晋华炉气化(清华炉)

清华炉

清华炉煤气化技术是清华大学和北京达立科公司、山西阳煤丰喜肥业(集团)股份有限公司共同开发的具有自主知识产权的气化技术。

第二代清华气化炉

技术核心概念：

将燃烧领域的凝渣保护技术和自然循环膜式壁技术引进气化领域，解决原水煤浆气化技术的煤种限制瓶颈和高能耗点火问题。形成了可适应高灰熔点煤种，具备本质安全的世界第一个水煤浆水冷壁煤气化工艺。

600吨/天容量世界首套水煤浆水冷壁气化工业装置示范炉2011年8月一次启动成功连续运行。2012年9月通过科技成果鉴定;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，总体技术处于国际领先水平。

流程简图

技术特点

1、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，避免了干粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、泄漏等难题;

2、煤种适应性强：气化温度不受耐火材料限制，工业实际运行温度已达1520℃(或更高)，气化反应速度快，碳转化率高，煤种适应性好，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。

3、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。

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，事故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、环境友好，环保高效： 炉温高，残炭含量低，易于收集处理，废水无难处理污染物;制浆可以使用各种难以处理的废水。

6、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。

7、气化压力高：气化压力不受原料输送系统影响，可根据后续工段要求进行更加合理的选择，能实现与甲醇合成等压，降低能耗。

8、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，如洗涤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稳定运行。

鲁奇加压气化工艺

鲁奇炉造气工艺流程简图

技术特点

1、以碎煤为原料，进入炉煤的处理费用低;

2、耗氧率低;

3、气化后煤气质量较好;

4、煤气成分有利。粗煤气中H2/CO的比为2.0，不经变换或者少量变换既可用于F-T合成，甲醇合成，天然气合成等工艺。

5、产物热回收方便。

6、气化工艺成熟，设备国产化率高，造价较低，在投资上较气流床占有较大优势。

BGL气化(液态排渣鲁奇炉)

BGL气化工艺是在Lurgi气化工艺基础上发展起来的，最大的改进是将鲁奇的固态排渣改为熔融态排渣，提高了操作温度，同时也提高了生产能力，更适合灰熔点低的煤种。

BGL气化工艺流程简图

技术特点

1、与其他以氧气为主的气化系统相比， BGL气化炉耗氧量较低，从而使总效率明显提高;

2、煤料床顶部的气体温度一般为-450℃、因而不需要昂贵的热回收设备;

3、气体出口处凝结的焦油和油类副产品可保护炉壁金属表面使之不受腐蚀，这样，炉壁使用低成本的碳钢就足够了;

4、灰渣是质地紧密的固体物质，封存了微量元素。灰渣无害并具非浸溶性，适于作建筑材料;

5、气化过程中无飞灰产生;原始产品气的 CO2含量低;能够满足改变负荷的要求;

6、气化炉可快速开机和关机;

7、水蒸汽/氧气喷射系统(利用的是与鼓风炉里相似的喷嘴)可使焦油和油类副产品气化;

8、喷嘴也可用来把其他废物喷入气化炉中进行焚烧;

9、在气化炉底部的高温区，炉壁被一层固体灰渣所保护;

10、煤中90%以上的能量被转化成可利用的燃料;

11、原煤可被气化，粉煤可另加工成型煤投入或从喷嘴喷入;

12、BGL设备不必由专门生产商提供部件一可确保当地供应部件;

13、可利用成熟的气体处理技术予以脱除原始产品气中的硫;

14、净化后的产品气可直接用作燃料气，其热值约为13MJ/m3，或用作各种化工工艺所需的原料气;

15、气体出口温度低、无需产生高压水蒸汽，提高了工艺效率，并可灵活选择气化炉场地。

德士古气化工艺

德士古水煤浆加压气化技术是美国德士古公司于八十年代初开发的煤气化技术，它是将一定粒度的煤粒及少量添加剂与水在磨机中磨成可以用泵输送的非牛顿流体，与氧气或富氧在加压及高温状态下发生不完全燃烧反应制得高温合成气，高温合成气经辐射锅炉与对流锅炉间接换热回收热量(废锅流程)，或直接在水中冷却(激冷流程)。

a、直接淬冷(激冷流程)

