真空闪蒸罐。固体灰渣在淋干水分后外运。3、合成气洗涤从气化炉激冷室出来的粗合成气通过文丘里洗涤器进入合成气洗涤塔，合成气首先进入洗涤塔底部的水中洗掉其中的细渣。基本上不含固体颗粒的合成气沿洗涤塔向上流动，与从塔中部进入的循环灰水和塔上部加入的来自界区外的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1mg/Nm3。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后经过可从控制室调节的阀门送出界区。在合成气洗涤塔的出口安装有在线气体分析仪，对一氧化碳、氢气、二氧化碳及甲烷进行检测。在合成气洗涤塔底部的水分成两部分排出。一部分是底部上层固体含量较少的灰水，灰水经过激冷水泵加压后，经过激冷水过滤器进入气化炉激冷环和文丘里洗涤器。从洗涤塔底部出来的另外一部分含固量较多的黑水通过流量控制进入黑水闪蒸系统进行黑水处理以除去其中的固体颗粒，再生后的灰水经过沉淀和加热等处理后送回合成气洗涤塔。4、灰水处理系统从气化炉激冷室和合成气洗涤塔底部来的黑水进入低压闪蒸罐。在低压闪蒸罐中，一部分的水经减压闪蒸变成蒸汽，蒸汽送到灰水除氧器作为加热蒸汽。从低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真空闪蒸罐进行闪蒸，来自渣池的黑水也送到真空闪蒸罐。经过真空闪蒸罐的闪蒸，黑水中大量溶解的气体释放出来。从真空闪蒸罐出来的蒸汽首先进入真空闪蒸冷凝器由循环水冷却，冷却后的气体进入真空闪蒸分离器。闪蒸真空泵将真空闪蒸分离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，其下液直接插入沉降槽中心筒，利用沉降槽的液位作为液封，以保证其真空度。真空闪蒸分离器也不控制液位，真空闪蒸分离器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。从真空闪蒸罐来的含固量较高的黑水进入沉降槽中，进入沉降槽的黑水经过絮凝沉淀后，沉降槽上部的澄清水溢流，依靠重力作用进入灰水槽。灰水槽中储存的灰水经过低压灰水泵加压后分成两部分，一部分去灰水除氧器，另外一部分去锁斗冲洗水罐。沉降槽的作用是使黑水中的固体颗粒在重力作用下沉降分离。为了加快固体在沉降槽中的沉降分离速度，需要向沉降槽中加入絮凝剂。在沉降槽中安装了一个缓慢移动的沉降槽耙灰器，用来把沉降下来的固体送到沉降槽底部的出口。在沉降槽底部的固体和水通过沉降槽底泵送到过滤机。黑水中的固体留在过滤机上部形成细渣滤饼，然后用卡车或者皮带送出界区，滤液进入滤液槽。滤液经滤液泵加压后送往沉降槽，也可直接送往研磨水槽作为制浆用水。（四）技术优势1.稳定性好。水煤浆气化工艺成熟，水冷壁挂渣稳定。用水煤浆进料稳定可靠,避免了粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、泄漏等难题。2.煤种适应性强。水煤浆水冷壁清华炉的气化温度不受耐火材料限制，可达1600℃或更高，气化反应速度快，碳转化率高，煤种适应性好,能够消化高灰分、高灰熔点、高硫煤。3.系统运转率高。装置运行连续稳定，特殊设计的工艺烧嘴冷却系统有效延长了烧嘴的使用寿命，一次连续运行周期可以保证120天以上，每年不再因为换砖而停炉检修，单炉年运行时间可达到8000小时。4.安全性强。