我国水煤浆气化技术现状及发展趋势 胡永刚

我国水煤浆气化技术现状及发展趋势胡永刚

摘要：我国水煤浆气化技术从研究、开发、工程示范到工业化装置的长周期稳

定运行，对我国现代煤化工产业的发展起到了举足轻重的作用。尤其是多种具有

自主知识产权的水煤浆气化技术的开发及大规模工业化应用，不仅实现了煤基化

工多联产和产业链的延伸，而且强化了我国在世界煤化工、煤基多联产等领域的

地位，对世界煤炭清洁、安全、高效利用提供了多元化的技术支撑。

关键词：水煤浆气化技术；现状分析；发展趋势

引言：煤炭资源是我国的主要能源，在一次能源结构中处于主导地位。近年

来在经济转型、环保加强等因素的制约下，煤炭消费增速明显放缓，2018年煤炭

占我国一次能源消费比例首次低于60%。在煤炭多种利用方式中，煤气化技术虽

然过程复杂、仅占我国煤炭消费总量的6%左右，但却是煤炭高效加工、转化的

龙头，也是煤炭清洁利用的关键，更是保障国家经济、能源安全和社会可持续发

展的基础。

1.我国水煤浆气化技术现状

我国水煤浆气化技术在消化吸收国外先进水煤浆气化工艺的基础上，经过十

几年的不断实践积累了丰富的经验，探索开发出多种具有我国自主知识产权的水

煤浆气化技术，在我国乃至世界煤炭气化史上写下了浓墨重彩的一笔。

2.水煤浆气化技术

2.1多喷嘴对置式水煤浆气化技术

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是由国家水煤浆研究中心和华东理工大学在先

进德士古气化基础上，进行优化、改进且具有自主知识产权的气流床气化技术。

该技术主要包含磨煤制浆单元、气化单元、净化单元和渣水处理单元。浓度60%

的水煤浆是由原料煤和工艺废水经湿法研磨而成，水煤浆经高压煤浆泵与来自空

分的纯度≥97%的纯氧经过预膜式工艺喷嘴充分混合，再经高效雾化进入燃烧室，

在燃烧室内发生复杂的化学反应，生成粗煤气。粗煤气携带高温熔渣一起经下降

管进入激冷室，熔渣在激冷室内固化，在冲力作用下进入锁斗，定期外排。而粗

煤气经激冷水降温、增湿后间歇外排出激冷室，通过混合器的增湿、旋分器的除

尘和水洗塔的洗涤得到的净化煤气送往下一工序。生产过程产生的高含渣黑水经

蒸发热水塔、酸气分离器和真空闪蒸罐组成的闪蒸系统后，达到了黑水浓缩、能

量回收、灰水循环利用的节能降耗效果。

该技术相对其他气化技术具有如下优势：采用预膜式工艺喷嘴，具有雾化效

果好、不产生回火以及磨损显著减弱等优点；采用多喷嘴对置式进料，在炉内形

成射流与撞击结合流场结构，强化物料混合，处理负荷高，而且装置易于大型化，有效气成分和碳转化率均可提升2～3个百分点，比煤耗可以降低约2个百分点；采用合成气分级洗涤净化系统，合成气含尘量低，激冷环不易结垢，变换阻力小；采用高效的能量回收系统，传质、传热效率高；装置操作较为简便、系统稳定、

在线率高[20]；拱顶砖寿命最长已经超过15000h，筒体砖和锥底砖最长已超过44000h，工艺喷嘴最长使用周期达到152d。

2.2非熔渣-熔渣分级气化技术

非熔渣-熔渣分级气化技术(也称一代清华炉气化技术)是吸收消化了国外先进

煤气化技术，针对气化炉炉顶易结渣、烧嘴寿命短及有效气化空间小等缺点自行

开发创新的分级气化技术。该技术工艺流程为：水煤浆通过给料机构与气化剂纯氧、预混气体(CO2、N2或蒸汽)同时送入喷嘴，保持气化炉上段(非熔渣段)温度低

于灰熔点，水煤浆在非熔渣段进行脱除水分和挥发分、燃烧和气化三个过程，所

产生的高温气体夹带未反应的煤粉进入气化炉下段，气化炉下段(熔渣段)温度高

于灰熔点，在该段需要补充氧气以提高气化温度，煤粉在该段完成全部的气化反应。

该技术的特点是：①气化炉采用氧气分两路供给模式，一路为气化炉主喷嘴

供给，另一路为侧壁氧气喷嘴供给，该供给模式不仅可以使主喷嘴氧气量摆脱炉

内反应所需的C/O化学当量比的约束，而且还保证了主喷嘴局部区域适当的氧化

强度，气化炉纵向温度分布均衡，达到气化炉最大化的利用空间。②采用多种预混气体对主喷嘴中心通道氧含量进行调节，既保证了气化炉中心温度相对稳定，

又可以降低主喷嘴前端温度，极大降低了喷嘴更换频率。③合成气有效成分提高1%～2%，比氧耗、比煤耗均有所改善。

3.水煤浆气化技术的发展趋势

3.1装置大型化

水煤浆气化装置已由初期日处理百吨成功跨越到千吨，而大型化能有效降低

单位投资和生产成本。煤化工产业的发展势必引领水煤浆气化技术向着高参数(主

要是高压)、超大型化(单炉处理能力达4000t/d)方向发展。

3.2技术自主化、多元化

为适应不同煤种、满足旧装置改造和新装置生产需求、达到节能降耗的目的，我国在引进国外先进技术的同时，自主研发出多种炉型。我国水煤浆气化技术将

呈现自主化、多元化发展趋势，每种技术都有其独特的优势，没有一种技术是完

美的，这也正是各种煤气化技术不断前行的动力。

3.3能量利用高效化

水煤浆气化过程能量利用主要有上行废锅产高压蒸汽流程，下行水激冷产饱

和水煤气流程。前者虽然热效率高、煤气热值高，但只回收利用了气体的部分能量，熔渣中的热量并未回收，并且该流程预热方式设备复杂、能耗高，适用于IGCC发电；后者虽结构简单，但存在有效气体含量低、煤气热值低、黑水和含盐

废水量大、管道易堵等缺点，适用于合成气的生产。采用全新的低能耗、高效率

的能量回收利用模式来实现气化炉的全热回收，将成为水煤浆气化技术发展的趋

势之一。3.4操作高压化

水煤浆气化技术常规操作压力多数为4.0MPa和6.5MPa，提高气化压力可显

著提升装置的经济效益、降低生产成本，突破8.7MPa高压、大型水煤浆气化成

为发展的重点。

3.5原料提浓化

水煤浆制备多数以内水高、可磨性差的低阶煤作为原料，采用单一棒(或球)磨机研磨，其浓度一般小于60%，由于粒度级配不合理，存在流变性差、稳定性差

等缺点。若采用高效先进的制浆工艺和研磨设备进行分散研磨，不仅可以优化水

煤浆粒度级配，还可以大幅提升水煤浆成浆浓度，进一步提高气化效率和有效气

体产量，这是当前国内外水煤浆气化技术领域最为迫切的需求。该技术存在的问

题有：原料煤适用范围窄，要求灰熔点≤1350℃；气化炉下段炉壁温度高，热损

失较为严重；喷嘴采用水冷盘管冷却，使用寿命较短(60d左右)；受耐火砖寿命的影响，气化炉连续运行时间短(4000～5000h)，需配置备用炉。该技术首套气化炉

于2006年在阳煤丰喜集团投运成功，2007年通过石油和化学工业联合会的科技

成果鉴定，之后国内相继有7台(套)气化炉建成并稳定运行。

结束语