适用于制NH3和H2 (因为这种流程易于和变换反应器配套，激冷产生蒸气可满足变换的需要)

b、间接冷却(废锅流程)

适用于生产工业燃料煤气、联合循环发电用燃气或合成用原料气。

废锅流程简介：

气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣进入到气化炉下部的辐射式废锅，由水冷壁管冷却至700℃(水冷管内副产高压蒸汽)，而熔渣粒固化分离落入到下面的淬冷水池，经灰锁斗排出。粗煤气由辐射废锅导入对流废锅进一步冷却至300 ℃(废锅回收显热并副产蒸汽)。

技术特点

1、采用水煤浆进料，没有干法磨煤、煤锁进料等问题，比干法加料安全可靠，容易在高压下操作，制备的水煤浆用隔膜泵来输送，操作安全又便于计量控制。

2、在高温、高压下气化，碳转化率高达98～99%，可以使用各种煤;有效组分(CO+H2)含量约为80%以上，甲烷量<0.1%。碳转化率96～98%。冷煤气效率70～76%，气化指标较为先进。

气化炉为专门设计的热壁炉，为维持1300～1350℃温度下反应，燃烧室内由多层特种耐火砖砌筑。

3、负荷适应性强，在50%负荷下，仍能正常操作;

4、在环境保护上，德士古煤气化方法优于其它气化方法，不但无废水生成，还可添加其它有机废水制煤浆，气化炉起焚烧作用。排出灰渣呈玻璃光泽状，不会产生公害。三废量小，污染环境轻，废渣可做水泥原料。投资较低，工程建设时间短，运行成本相对其他工艺的气化装置要低。

5、在节能上，德士古废锅流程水煤浆加压气化工艺充分利用水煤浆燃烧产生的显热，使产生10.0Mpa高压蒸汽，用于发电。

6、由于气化气温度高、带有大量煤渣，对废锅有磨蚀冲刷，设备材质要求高，一次投资及维修费用较大。

7、由于气化反应产生大量的灰尘造成管道和设备积灰和堵塞严重需要在停车时对部分管道和设备进行高压清洗，造成检修任务加大，由于有部分作业涉及有限空间和特殊登高作业增加了安全风险。

壳牌气化工艺

主要用于大型化肥企业进行氮肥原料及动力结构调整改造，即采用大型气流床粉煤气化工艺，替代油气化和小型固定床无烟块煤气化工艺，生产合成氨和甲醇，并用于国内首套煤制油项目的制氢装置。气化炉生产合成氨和甲醇都是在中国第一家实现，即中国是全世界首家把壳牌炉用于氮肥生产的国家。

技术特点

1、煤种适应性广。 SCGP工艺对煤种适应性强，从褐煤、次烟煤、烟煤到无烟煤、石油焦均可使用，也可将2种煤掺混使用。对煤的灰熔点适应范围比其他气化工艺更宽，即使是较高灰分、水分、硫含量的煤种也能使用。

2、单系列生产能力大。 煤气化装置单台气化炉投煤量达到2000t/d以上，生产能力更高的的煤气化装置也正在建设中。

3、碳转化率高。 由于气化温度高，一般在1400～1600℃，碳转化率可高达99%以上。

4、产品气体质量好。 产品气体洁净，煤气中甲烷含量极少，不含重烃，CO+H2体积分数达到90%以上。

5、气化氧耗低。 与水煤浆气化工艺相比，氧耗低15%～25%，可降低配套空分装置投资和运行费用。

6、热效率高。 煤气化的冷煤气效率可以达到80%～83%，其余15%副产高压或中压蒸汽，总热效率高达98%。

7、运转周期长。 气化炉采用水冷壁结构，牢固可靠，无耐火砖衬里。正常使用维护量小，运行周期长，无需设置备用炉。煤烧嘴设计寿命为8000h。烧嘴的使用寿命长，是气化装置能够长周期稳定运行的重要保证。

8、负荷调节方便。 每台气化炉设有4～6个烧嘴，不仅有利于粉煤的气化，同时生产负荷的调节更为灵活，范围也更宽。负荷调节范围为40%～100%，每分钟可调节5%。

9、环境效益好。 系统排出的炉渣和飞灰含碳低，可作为水泥添加剂或其他建筑材料，堆放时也无污染物渗出。气化污水量小且不含焦油、酚等，容易处理，需要时可实现零排放。

多喷嘴对置气化

九五国家重点科技攻关项目“新型多喷嘴对置式水煤浆气化技术”，由华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、天辰化学工程公司共同承担，并于2000年10月通过国家石油和化学工业局考核和鉴定，是我国拥有自主知识产权的煤气化技术。

