晋华炉介绍

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一.煤种适用性广：
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。
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三.外壳温度低，运行安全：
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四.投资优势明显：
和水煤浆耐火砖激冷气化炉相比
单台晋华炉和水煤浆耐火砖激冷气化炉相比，晋华炉 将气化框架和灰水处理框架联合布置，土建投资和工 艺管线投资减小，气化炉投资增加，综合计算单台气
化炉投资增加1000万元左右。
从整个气化系统的投资来看，由于气化室采用水冷壁 不用换砖，因此不用设置备用炉，整个气化装置的投
晋华炉煤气化技术介绍
清华大学山西清洁能源研究院
清华大学煤清洁燃烧国家工程研究中心
主要内容
晋华炉概况 晋华炉的主要流程 晋华炉煤气化技术的主要特点
晋华炉概况
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。
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二.点火投料系统的安全：
其他水冷壁的启动
● Shell点火过程较复杂，首先将燃气烧嘴点燃，
然后将燃油烧嘴点燃，燃油烧嘴点燃后，迅速将燃气烧 嘴抽出，利用燃油烧嘴将气化炉温度升起来，并将气化 炉压力升至1.0MPa然后投煤粉烧嘴，煤粉烧嘴投进来后， 迅速将燃油烧嘴抽出；
● GSP、航天炉烧嘴结构复杂，直接用燃气升温、
干粉气化在制粉工段将水分去掉，在气化工段以过热
蒸汽的形式加入水，在灰水处理工段补充变换冷凝液和脱 盐水，在变换工段喷脱盐水或加过热蒸汽。
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七.节水： ▲水煤浆气化－水： 磨煤工段＋难处理的有机废水； 灰水处理＋变换冷凝液， 变换工段＋0（水或蒸汽）。
▲干粉气化－水： 制粉工段－水； 气化工段＋过热蒸汽； 灰水处理工段＋变换冷凝液和脱盐水； 变换工段＋脱盐水或加过热蒸汽。
煤量的情况下，干粉气化因为含灰量大，外排水量大 于清华炉。干粉气化比水煤浆气化多排放的水是在烘 煤过程中，将煤中的水分烘干至2%左右，此部分水分 也可视为排放水。所以水煤浆气化比干粉气化炉外排 水量小。
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七.节水：
水煤浆气化补充水主要在磨煤工段和灰水处理工段补
充水，磨煤工段补充水可以补充难处理的有机废水，灰水 处理工段主要补充变换冷凝液，变换工段不需补充水或蒸 汽。
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一.煤种适用性广：
5.褐煤
褐煤因为其内水含量较高，成浆性较差，一直是 水煤浆气化的禁区，2009年，清华大学承担了大唐呼 伦贝尔化肥项目的低浓度水煤浆气化项目，煤浆浓度 46~50%，目前运行稳定，这是世界上唯一的低浓度水 煤浆气化装置，由于水煤浆浓度较低，煤耗和氧耗较 高，但由于煤价也较低，单位尿素的成本也较低。
升压，然后再1.0MPa下投煤粉喷嘴。
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二.点火投料系统的安全：
• 晋华炉是在三流道烧嘴的煤浆通道
增加燃料气通道，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 料后气化炉温度温度马上上升，不 会发生爆燃。 在一个烧嘴，常压下完成气化炉点 火、升温、投煤全过程，不需切换 烧嘴。
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二.点火投料系统的安全：
耐火砖气化炉点火方式
水煤浆耐火砖气化炉采用蓄热式点火，气化炉先采用
预热烧嘴将气化炉温度烘至800℃以上，并保持两小时， 然后换工艺烧嘴进行投料，一般要求更换烧嘴速度要快， 以免气化炉温度降低； 水煤浆进入气化炉后，首先是水分的蒸发和挥发分的 析出，然后是挥发分的燃烧和煤粉的燃烧，气化炉炉温是 先降后升，在国内水煤浆气化的投料过程中，由于炉温较 低发生爆炸的事故比较多见。

不同流道流体示意图
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三.外壳温度低，运行安全：
晋华炉结构设计科学合理，气化室炉内壁挂渣状况良好，渣
后的水冷管吸热量较小，副产蒸汽不到2吨/小时。在使用同样煤 种情况下，水冷壁气化炉的氧耗、煤耗、合成气组成和耐火砖气
化炉几乎完全一样。
