气化炉

④ 如果氧煤比失调，炉温会大幅波动，严重时会出现安全事
故。
（2）炉子内衬采用水冷壁结构
优点 ：① 避免每年一次的更换耐火砖，减少维修成本。
② 可烧相对较高灰熔点的煤，不必担心炉温高对内衬的影响。
缺点： ①水冷壁吸收炉内热量产3t/h左右的蒸汽，跟相同的单喷嘴
德士古炉相比，氧耗、煤耗要高，气体成分差。
单炉投煤量在1000t/d以上的大炉型，相当于单喷嘴炉喷嘴供煤量的四 分之一。 由于采用四个喷嘴对喷，增加了炉内物流的混合交错的机会，强
化了传质传热过程，物料停留时间比单喷嘴炉长，有利于反应的进行。
③ 两个喷嘴共用一只煤浆泵，一套安全系统，因此单炉配两 只煤浆泵，两套安全系统。当一只煤浆泵跳车或安全系统动作只
能停一组喷嘴，另一组喷嘴依然可以正常运行，可避免整个装置
停车。 ④ 当一组喷嘴因仪表问题氧煤比失调时，另一组还能正常运
行，不至于导致炉温出现大的波动。
缺点： ① 四只对置喷嘴形成撞击流上升，撞击炉子拱顶砖，造成拱
顶砖使用寿命短。 ② 需要4套氧气、煤浆管阀系统，控制点多，操作相对复杂， 投资相对较大。
（1）单炉产品气体(CO+H2) ：111679Nm3/h； （2）气化温度：1350℃、压力：6.5MPa； （3）干气体成分：H2：32.5%、CO：47.2%、 CO2：18.9%； （4）汽气比：1.4； （5）用氧量：46763.36 Nm3/h；
（6）比氧耗：390.39
Nm3/1000Nm3(CO+H2)； （7）比煤耗：620kg/1000Nm3(CO+H2)。
高温合成气和熔融态灰渣从气化室出来后，与下降管内壁水膜直接接
触发生热质交换。激冷过程中，液态熔渣发生凝固并聚并，部分激冷 水剧烈气化，高温合成气急剧降温并增湿。合成气沿下降管穿越液池 后沿上升管与下降管构成的环隙上升，凝渣留在液池黑水中，形成气
固分离。
烧嘴：
内混式： 即物料在烧嘴内的 混合室进行充分混合后 经烧嘴喷出。
煤 氧 浆 氧 中心管
结构：
近期国内引进的水煤浆气化技术烧嘴和国内自行开发的烧嘴 以三通道为主。 中心管和外环隙走氧气，内环隙走煤浆。在烧嘴中煤浆被高 速氧气流充分雾化，以利于气化反应。 由于烧嘴插入气化炉燃烧室中，承受1400℃左右的高温， 为了防止烧嘴损坏，在烧嘴外侧设置了冷却盘管，在烧嘴头部设 置了水夹套，并有一套单独的系统向烧嘴供应冷却水，该系统设 置了复杂的安全联锁。 烧嘴头部采用耐磨蚀材质，并喷涂有耐磨陶瓷。负荷和气液比 不同，中心氧最佳值不一样，这样可使烧嘴在最佳状态之下工作。 由于运行压力较高，水煤浆的冲刷严重，再加上对国外技术 消化吸收不够，烧嘴经常损坏。一般损坏的仅是喷头部位，但有 时由于炉内反应异常等各种原因，造成烧嘴部分过烧而损坏。
② 炉子结构复杂，承压外壳有一对大法兰，密封困难，容易
泄漏。一旦水冷壁坏维修难度大。操作人员在操作气化炉的同时 还要操作水冷壁锅炉，在安全上也增加了一定的危险性。
（3）煤种适应性比耐火砖炉强，理论上可烧较高灰熔点的
煤，但烧高灰熔点的煤，氧耗、煤耗都大幅上升。 （4）第一台水冷壁清华炉在临猗的炉型投煤量是 750t/d×台，现在放大到投煤量1800t/d×台，还没 有使用实例，有一定的风险。
优点：流程简单，只有一套氧气、水煤浆管阀系统，控制点数少， 投资省。
缺点： ① 喷嘴能力超过1200t/d煤时，喷嘴雾化性能差，碳的转化 率降低。
② 由于是单喷嘴垂直向下喷，炉内流场只有射流区、回流区 和管流区，物料停留时间短，二次反应时ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ少，气体成分较多喷
嘴略差些。
③ 只有一套安全系统和一只煤浆泵，当泵跳车时或安全系统 动作时，全厂就停车。
国产自主知识产权的干粉气化技术有：
航天研究院研发的航天炉。 华东理工大学单喷嘴粉煤气化，四喷嘴。
