2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司1清華爐在山西陽煤豐喜集團公司的應用山西陽煤豐喜集團公司二零一一年三月一、企業(yè)簡介2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司2

山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團）有限責任公司是一個集化肥、化工、化機制造于一體的國家大型煤化工企業(yè)集團，是山西省最大的化工企業(yè)之一。綜合實力在全國化工企業(yè)500強中名列第62位，在全國氮肥企業(yè)100強中名列第6位。集團總部設在山西省運城經濟開發(fā)區(qū)，注冊資本6.69億元，總資產80億元，員工10000余人。

集團氨醇年生產能力為160余萬噸，化肥、化工產品實物總量360萬噸以上，化工機械設備制造能力5萬噸，年可實現銷售收入80億元以上。

二、煤氣化技術的選擇2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司3我公司原有煤氣化爐是以白煤為原料的常壓固定床間歇氣化爐，由于白煤價格高，采購困難。2002年我們決心采用新技術，對原料結構進行調整，以適應企業(yè)的發(fā)展。2002年在國內可以比較的有四種技術：1.德國魯奇爐：以碎煤為原料，主要應用廠家有天脊集團（原山西化肥廠）、義馬煤氣化廠、哈爾濱氣化廠。此煤氣化工藝成熟，但存在以下問題：第一、氣體中含有焦油，處理流程長，第二、氣體中甲烷含量較高，還需配套建設甲烷轉化裝置；第三、污水難于處理，沒有一種有效的處理方法。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司42.殼牌爐：以干粉為原料，世界上唯一一套工業(yè)化裝置在荷蘭，用于發(fā)電，年運行不足5500小時，國內裝置均在建設中，且投資巨大。3.美國德士古爐:以水煤漿為原料，運行的工業(yè)裝置多，當時已運行廠家主要有魯南化肥廠、上海焦化廠、淮南化肥廠、渭河化肥廠。此氣化技術生產穩(wěn)定，環(huán)境友好。主要存在問題是燒嘴壽命短，一般為45天左右。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司5

4.清華爐：以水煤漿為原料，國內自主開發(fā)的煤氣化技術，當時已完成專利、數學模型、冷態(tài)試驗，正在進行φ1000mm氣化爐熱態(tài)試驗。根據比較，我們認為德國魯奇爐和英荷殼牌爐不適合我們。美國德士古爐和清華爐適合我們，但各有千秋。從我們的經驗考慮，清華爐具有美國德士古氣化爐的所有優(yōu)點，用分級給氧方式解決美國德士古爐的燒嘴壽命時間短的問題。三、清華爐示范項目簡介2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司6

清華爐氣化裝置是以山西豐喜肥業(yè)（集團）臨猗分公司30萬噸／年甲醇項目，一期工程年產10萬噸甲醇項目依托進行建設的。一期工程于2003年開工建設，于2006年元月23日一次化工投料成功，氣化爐一開一備，裝置投運后，當月即達設計要求。2007年10月20日石油和化學工業(yè)協(xié)會組織了現場考核時，截至2007年10月20日，累計自然天數637天，運行天數603天，在這637天期間運轉率94.66%，平均日負荷率107.3%，年負荷率達到120%。達到了國內外以水煤漿為原料的同類裝置運行的先進水平。

2007年12月順利通過了國家組織的專家組現場考核和技術鑒定，專家們一致認為：“該技術優(yōu)于國外同類技術，具有國際先進水平”。

2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司72008年6月，甲醇二期工程完工（第三臺氣化爐未完工），兩臺氣化爐全開不備運行，至2010年10月由于全球金融危機，甲醇停產。第三臺氣化爐2010年6月和合成氨系統(tǒng)一起投運，目前氣化爐三臺全開，共生產40萬噸尿素/年和12萬噸甲醇/年。第四臺氣化爐為水冷壁型，目前正在安裝階段，預計2011年5月投運，建成后氣化爐三開一備。水冷壁氣化爐建成以后，可以利用無煙煤進行氣化。清華爐（水冷壁型）的技術選擇2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司8由于神木煤等低灰熔點煤采購逐漸困難，如何利用高灰熔點的煤氣化，成為國內眾多煤氣化廠家的新問題。清華爐（水冷壁性）主要有以下優(yōu)點：1、水煤漿輸送比較穩(wěn)定，且投資較小，我們和煤科院合作，利用其雙峰級配技術提高水煤漿濃度，山西當地煙煤煤漿濃度一般為70—80%（一般高灰熔點煤的成漿性均較好）。2、氣化爐壓力不受限制，氣化爐可以在6.5MPa以上運行，隨著壓力的提高，裝置的投資和運行費用都將會降低。3、水煤漿氣化較粉煤氣化，投資較小，能耗低，維修費用。低。四、清華爐氣化示范裝置建設概況2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司9氣化裝置的建設采用分布實施的步驟進行：