水冷壁采用热能工程领域成熟的悬挂垂直管结构，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。水循环按照自然循环设计，强制循环运行，紧急状态下能实现自然循环，最大限度保证水冷壁的安全运行。5.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仅需3小时。6.技术细节处理好。清华炉气化技术在工业化过程，在细节的设计上有很多创新，如碳洗塔底部的气体分布器，使灰水和煤气的充分混合，保证了煤气的洗涤效果；闪蒸罐中的环槽分布器设计，使闪蒸系统的检修更方便；真空闪蒸的液封设计，使闪蒸罐不再堵塞等。细节上的改进使气化系统能够实现长周期运行。此外，清华炉还具有较高的投资性价比，为用户提供了更好的选择。由于核心技术的突破，流程的优化，科学的设备国产化选择，使得清华炉与国内外同类装置相比，同样规模可节约投资20%以上。

二技术特点参数表项目具体参数气化技术类型气流床气化气化技术名称“清华炉”煤气化技术气化炉组合方式根据化工生产的连续性考虑，建议设置备用炉；由于水煤浆水冷壁连续运行时间长，检修时间短，启动快，对于较大规模项目可以考虑不设置备用炉。当一台气化炉检修时，其它气化炉提负荷，保证下游化工装置负荷不减少进料方式水煤浆和氧气通过组合烧嘴一起进入气化炉，侧壁可以设置二次氧气进料位置水煤浆和氧气从气化炉顶部下喷，有二次氧气时，二次氧气从气化炉燃烧室侧壁横向射流进入气化炉喷嘴类型和特点带点火功能的组合式烧嘴气化炉燃烧室流场结构受限空间内的射流流动，有二次氧气时，二次氧气射流反扩散火焰的卷吸，使部分煤颗粒和氧进入气化室顶部区域；该流场结构恰到好处地充分利用了气化室顶部区域，作为反应空间；同时二次氧气射流区域可以强化气化室内的物料混合耐火衬里耐火砖和水冷壁两种方式合成气洗涤方式高温合成气冷却采用水激冷方式，下降管上有激冷水喷头，实现对高温合成气的初级降温，减少激冷水液位波动和合成气带水；洗涤塔内设置气体分布器，合成气与洗涤水充分接触，洗涤效果好气化介质氧气技术运行的阶段大规模工业应用运行周期最长连续A级运行140天，喷嘴使用寿命＞120天煤的粒度范围粉煤气化，对原料煤粒度没有要求煤质分析及要求无特别要求，从经济性考虑，建议灰分＜25%，成浆性≥50%操作条件操作压力：常压～8.7MPaG操作温度：高于原料煤灰熔点约50℃运行，水冷壁气化炉的操作温度可达1600℃或者更高粗煤气的组成（干基）CO：～45%；H2：～35%；CO2：～19%；CH4：～0.1%工艺指标氧耗～360Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)，与煤质的成浆性、灰熔点、灰分含量有很大关系蒸汽消耗无煤气产量～570kg(干煤)/1000Nm3(CO+H2)，与煤质的成浆性、灰熔点、灰分含量有很大关系碳转化率≥98%适合工业领域制备化工生产用合成气、IGCC发电燃料气、陶瓷工业燃料气、钢铁厂还原气等