气化炉外壁温度100 ℃ 左右，比耐火砖炉壁温度低110 ℃不 会发生气化炉外壳超温、鼓包、爆炸的事故 。
水煤浆气化加入 的水量小；加入 水的品质要求低。
八.对环境友好：
和耐火砖气化炉相比
废水：因为没有耐火砖，排放废水中不含六价铬； 废渣：没有含铬废渣的污染；
废气：水冷壁清华炉减少了烘炉时间，不需要气化炉的热 备，减少了烘炉废气的排放。
和干粉气化炉相比
废水：干粉灰水含灰量大，排放废水量大； 废渣：对于相同灰含量的煤种，干粉气化排放的灰量大； 废气：干粉气化在煤烘干过程中，需要排放大量废气； 辐射：干粉气化的料位、密度等仪表需要采用射线。
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一.煤种适用性广：
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，因为原 来的水煤浆气化多采用耐火砖形式，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 ，然后更换为工艺烧嘴投煤浆，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%。 水煤浆水冷壁气化炉采用一个组合烧嘴进行点火，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。
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晋华炉的主要技术优势
一. 煤种适应性广 二. 点火系统的安全性
三. 外壳温度低，运行安全
四. 投资优势明显
五. 烧嘴寿命长
六. 运行成本低 七. 节水
八. 对环境友好
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一.煤种适用性广： 选择何种气化技术首先要考虑的是当地煤种 适合那种气化技术，在条件允许的情况下选择何 种气化工艺首先应该确保该种气化技术能够使用 本地煤或来源稳定的煤。 晋华炉可以使用的煤种主要有以下几种： 1.低灰熔点煤 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%
蒸汽的形式在气化炉废锅提供出来；
④ 如果采用6.5MPa气化，低温甲醇洗的能耗和后续的压 缩功将降低。
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⑤ 如果用废锅副产的蒸汽经过变换过热后进行发电，吨
氨可以发电400~500KWh。
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七.节水：
水的消耗量主要指外排的水量和加入的水量。 水煤浆和干粉两种气化工艺外排水量的控制均是按照
煤种氯离子等有害组分累计程度来排放的，在相同投
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一.煤种适用性广：
2.高灰熔点煤
2012年，水煤浆水冷壁激冷气化炉进行考核验收，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，经过在煤浆槽连续取样，在连续三天的考核中， 灰熔点均大于1520℃。 2015年，阳煤集团朔州公司在阳煤丰喜临猗公司对朔州煤进行 试烧经济性评价，朔州煤灰熔点＞1550℃，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20万吨甲醇项目均使用当地高灰 熔点煤作为原料。
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晋华炉的主要业绩和运行情况
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1.山西阳煤丰喜临猗公司晋华炉项目介绍：
山西阳煤丰喜临猗分公司有四台水煤浆气化炉，其中
三台为耐火砖激冷气化炉，一台为水冷壁激冷气化炉，
2015年，阳煤丰喜决定将其中的一台耐火砖气化炉改造 为晋华炉。
2015年10月进入现场进行耐火砖气化炉的拆除，2015
年12月安装完工，2016年4月1日一次开车成功。 由于晋华炉是在原有气化炉的基础上进行改造，时候 煤浆泵的限制，改造后的晋华炉单炉投煤量为500吨/天 ，每小时副产5.4MPa饱和蒸汽26吨。
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晋华炉制造现场 清华大学校长、中国科学院院士邱勇（右二）一行25人 ，到山西阳煤化工机械（集团）有限公司考察调研。邱 勇表示，清华大学将携手山西阳煤集团推动晋华炉研制 迈入3.0时代
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晋华炉整体模型