湿法气化技术
德士古气化技术是湿法气化工艺的代表，是原德士古公司根据
油气化技术的思路开发出来的。它是将煤磨成水煤浆，加入添加剂
、助熔剂等形成粘度达800-1000cp，煤浆浓度为60%左右的浆状物 加压后喷入气化炉，与纯氧进行燃烧和部分氧化反应。工业化装置
生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等粗煤气。
离开气化炉反应段的热气体和熔渣进入激冷室水浴，被水淬 冷后温度降低到～251℃，被水蒸汽饱和后出气化炉；气体经文丘
里洗涤器、碳洗塔（洗涤除尘冷却到～242℃，6.2MPa(G)后送
至变换工段。
气化炉燃烧室出口熔渣进入激冷室水浴后被分离出来，经破
但并不是一个四倍的关系，因口径要小得多。
清华炉煤气化技术
采用单喷嘴炉投资比多喷嘴炉要省。
（2）采用耐火砖作为衬里，对于拱顶砖和渣口砖使用寿命 只有6000小时左右，筒体砖寿命在8000小时以上，每 年更换耐火砖的费用在300-500万元。
（3）由于采用耐火砖衬里，煤的适用性比较差，不能烧灰
熔点较高的煤，否则炉温高耐火砖寿命较短。 （4）大型化炉型有一定的优势。
清华炉煤气化技术
（1）使用单喷嘴向气化炉内供应煤浆及氧气
水冷壁型
耐火砖与水冷壁炉型比较
耐火砖的优势：热损失较小 缺点：1、受耐火砖温度的限制，无法烧高灰熔点的煤；
2、耐火砖使用寿命较短，一般1年就需要更换且更换周期及 费用均较大； 3、需备炉；
对耐火砖的要求：具有较高的热震稳定性，低的气孔率，高的抗侵蚀性
和较高的强度。
水冷壁的特点：
水冷壁气化炉采用水冷壁耐火衬里代替耐火砖，通过以渣挂渣的形 式来保护水冷壁，由于挂在水冷壁的熔渣层导热系数很低，形成非常大的 热阻，不但减少了热量向外传递而且保护了水冷壁管，从而延长了水冷壁
淬冷型，优势在于它更廉价、可靠性更高，
劣势是热效率较全热回收型的较低。
激冷室：
气化炉激冷室由激冷环、下降管、导气管、液池等组成。
①激冷环：
激冷环的作用降温、除尘用。 主要是给激冷室供给激冷水，分布急冷水， 使其按圆周方式均匀布，形成水膜排流下，以保护下降 管不被烧坏。同时喷淋气体，洗涤气体中的灰尘。 1.激冷环首先要保证布水均匀，在制作过程中，由于环隙不均匀，可能 造成布水不均，造成水膜太薄，易引起下降管缺水挂渣。 2.激冷环断水，激冷环短时间缺水恢复后，短时间可以维持生产，但应 尽快安排停车处理。 3.气化炉连投后，易引起激冷管线堵塞，造成激冷环缺水。 4.气化炉正常生产时一般不会因结垢堵塞激冷环进水孔。 5.气化炉停车检修时要对激冷环进行彻底冲洗。 6.激冷环长期使用后，激冷环内环会出现磨薄现象和因热应力而出现裂 纹，应及时更换和修补。
内烧嘴（内环系） 外烧嘴（外环系） 盘管
冷却水夹套
三套管式烧嘴（三流式）
中心管：１５％氧气； 外环系：８５％氧气； 内环系：水煤浆。
烧嘴是煤气化工艺的核心设备，一般情况下运行
初期，雾化效果好．气体成份稳定．系统工况稳定；
运行到后期，喷嘴头部变形，雾化效果不好．这时气 体成份变化较大，有效气成份下降．特别是发生偏喷 时，使局部温度过高，烧坏热偶，严重时．发生窜气 导致炉壁超温。
通过对各物理参数的测定，表明这种烧嘴雾化性 能较好，但对内混室的耐磨件要求较高，难以实现工 业化大生产。
两 大 类
外混式： 即物料在烧嘴的出 口处进行混合，在喷口 处燃烧。
目前国内工业化生产中应用的就是这种类型的烧 嘴。这种烧嘴与内混式相比，最大的优点就是相对降 低了对烧嘴头部耐磨件的要求，但雾化性能略逊于内 混式。
主要工艺指标及消耗
多喷嘴煤气炉技术
（1）单炉产品气体(CO+H2)： 110030Nm3/h； （2）气化温度：1300℃、压力：6.5MPa； （3）干气体成分：H2：34.5%、CO：46.4%、 CO2：18.3% （4）汽气比：1.29； （5）用氧量：42942.6 Nm3/h；