三市场应用情况“清华炉”煤气化技术不仅具有自主知识产权的核心专利，而且在工程建设和开车中提出了很多创新性的改进，形成了数十项外围专利。水煤浆水冷壁“清华炉”第一套工业装置于2011年8月22日在山西阳煤丰喜投入运行，第一年投运即实现了年运转率达到94%、年负荷率达到120%的好成绩，全面实现了研发和设计意图，主要技术指标优于设计值，达到了国际领先水平。至2012年1月9日计划检修，创造了首次投料并安全、稳定、连续运行140天的煤化工行业气化技术开车的新记录。2012年8月1日～4日，中国石油和化学工业联合会组织现场考核专家组对“清华炉”装置进行了现场考核。考核期间，装置连续稳定运行72小时，平均负荷率为103.1%，考核数据达到了指标要求；气化用煤的灰熔点可以达到1500℃以上，煤种适应性显著增强；同等直径的水冷壁气化炉与原耐火砖结构的气化炉相比，燃烧室容积增大1.6倍。根据现场考核结果，专家组确认，该装置为世界首套水煤浆水冷壁气化工业装置，综合性能优异，是具有国际领先水平的拥有自主知识产权的新型煤气化技术。2012年9月3日，该技术成果通过了以中国工程院副院长谢克昌院士为鉴定委员会主任的科技成果鉴定。鉴定委员会认为：该气化炉技术具有显著的创新性，拥有自主知识产权，同时具有水煤浆耐火砖和干粉水冷壁气化炉的优点，综合性能优异，具有明显的经济效益和社会效益，总体技术处于国际领先水平。主要运行数据表项目单位运行结果日投煤量（干煤）t/d581有效气(CO+H2)产量Nm3/h40002有效气(CO+H2)成分%78.46水冷壁副产蒸汽量t/h0.96比氧耗Nm3/1000Nm3(CO+H2)404.3比煤耗kg/1000Nm3(CO+H2)605.0粗渣含碳量%2.48产气率Nm3干气/kg煤2.11冷煤气效率%73.2热效率%96.6

截至目前，“清华炉”进入市场还不到一年的时间，但由于其优异的性能，已经签订了多套技术转让合同。如下表所示。编号用户名称气化炉参数[单炉(CO+H2)产量，压力]最终产品1山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司35000Nm3/h，4.0MPa合成氨2克拉玛依盈德气体有限公司35000Nm3/h，4.0MPa炼油供氢（中石油）3石家庄盈鼎气体有限公司90000Nm3/h，6.5MPa炼油供氢（中石化）4昌邑盈德气体有限公司55000Nm3/h，4.0MPa丁辛醇5江苏华昌化工股份有限公司110000Nm3/h，6.5MPa合成氨、丁辛醇6山东金诚化工科技有限公司60000Nm3/h，6.5MPa炼油供氢7江苏德邦化工科技有限公司110000Nm3/h，6.5MPa合成氨、联碱、尿素

四最佳运行案例2009年8月1日，日处理煤量600吨，运行压力4.0MPa的全球第一台水煤浆水冷壁气化炉在山西阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司破土动工，建设工期23个月，项目总投资9000余万元。时间点项目进度2008年11月开始筹划此项目2009年1月开始进行项目设计2009年3月开始进行设备招标订货2009年8月土建开始施工2010年3月土建框架施工完华2010年9月气化炉与水冷壁到厂并开始安装2011年3月安装完华，进行单体试车2011年4～7月系统试车、调试2011年8月22日一次投料成功