技术特点

1、四个对置预膜式喷嘴高效雾化+撞击三相混合好，无短路物流，平推流段长，比氧耗和比煤耗低，气化反应完全，转化率高。

2、多喷嘴使气化炉负荷调节范围大，适应能力强，有利于装置的大型化。

3、激冷室为喷淋+鼓泡复合床，没有黑水腾涌现场，液位平稳，避免了带水带灰，合成气和黑水温差小，提高了热能传递效果。

4、粗煤气混合+旋风分离+水洗塔分级净化，压降小、节能、分离洗涤效果好，渣水直接换热，热回收效率高，没有结垢和堵灰现场。

5、在充分研究剖析国外水煤浆气化的不足之处的基础上，全过程完全的自主创新，整套技术均具有自主知识产权，技术转让费大大低于国外技术。

航天炉气化工艺

航天炉粉煤加压气化技术属于加压气流床工艺，是在借鉴壳牌、德士古及GSP加压气化工艺设计理念的基础上，由北京航天万源煤化工工程技术有限公司自主开发，具有独特创新的新型粉煤加压气化技术。

2008年先后在安徽临泉、河南龙宇建成2套单炉日投煤量720t的示范装置。

技术特点

1、技术先进，具有的热效率(可达95%) ，碳转化率高(可达99%);

2、气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到1500至1700度;

3、对煤种要求低，可实现原料本地化;

4、具有自主知识产权，专利费用低;

5、关键设备全部国产化，投资少。

恩德炉工艺

恩德炉粉煤流化床气化技术是朝鲜恩德“七#七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。

恩德炉的工艺流程

技术特点

1、适用煤种丰富，原料价格相对低廉;

2、气化强度大，工艺成熟，装置系列化

3、运行成本、设备投资相对较低恩德炉运行周期在90%以上，设备维护费用较低，操作定员比同等规模的固定层气化炉减少1/3。由于是常压装置，并有自主专利，装置投资较低。

4、气化效率较高、气体适用性广恩德炉煤气化效率可以达到76%，介于固定层煤气化工艺和德士古水煤浆气化工艺之间，与加压鲁奇炉相当。采用不同的气化剂(如空气、富氧或氧气+蒸汽为气化剂)，可以生产出民用燃料气、工艺合成气、水煤气等气体产品，满足不同的使用要求。

GSP气化工艺

GSP粉煤加压气化技术，是德国未来能源开发的工艺技术。

气化炉的操作压力为2.5—4.0MPa。

气化温度为1350—1600℃之间。

技术特点

1、气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受高达2000℃的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少，可以气化高灰熔点的煤。

2、由于是干粉进料，粗合成气中有效气(CO+H2)浓度高，接近90%，CO2含量低。

3、气化效率高，原料煤及氧气消耗低。碳转化率≥99%，原料利用率高。

4、采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。

5、采用水冷壁副产低压蒸汽，通过监控水冷壁的出水温度，判断炉壁的挂渣情况，有利用于气化炉的稳定操作及延长设备的寿命。

6、组合式工艺烧嘴(点火及工艺烧嘴合一)及特殊的烧嘴结构，保证了气化较长的周期和较大的操作弹性。

7、经过冷激和洗涤，粗合成气含尘量低，同时有较高的水汽比，变换无需外补蒸汽。

SE-东方炉气化技术

中石化宁波技术研究院和宁波工程公司在2007年与华东理工大学合作开发了具有自主知识产权的"单喷嘴冷壁式粉煤加压气化技术"(中国石化"SE-东方炉"技术)。一期建设一台日处理煤1000吨级“SE-东方炉”工业化示范装置。该项目于2012年开工， 2014年实现装置一次投料成功，创造了国内同类装置建设并一次性开车成功的多项最短纪录。2014年10月完成了全装置连续72小时100%负荷性能考核和标定，结果表明装置各项技术指标完全达到或超过了预定目标。