清华炉煤气化技术
清华炉煤气化技术：
煤种要求较宽，可烧稍高灰分、灰熔点的烟煤，如果不能保证取得低灰分、
低灰熔点的烟煤的情况下，宜选用清华炉。采用稍高灰分、灰熔点的烟煤，比氧 耗、比煤耗相比四喷嘴气化炉会升高。 碳转化率在96-98%。粗渣中残碳在2～5%，细灰中残碳20-30%
投资方面
多喷嘴炉煤气化技术
由于采用四只喷嘴，需配四套进口管阀，投资比清华炉高，
气
化
炉
1、煤气化技术介绍
煤气化技术从进料方式来看，有干法和湿法两大流派。
干法气化技术
干法气化技术主要包括荷兰壳牌shell气化技术和德国科林 GSP技术。 干法气化工艺以干煤粉进料，纯氧作为气化剂，液态排渣 操作。 Shell气化技术是一种多喷嘴下置对喷的干法气化工艺， 该技术具有技术指标好、消耗低的优点，但同湿法气化技术相比 存在设备投资费用高（比湿法气化高30～50%）。
压力等级从2.6-8.5Mpa不等，气化温度依据煤质灰熔点而定，一 般控制在1300～1450℃，大多采用激冷流程，工艺技术和设备较 为成熟，设备基本可实现国产化。
由于该炉内衬是使用耐火砖结构，寿命短，更换时间大，所
以一般都设有备用炉。受耐火砖的耐火度制约，气化温度一般控 制在1350℃以下，所以要求原料煤灰熔点要控制在1350℃左右，
煤种适应性较窄。
国产自主知识产权的干粉气化技术有：华东理工大学的多喷 嘴水煤浆加压气化技术、西北院的多元料浆加压气化技术、清华
炉水煤浆加压气化技术。
2、工作原理
浓度约60%的煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气（纯度
99.6%以上）通过工艺烧嘴进入气化炉，气化反应在6.5Mpa， 煤的灰熔点以上温度进行，气化反应在气化炉燃烧室瞬间完成，
渣机破碎后，排入锁斗，排出的大部分灰渣沉降在锁斗底部。从 锁斗顶部抽出较清的水经锁斗循环泵循环进入气化炉激冷室水浴
，强化排渣过程。锁斗中的灰渣定时排入渣池，由捞渣机捞出后
装车外运。
3、气化炉主要结构
主要由：燃烧室、激冷室、烧嘴等组成。 燃烧室：耐火砖与水冷壁两种
激冷室：淬冷型与全热回收型两种
耐火砖型
4、多喷嘴煤气化炉与清华水冷壁炉比较
两种工艺的相同点：
两种气化技术都是在原德士古炉（GE）发展起来的水煤浆气
化技术。
工艺流程：煤浆制备、气化、渣水处理三个工序。
两种工艺的不同点：
多喷嘴炉煤气化技术： （1）使用四个喷嘴向气化炉内供应煤浆及氧气
优点： 喷嘴的雾化性能好，有利于气化介质的充分混合接触，特 别是
的使用寿命。
优点：
1、煤种适应性较热壁炉广，能处理高灰熔 点的煤； 2、克服了热壁炉每年更换耐火砖的缺陷， 运行周期长，维修费用低； 3、可以不设置备用炉。
缺点：
水冷壁吸收炉内热量会产生蒸汽，跟相 同的单喷嘴德士古炉相比，氧耗、煤耗要高， 气体成分差。
激冷室：淬冷型与全热回收型
两种炉型比较：
两种炉型下部合成气冷却方式不同， 但炉子上部气化段的气化工艺是相同的。 目前生产合成气的企业气化炉都采用
（6）比氧耗：419 Nm3/1000Nm3(CO+H2)；
（7）比煤耗：684 kg /1000Nm3(CO+H2)； （8）多一台锅炉循环水泵电耗。
两种工艺对煤种的适应性
多喷嘴炉煤气化技术：
对煤种要求较高，要求用低灰份低灰熔点的烟煤，在此煤种的条件
下，宜采用多喷嘴气化炉。
碳转化率达99%。粗渣中残碳在1～3%，细灰中残碳15-25%。
②下降管：
作用是将气化炉燃烧室出来的粗合成气经激冷环 流水冷却后，由下降管将合成气导入激冷室水域当中降 温、除灰，使粗合成气得到净化，同时汽化激冷室中的 水变为水蒸汽达到饱和状态，然后通过上升管折流达到 气液分离的目的，防止合成气带水。 过程： 激冷水由激冷环流出，沿下降管内壁下降形成水膜并流入液池，