“清华炉”气化技术在该运行方案中表现出以下几个特点：1、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，如果筑炉有问题或炉砖窜气，有时会发生炉壁超温的现象，严重时造成气化炉炉壳鼓包、爆zha。而水冷壁气化炉采用全密封垂直管结构，水冷壁和气化炉壳体之间充保护气，并且高温气与气化炉承压钢壳之间还有激冷水隔离保护，因此不存在炉壁超温的问题。目前运行过程中水冷壁水煤浆气化炉的外壳温度运行温度最高点仅110℃左右，比耐火砖气化炉温度低120℃左右。2、稳定性好耐火砖气化炉正常运行时，主要依靠看渣口压差、洗涤塔出口气体成分来判断气化炉的炉温，来调整氧煤比，但往往反应比较滞后，如煤浆泵打量不好时不易发现，等发现后再处理时，经常造成事故扩大，难以处理。而水冷壁气化炉正常运行时，除了看渣口压差、洗涤塔出口气体成分外，水冷壁的蒸汽产量更能直接反应气化炉的炉温，如煤浆泵打量不好，蒸汽产量会瞬间增大，操作工可以及时处理，避免事故扩大。3、开停迅速由于水冷壁保护涂层对升温速率的要求远远低于耐火砖气化炉内耐火砖对升温速率的要求，因此水冷壁气化炉开车速度快，从升温到投煤浆一般只需要1小时就可以完成，而耐火砖一般需要72小时的升温时间。而且水冷壁气化炉由于蓄热很少，一般停炉后很快就可以具备开车条件，不需要备炉。4、负荷率高与本装置相同直径的耐火砖气化炉燃烧室容积约为12.5m3,水冷壁气化炉燃烧室的容积增加到20m3左右，燃烧室容积增加后，为系统的扩产创造了条件。在相同煤种相同负荷下，由于气化炉燃烧室的容积增加，水煤浆在炉内的停留时间比目前的耐火砖炉子长，有效气的含量相对于目前也有所提高，煤的碳转化率也得到了提高。5、工艺烧嘴运行时间长耐火砖气化炉烧嘴冷却采用盘管，压力也比气化炉压力低，水冷盘管极易损坏，水冷盘管损坏后，高温、高压煤气将会直接进入烧嘴冷却水系统，必须立即停车。烧嘴冷却水采用40℃左右的低温水，烧嘴内外温差大，承受的热应力也大；同时低温冷却水会产生露点腐蚀、硫腐蚀等。而水冷壁气化炉烧嘴冷却采用夹套结构，烧嘴冷却水采用汽包的锅炉水，温度250℃以上，烧嘴运行的工艺条件得到优化，耐火砖气化炉烧嘴存在的露点腐蚀、硫腐蚀和应力腐蚀等难题都得到解决。烧嘴冷却采用夹套结构，没有突出部件，不易损坏，烧嘴冷却水压力比气化炉高，即使烧嘴冷却水泄漏，也不必立即停车。水冷壁气化炉的烧嘴运行时间比耐火砖气化炉烧嘴的连续运行时间长。6、开工费用低单台耐火砖气化炉每次烘炉大致需要消耗热值为2300大卡的燃料气36000Nm3左右，而水冷壁炉子每次烘炉仅需要消耗同等热值燃料气约4000Nm3。水冷壁气化炉每次烘炉比耐火砖炉节约32000Nm3燃料气。7、运行维护费用低水冷壁气化炉与耐火砖气化炉相比，在相同煤质相同负荷条件下，由于气化炉燃烧室容积增大，有效气含量有所提高，而且每小时可副产800～1500kg的蒸汽，每年可生产高压饱和蒸汽6400～12000吨蒸汽，可以产生经济效益76～144万元（吨蒸汽按照120元计）。耐火砖气化炉一般运行4000～5000小时需要更换一次渣口砖；8000～12000小时需要更换一次向火面砖。水冷壁气化炉彻底摆脱了耐火砖气化炉砖磨损的更换问题，每年可以减少耐火砖维护费用300万元。8、煤种适用性广水冷壁气化炉燃烧室的运行温度不受耐火砖的限制，可以使用高灰熔点煤，实现原料煤本地化，降低原料成本。采用水煤浆水冷壁气化炉后，可使用高灰熔点煤。单炉日投煤量以600吨计，如果高灰熔点煤比现有原料煤价格低150元/吨，则每台炉每年减少原料煤成本可达2700万元。9、环境友好耐火砖气化炉炉砖采用高铬砖，在运行过程中，耐火砖会被炉渣侵蚀、剥落，含铬炉渣会对环境造成影响；在气化炉换砖过程中，拆下来的含铬的炉砖也不易处理；耐火砖气化炉的烘炉过程很长，原始烘炉需20天左右，正常烘炉需3天以上，排放的废气量多。而水冷壁气化炉内部仅有30mm厚的SiC涂层，在运行时也不需再进行更换，在运行时不会脱落，对环境无害；水冷壁气化炉的耐火材料烘炉时间很短，一般一个小时即可直接投料，放空的废气量少。水煤浆制备可以采用有机废水，在实际运行中制浆系统采用本厂环己酮装置的含苯废水、甲醇精馏残液等，大大减少污水处理成本。