工艺流程

技术特点

1、先进高效的气化炉与烧嘴技术;

2、稳定可靠的粉煤供料与输送系统;

3、节能成熟的灰分合成气分级净化系统;

4、智能化气化操作控制系统;

5、可视化火焰可是检测系统(FVS);

6、水冷壁炉膛直接测温系统(DTM)。

温克勒气化技术

高温温克勒HTWTM气化技术是一种广泛适用于褐煤等劣质煤种的加压气泡型流化床气化技术,其气化工艺主要包含进料单元、气化单元、合成气冷却单元、干尘脱除单元以及合成气洗涤单元。

技术特点

1、原料适应性广：高温温克勒HTWTM气化技术具有广泛的原料适应性，经过近50年的技术发展以及实践经验的积累，成功处理了世界范围内的多种原料，涵盖了高活性的褐煤以及长焰煤，高熔点、高灰量、高含硫量的三高煤，生物质以及民用垃圾等，是针对劣质煤的最佳气化技术。

2、加压型流化床气化技术：最高气化压力达3.0兆帕。随着气化压力的升高，气化过程反应速度加快，气化炉单位截面积处理负荷增大，有利于装置生产能力的强化，并有利于合成气进一步净化处理以及与下游工序系统的压力衔接。

3、环保、节水：由于气化温度低于煤的灰熔点，并采用了干法排渣排灰以及灰渣的再利用，避免了富含焦油以及酚类的黑水产生，废水量极少，处理简单，工业上接近零排放。

4、低成本、高效率：高温温克勒HTWTM气化炉是一个带耐火衬里的压力容器，炉内无任何内件，具有结构简单、维护费用低以及运行可靠等特点。高温温克勒HTWTM气化工艺的冷煤气效益大于77%，碳转化率达到95%以上。

5、工艺可靠、已实现工业化：高温温克勒HTWTM气化技术的可靠性在德国白仁拉特的褐煤制甲醇工业项目中得到了充分的验证。连续12年的可靠运转，平均设备在线率超过85%，最佳年份设备在线率达到91%。

加压灰熔聚流化床粉煤气化技术

加压灰熔聚流化床粉煤气化技术流程图

技术特点

1、煤种适应性宽，可实现气化原料本地化。

2、操作温度适中，氧耗低、干法排渣。无特殊材质要求，操作稳定，连续运转可靠性高。

3、工艺流程简单，气化炉及配套设备结构简单，造价低，维护费用低。

4、灰团聚成球，借助重量的差异与半焦有效分离，排灰碳含量低(<10%)。

5、炉内形成一局部高温区(1200～1300℃)，可处理高灰、高灰熔点煤、气化强度高。

6、飞灰经旋风除尘器捕集后返回气化炉，循环转化，碳利用率高。

7、产品气中不含焦油，洗涤废水含酚量低，净化简单。

8、设备投资低，气化条件温和，消耗指标低，煤气成本低。

9、中国自主专利,同等规模下，与引进气化技术相比，投资低50%。

U-Gas灰熔聚气化技术

U-gas气化工艺由美国煤气工艺研究所(IGT)开发，属于单段流化床粉煤气化工艺，采用灰团聚方式操作。

技术特点

1、运用灰凝聚技术实现煤到气的高转化率;

2、能气化所有煤阶的煤;

3、能接受细粒煤原料;

4、设计简单，运行安全、可靠;

5、易于控制，负荷调节范围宽;

6、产品气明显的不含焦油和油类;

7、没有环境问题。

多元浆料新型气化技术

多元浆料新型气化技术(MCSG)是西北化工研究院自主开发创新的大型气化技术。该技术属于湿法气流床加压气化技术，是指对固体或液体含碳物质(包括煤，石油焦，沥青，油，煤液化残渣)与流动相(水，废液，废水)通过添加助剂(分散剂，稳定剂，pH值调节剂，湿润剂，乳化剂)所制备的料浆，与氧气进行部分氧化反应，产生CO+H2为主的合成气工艺。