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晋华炉现场照片
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晋华炉的主要流程
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晋华炉流程
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晋华炉的主要技术优势
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2.山西南耀化工项目介绍：
山西南耀化工项目采用晋华炉一开不备，气化压力 6.5MPa，产气量71000Nm3/h（CO+H2），气化温度 1580℃，原设计为清华大学的水冷壁激冷气化炉， 2016年4月决定，将水冷壁激冷气化炉改为晋华炉，目
前设备正在制作，预计2016年8月底交货。
由于变换系统和土建框架的限制，南耀项目的废锅相 对较小，出气化室的粗煤气通过废锅将温度降至 1100℃然后激冷，可产生10.0MPa饱和蒸汽40t/h。
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晋华炉概况 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℃ 1000Nm3 （CO+H2)通过废锅回收热量后，降至 700℃可以回收10.OMPa饱和蒸汽0.7~0.8 吨；
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五.烧嘴寿命长：
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六.运行成本低：
和水煤浆耐火砖激冷气化炉相比
与传统耐火砖气化技术相比，单位有效气能耗、物耗
基本不变，成本节省主要体现在四个方面：
① 减少了昂贵的耐火砖采购、筑炉费用，不需要每年数次 更换锥底砖，每年更换向火面砖，节约了维修成本； ② 耐火砖每次开车前需要按照升温曲线进行升温，每次升 温至少需要72小时，采用晋华炉升温只需一小时，节约 了燃料气的消耗； ③ 煤种适应性更宽，节约原料成本； ④ 1000Nm3（CO+H2）可以副产0.7~0.8吨高压蒸汽。
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六.运行成本低：
和干粉激冷气化炉相比
与干粉气化技术相比，水煤浆气化的氧耗和煤耗较高，
煤耗和干粉气化相比约高5~6%，氧耗约高8~10%，但如果
从整个装置的能耗来看，晋华炉的能耗比干粉略低，成本 节省主要体现在四个方面：
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六.运行成本低：
① 干粉气化的煤的烘干和输送能耗很高，水煤浆很低； ② 干粉气化需要在气化炉加过热蒸汽，同时煤粉管线需 要大量的保温蒸汽； ③ 水煤浆气化耗能比较集中，较好回收，多耗的能量以
资相对于耐火砖激冷气化炉投资低。
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四.投资优势明显：
和干粉激冷气化炉相比
晋华炉和干粉激冷气化炉相比，由于没有复杂的煤粉制备
和输送系统，单台晋华炉的投资比干粉激冷气化炉投资要低， 比如对于单套20万吨合成氨能力的气化炉，干粉激冷气化炉
投资约2亿，合成气蒸汽联产气化炉约1.2亿；
如果对于煤制氢、煤制甲醇等需要气化压力较高的系统， 由于晋华炉可以采用比干粉更高的气化压力，后系统投资更 低； 晋华炉配套的空分比干粉要大，但不需要配套输送气压缩 机，如果干粉气化的空分加上输送气压缩机，投资相差不多。
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五.烧嘴寿命长：
晋华炉没有单设独立的烧嘴冷却水系统，而是采用锅炉 水进行冷却，烧嘴冷却采用夹套结构，烧嘴的运行的工艺 条件得到优化，耐火砖气化炉烧嘴存在的露点腐蚀、硫腐 蚀和应力腐蚀等造成烧嘴寿命较短的问题基本得到解决。 在丰喜第一次运行过程中，就连续运行了140天，在新 疆天业和山西泉稷运行中，一个烧嘴多次连续投料，对烧 嘴的寿命也没有影响，烧嘴一次运行周期可以保证100天以 上。
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一.煤种适用性广：
6.高碱性渣煤 在我国新疆及其他一下地方，煤的灰组分中Na2O和 K2O的含量较高，有的煤灰分中，Na2O+K2O＞4%，在新 疆广汇、新疆庆华和大唐克旗项目中均出现了碱渣的 腐蚀，水煤浆耐火砖气化炉使用高碱渣煤也造成耐火 材料大量侵蚀的问题。水煤浆水冷壁气化炉在新疆天 业的项目中使用当地的高碱渣煤，可以稳定运行，没 有发生任何腐蚀现象。