五有关该技术的最新动态2011年4月，“清华炉”研究团队与国内最大的独立工业气体供应商盈德气体集团合作，将“清华炉”煤气化工艺整体转让给盈德气体集团，盈德气体集团和清华大学共同拥有该专利技术，并由盈德气体集团出资成立了北京盈德清大科技有限责任公司，独家经营清华炉煤气化技术。同时盈德气体集团出资在清华大学成立了“清华大学-盈德气体煤气化联合研究中心”，为该技术的完善和新技术的研发搭建了更加广阔的平台。2012年7月，北京盈德清大科技公司、东华工程科技股份公司、贵州鑫晟煤化工公司等签署合作意向书。根据合作计划，最终将把贵州鑫晟煤化工公司的“水煤浆耐火砖气化炉”改造为水煤浆水冷壁“清华炉”，完成全球新型煤气化炉的首例改造。贵州鑫晟煤化工公司的煤气化工程原采用的气化炉为耐火砖结构，年生产甲醇30万吨，2010年12月投产。由于耐火砖气化炉的煤种适应性问题，该工程原料煤一直使用云南产的煤炭，成本很高，造成企业亏损。鑫晟公司了解到水煤浆水冷壁气化炉试烧的煤种灰熔点可达1500℃以上，能够使用当地煤实现高温连续生产，确定耐火砖气化炉改造为水煤浆水冷壁清华炉是可行的。2012年3月，北京盈德清大公司还与黑龙江北大荒股份公司浩良河化肥分公司签署了《气化炉改造技术协议》。浩良河化肥分公司现使用气化炉为德士古水煤浆耐火砖炉，自2004年7月运行至今。为改变耐火砖炉维修、运行费用较高，气化装置年运作周期受限等不利状况，浩良河化肥分公司经过大量细致的技术调研和论证，委托盈德清大公司对其在用气化炉进行改造。目前，清华炉研究团队着手研发包括高压浓相粉煤输送技术、干法气化工艺、劣质煤气化工艺、加氢气化工艺在内的煤气化相关新技术。（本文图片均由清华大学提供）主流煤气化技术及市场情况系列展示（之四）航天粉煤加压气化技术

技术拥有单位：航天长征化学工程股份有限公司

航天粉煤加压气化技术（HT-L）是中国运载火箭技术研究院开发出的具有自主知识产权的煤气化技术。2005年2月，针对我国煤化工领域的技术现状，中国运载火箭技术研究院经过深入探讨，决定利用自身技术优势和**民多年的技术储备，研发我国自主知识产权的煤气化技术。2005年3月，完成了HT-L的专利申请。截至目前，HT-L拥有发明及实用新型专利共计30多项，并通过了多家跨国公司的专利独立性审查。为了项目的迅速开展，中国运载火箭技术研究院选择了安徽临泉化工股份有限公司和河南永煤集团濮阳龙宇公司作为HT-L工业化示范工程依托单位，并决定垫资研发示范工程气化装置，采用炉型均为日投煤量750吨航天炉。2008年10月13日，濮阳示范工程投煤成功，产出合格的合成气。2008年10月31日，临泉示范工程投煤成功，11月2日打通全部工艺流程，成功产出甲醇。2009年10月，HT-L通过中国石油和化学工业协会组织的科技成果鉴定。鉴定委员会认为：该装置操作简便、维护方便，煤种适应性广、投资费用和运行成本低、开工率高、气化炉的故障率低。该技术拥有自主知识产权，总体技术水平处于国际领先。