多元浆料气化工艺简图

技术特点

1、通过不同原料(特别是难成浆原料)的制浆技术研究，大大提高料浆的有效组成，降低气化过程的消耗。

2、该技术原料适应性广，包括煤、石油焦、石油沥青、渣油、煤液化残渣、生物质等含碳物质以及纸浆废液、有机废水等。

3、长距离料浆输送技术，解决了高浓度、高粘度料浆难输送的问题。

4、新型结构的气化炉，具有结构简单，操作安全易控的特点，而且有利于热量回收和耐火材料保护，使用周期延长两倍左右。

5、富有特色的固态排渣和液态排渣工艺技术，不仅解决了高灰熔点原料的气化难题，而且从技术角度解决了原料适应性问题。

6、通过配煤技术，优化资源配置，既解决了原料成浆性问题，又解决了灰熔点问题，为多元料浆主要特色之一。

7、独具特色的灰水处理技术(Ⅰ～Ⅲ级换热闪蒸技术)，减少了设备投资，简化了工艺流程。

8、成熟完善的系统放大技术，解决了不同规模、不同压力等级装置的气化工程化问题。

9、设备完全立足于国内，投资少，效益显著。

10、三废排放少，环境友好，属洁净气化技术。

11、通过十余年的开发和完善，多元料浆气化技术形成了完整、系统的气化专利技术。

熔铁气化工艺

熔铁浴气化是将气化用煤连续不断的加入到如图所示的熔铁浴炉内，制得类似于转炉顶吹炼钢所产生的干净可燃性气体。熔铁浴炉内熔铁的温度约为1500℃，含碳量为1%-3%，按一定配比将气化剂 ( 熔铁浴气化主要以氧作为气化剂)鼓人熔铁浴，这样可获得主要成分为CO和H2的低硫可燃气体。

技术特点

1、在稳定的高温反应下，可产生含CO和H2的可燃气体，并且可实现无焦油气化。

2、熔铁浴有熔碳能力，因此在喷煤量改变的情况下，可以制得成分稳定的气体。

3、熔铁浴具有溶解硫的能力，减少了气体成分中硫化物的含量。

4、煤种的适应性广。

5、由于在高温下反应，反应速率快，单炉生产能力强。

熔盐气化工艺

盐浴气化技术主要通过高温热稳定的熔融盐作为催化介质和热载体，使得固体燃料在熔盐中得到裂解和部分氧化。如图所示，空气或氧气裹挟着煤粉和补充的盐进入盐浴池内，气化室内的压力约为1-1.9MPa,盐浴的温度为700~1050℃，产生的气体经5排出，煤种的灰分等熔渣和部分熔盐一起从6排出。

技术特点

1、熔融盐具有高热传导率和高温稳定性、较宽范围内的低压蒸汽、高的热容量以及低粘度等，是一种很好的蓄热介质，可使气化反应连续稳定的进行。

2、熔融盐可以吸收煤在高温热解时释放出来的H2S等有害气体。

3、反应中生成的Na2S等中间产物可以起到催化作用。

4、相对于其他气化反应来讲，盐浴气化反应操作温度比较低。

熔渣气化工艺

熔渣气化法是利用熔渣池作为热源，又作主要反应区，兼具供热、蓄热和催化气化的功能，操作温度高达1500-1700℃。图为熔渣池气化原理示意图，粉煤和气化剂以较高的速度 ( 6~7 m/s )通过喷嘴沿切线方向喷人床内，带动熔渣做螺旋状的旋转运动。燃料颗粒因为离心力也保持旋转运动，每个颗粒都有一个平衡圆周，小颗粒保持悬浮状态在其平衡圆周上旋转，较大的煤粒或灰粒撞击在气化室壁上，由于高速旋转气固两相即煤粒和气体之间的相对运动很强，气化反应速度很快。

技术特点

1、煤粒和气化剂在熔渣浴中反应，气、液、固三相接触紧密。由于反应温度很高，传热和反应动力学条件良好，因此煤种适应广，气化强度高，生产能力大，碳转化率高，且煤气中不含焦油、酚类，对环境污染小。

2、气化炉的负荷调节性能好，在30%负荷的条件下也能操作，他仅受到为使熔渣浴维持旋转所需反应物的最小流量限制。

3、熔渣的粘度是影响气化的一个重要因素。熔渣粘度小则熔渣浴内流动性好，进入渣池内的反应物易形成气泡，因此增加了反应面积，加快了反应速率。然而，粘度过小流速过快，会使煤粒在熔渣浴内停留时间变短，影响气化。