2012年10月，日投煤量1500～2000吨航天炉于晋开集团一次投产成功，当年3台相同型号航天炉投入运行，各项指标良好。2012年3月，新建成的航天煤化工产业基地投用，占地面积540000平方米。目前正在进行上海主板IPO上市工作。一、技术特点HT-L包括磨煤及干燥（1500）、煤加压及进煤（1600）、气化及合成气洗涤（1700）、渣及灰水处理（1800）、气化公用工程（1900）5个单元，该技术具有如下特点：1、煤粉为原料、纯氧和过热蒸汽为气化剂其中，原料煤粉为5～90微米；输送介质为氮气或二氧化碳；气化压力在4.0～6.5MPa；以粉煤为原料，块煤、面煤均可利用；单位有效气体氧耗低、煤耗低，热效率高；粗合成气中有效气体（一氧化碳+氢气）成分高，氮氧化物含量低，对环境影响小；惰性气体浓相输送，除合成氨装置外，原则上均可以二氧化碳作为煤粉输送介质，实现二氧化碳循环利用，减少碳排放；浓相输送煤粉，实现DCS、ESD系统对气化过程的精确控制。2、盘管水冷壁结构，副产中压蒸汽，高温气化气化炉气化段盘管水冷壁结构，可以实现高的气化温度（1200～1700℃），适应原料煤宽泛的灰熔点范围，适当添加碳酸钙助溶剂，可以适应各种原料煤，实现原料煤本地化；水冷壁气化炉，升温、降温迅速，与热壁气化炉相比，可以大大缩短停车检修时间；盘管水冷壁结构，强制两相流汽包水循环，水流分布均匀，有利于气化炉的长周期安全运行；气化温度高，废水、废渣易处理，减少对环境的影响；副产中压蒸汽，实现能量的高效利用。3、水冷壁自我修复式隔热结构水冷壁向火侧焊接渣钉固定耐火材料，并对耐火材料冷却。运行过程中，耐火材料表面会形成固渣层和液渣层；隔热结构可以最大限度地降低气化段的散热损失，减少水冷壁蒸汽产量，从而使原料煤的热量高效地用于气化反应，生产有效气体（一氧化碳+氢气）。密布的渣钉，可以使耐火材料温度远低于原料煤的灰熔点，从而使熔融的灰渣在耐火材料表面固化，形成固渣层。在固渣层的表面，熔融的灰渣以液态沿壁面向下流动，最后从气化段排渣口排出。随着煤种变化，操作温度、压力、负荷变化，固渣层和液渣层厚度会发生变化，从而形成了自我修复式耐火材料结构，有效地保护了水冷壁，实现“以渣抗渣”。4、单一的顶置式组合燃烧器气化炉只设置1台组合燃烧器，安装在气化段顶部。组合燃烧器将点火装置、点火烧嘴、开工烧嘴、工艺烧嘴设计成一体。组合燃烧器安装、维护、调节简便、快捷，其设计寿命大于10年。每6个月对燃烧器头部局部维修一次，8小时之内可以完成组合燃烧器的更换。燃烧火焰、炉内流场与炉膛良好匹配，炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流区以及二次反应区分布合理，能够实现全炉膛均匀挂渣、煤粉颗粒中的碳元素充分转化。调节单一氧煤比和汽氧比，就可以实现对气化炉气化参数的调节，操作简便、快捷，易于掌握，特别适用于煤种变化频繁、要求在线及时调节的工况。5、激冷、水浴式合成气冷却气化段生成的合成气与熔融的灰渣并流，进入激冷室。在此过程中，合成气和灰渣首先被水激冷，然后进入激冷室下部的水浴。冷却的灰渣从激冷室下部排出，合成气经过水浴冷却、洗涤后，从气化炉中部排入下游的合成气洗涤系统。此工艺流程成熟可靠。合成气中增加的饱和水蒸气可直接应用于变换工序。激冷水和洗涤水经过处理后循环利用，降低水耗。6、气化段水冷壁设置温度测点在气化炉气化段水冷壁沿周向、轴向设置温度测点，对气化温度是否满足挂渣需要进行实时监测，有利于开车、煤种转换和气化炉运行调节，可以有效克服煤质波动带来的不利因素。炉膛温度测点应用原理是，当气化温度正常时，炉膛温度测点受渣层保护，其显示温度小于500℃，当气化温度偏高时，渣层减薄，炉膛温度测点显示温度会升高，当气化温度偏高较多、渣层厚度不足以覆盖测点时，测点显示温度将会大于1000℃，在这个过程中，操作人员将减小氧煤比，避免水冷壁烧损。7、设置可视化火焰监测系统气化炉除设置红外/紫外火焰监测装置外，还设有可视的火焰监测系统，操作人员可以实时目测炉膛火焰情况。在开停车过程中，操作人员可以根据目测的炉膛火焰情况，进行点火、投煤和停车操作，安全、快捷。8、可靠的DCS/ESD控制系统整个生产装置通过DCS系统进行自动控制，通过ESD系统保障安全。气化装置的点火、开工、投煤、升压升负荷、系统停车等顺序控制为自动操作，方便、安全、可靠。负荷调节、流量调节、压力调节等都采用自动调节，可以实现生产过程的全自动控制。ESD系统独立运行，涵盖了点火、开工、投煤、正常运行全过程，输入变量包括了所有可能对系统、设备造成安全故障的参数和监测点，能够确保人员和设备安全。9、自主知识产权、设备国产化自主知识产权、全部设备国产化，投资、维护和运行费用低。技术服务及时、周到。人员培训、技术交流、售后服务方便。10、气化炉系列化目前已有两种规格气化炉，即：40bar压力、日投煤量750吨和1500～2000吨规模，并正在开发更高压力（65bar）和更大生产能力（日投煤量大于3000吨）的气化炉。通过组合，能够适应大型煤化工项目需求。

11、一站式服务模式HHT-L具有独特的一站式服务，即：提供安全、稳定、洁净高效的专利技术，具有专业的研发团队和很强的研发能力；通过自身专业化的工程设计队伍完成工程设计（三维设计），实现设计低风险、高质量；专利设备及可能影响气化装置可靠性的关键设备，如气化炉、烧嘴、特种泵、特种阀、控制系统等均由本公司提供，设备性能优良，已通过多个项目长周期考验，保证了整体装置的可靠性；公司提供项目全生命周期服务，拥有仿真培训系统、工程服务队伍、装置开车队伍、售后技术服务及备件服务队伍等，使业主的建设风险、开车风险、运营风险降至最低，同时可降低开车费用、运营维护费用等；可完成交钥匙工程。HT-L气化工艺流程图

二、配套工艺1、磨煤及干燥该单元用中速磨将煤磨成粉状，并由高温惰性气流烘干。煤的研磨与干燥在惰性的环境中进行，因而排除了自燃和粉尘爆zha的潜在危险。粉煤的颗粒尺寸分布规格和粉煤的水分含量满足以下要求：（1）颗粒尺寸≤90μ，大于90%（重量）；（2）颗粒尺寸≤5μ，小于10%（重量）；（3）水分含量典型值2～8%（重量，根据煤种情况进行调整）。由惰性气体输送的干燥粉煤进入粉煤过滤器进行分离后，粉煤经旋转卸料阀、纤维过滤器及粉煤螺旋输送机送至粉煤贮罐，过滤后的惰性气体粉煤含量＜10mg/Nm3（湿基），经循环风机进入惰性气体发生器循环使用，一部分排放至大气。2、粉煤加压及输送每台气化炉配备1套粉煤加压及输送系统，由常压粉煤储罐、粉煤锁斗和粉煤给料罐组成。粉煤加压是通过向粉煤锁斗充入高压二氧化碳（或氮气）完成的。常压粉煤贮罐内的粉煤在重力作用下进入粉煤锁斗。粉煤锁斗内充满粉煤后，即与粉煤贮罐及所有低压设备隔离，然后经充气锥、充气笛管等气体分布设备充入高压二氧化碳进行加压，当其压力与粉煤给料罐压力平衡时，打开之间的切断阀，粉煤通过重力落入粉煤给料罐。粉煤的加压输送过程采用顺序控制，设置联锁系统防止压力高串低事故的发生。粉煤从给料罐底部的3个充气锥流出进入粉煤输送管道，充气锥通入高压二氧化碳（或氮气），保持给料罐和粉煤管道中的粉煤处于流化状态，粉煤输送的流量、密度和流速由粉煤调节阀、管道充气器调节。3、气化及合成气洗涤加压的粉煤、预热氧气按一定比例通过烧嘴进入到气化炉中，氧气中混入少量蒸汽（根据煤种调整）。气化炉由上部的气化室和下部的激冷室组成。煤粉和氧气在气化室内进行高温气化反应，生成的合成气主要成分为一氧化碳和氢气，气化压力4.0MPa，气化温度一般控制在1300℃～1750℃之间（根据煤的灰熔点和粘温特性等参数进行调整）。高温气体和液态渣离开气化室，经激冷环、下降管进入激冷室水浴，合成气被激冷并被水饱和，熔渣固化沉淀并通过渣锁斗系统定期排出界外。粗合成气出激冷室后进入文丘里洗涤器进一步增湿。离开文丘里洗涤器的粗合成气进入合成气洗涤塔，经水浴后进行气液分离，然后通过洗涤塔板，被进一步洗涤。洗涤后的合成气经塔顶部的旋流板除沫器离开洗涤塔，洗涤后的合成气含尘量≤1mg/Nm3，送下游一氧化碳变换工序。4、渣及灰水处理合成气洗涤黑水经高压闪蒸和真空闪蒸除去溶解的气体。高压闪蒸蒸汽用于加热除氧后的灰水。黑水进入沉降槽，加入絮凝剂以加速灰渣的絮凝沉降，底部的灰浆经真空过滤机过滤成滤饼后装车外运。澄清的灰水从顶部溢流进入灰水槽，大部分循环使用，少量灰水通过废水冷却器冷却排到废水处理装置，用来控制灰水系统中盐分的累积。三、单炉处理能力与煤种适应性航天炉实现了系列化，日投煤量750吨的2800/3200型和日投煤量2000吨的3200/3800型已开车并实现长周期稳定运行。为适应大型煤化工项目需求，公司正在开发更高压力和更大生产能力的气化炉，日投煤量3000吨气化炉已完成研发工作，并计划建设示范工程。自2008年航天粉煤加压气化装置首次试车成功至今，在线运行的11台气化炉中，已使用或试烧过的煤种达数10种，挥发分含量从6%～35%；灰分含量从6%～36%；灰熔点流动温度从1150℃～>1500℃。现将几种有代表性的煤种参数列于下表：

四、环保配套气化装置的排放物主要有废渣、废气和废水等。由于气化温度高，合成气和废水中不含焦油、酚类等难处理的有机物。气化炉排出的灰渣分为粗渣和细灰两部分，粗渣经渣锁斗排入捞渣机，捞出后可作为铺路材料，组分中C≤1%（wt）。细灰被过滤机滤出后装车，作为制砖、掺烧或铺路材料，组分中C≤30%（wt）。正常工况下，气化排放废气主要为输煤氮气、二氧化碳及少量煤尘，均经除尘处理后排入大气，含尘量<10mg/Nm3。开停车阶段排出的含CO和H2的合成气送火炬燃烧后排放。合成气洗涤过程中产生的黑水经闪蒸、沉降处理后，澄清的水大部分泵回到系统中循环使用，只有少量排放。单套气化炉废水量30～60m3/h。气化废水送厂内污水处理站，对其进行破氰预处理后，与其它污水一并进入A/O生化池进行处理。五、技术特点参数表

六、市场应用情况目前已签约项目共计25个，航天炉总计62台，其中750吨级25台，1500～2000级37台；总承包项目2个；褐煤为原料煤项目2个；已运行项目共计8个；已运行航天炉共计11台；在建航天炉共计42台。2007～2013年航天炉签约数量年份2007200820092010201120122013签约气化炉数量257813198（30）累计气化炉数量271422355462七、最佳运