第一步：氧氣不分級運行

在甲醇裝置投運的初期，為了保證整個甲醇裝置的順利開車，氣化爐采用氧氣不分級運行。

因為對于豐喜來講，加壓氣化、深冷空分、汽輪機等都是全新的技術，在首次開車中，暫時不加二次氧，待全系統(tǒng)流程打通，操作工熟練以后再加二次氧。一方面，可以降低工程風險；另一方面，便于對不加二次氧和加入二次氧的兩種工況作出比較。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司10第二步：氧氣分級運行，中心不加二氧化碳

在甲醇裝置運行穩(wěn)定，操作熟練后，氣化爐耐火材料開二次氧加入口，投二次氧運行。

第三步：氧氣分級，中心加二氧化碳運行加二次氧運行穩(wěn)定后，中心改加二氧化碳運行。燒嘴中心加入二氧化碳，分布運行也是為了比較二氧化碳對于氣化過程的影響。氣化示范裝置建設概況2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司11

氣化示范裝置建設概況2023/1/12北京達立科科技有限公司12

氣化示范裝置建設概況2023/1/12北京達立科科技有限公司13

五、清華爐示范工程技術集成的主要內容2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司14清華爐在豐喜的應用過程中，針對水煤漿氣化存在的問題，進行了全流程的優(yōu)化，從磨煤開始，對氣化爐、鎖斗、排渣系統(tǒng)、洗滌塔、閃蒸系統(tǒng)都進行了改進優(yōu)化，使清華爐更能安全穩(wěn)定長周期運行。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司15氣化爐的創(chuàng)新鎖斗系統(tǒng)的改進排渣系統(tǒng)的改進合成氣洗滌塔的內件改進高壓閃蒸系統(tǒng)閃蒸蒸汽的綜合利用黒水閃蒸系統(tǒng)的位差布置高壓閃蒸、真空閃蒸的內件改進氣化爐的創(chuàng)新2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司161、采用分級給氧技術，在氣化爐增加二次氧噴嘴，一方面：改變了氣化爐內的流場分布，氣化爐內溫度更均勻，更有利于氣化反應的進行，氣化爐高溫點下移，使渣口溫度提高，在相同的氧煤比條件下，氣化爐渣口溫度較不加二次氧提高約100℃，煤種適應性增加，在豐喜操作時，使用神木煤和白煤的混煤，白煤摻入量為10—20%，混煤灰熔點控制在1400℃。另一方面，由于二次氧的加入，減小了主燒嘴的燃燒強度，也降低了出燒嘴的流速，燒嘴的運行條件緩和了許多，在材質不變的情況下，主工藝燒嘴連續(xù)運行時間由原來的45天提高到100天以上。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司172、氣化爐主工藝燒嘴中心霧化氣體可以采用氧氣也可以采用二氧化碳。加入二氧化碳，主要是為了進一步延長燒嘴使用時間和提高碳轉化率，在豐喜運行的結果表明，主工藝燒嘴加入二氧化碳后，燒嘴端部溫度可以降低200℃左右，有效氣成分可以提高1%左右。在工程上采取措施，可以實現二氧化碳的在線切換，不會應為二氧化碳氣體的故障而增加氣化爐的故障點。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司183、氣化爐燃燒室與傳統(tǒng)的水煤漿氣化爐相比，直筒段加長了400mm，燃燒室容積增大。燃燒室容積增大后，增大了反應空間，提高了氣化爐產氣量、有效氣成分和碳轉化率。

4、下降管加霧化水。氣化爐的帶水主要原因是因為高溫氣體在氣化爐下部水浴中激烈換熱而造成的，在下降管中增加霧化水，使高溫氣體在進入激冷室水浴之前，充分降溫、達到飽和或快飽和，減少在激冷室水浴的換熱強度，減小氣化爐激冷室的帶水量。2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司195、采用水冷壁形式，可以氣化灰熔點較高的煤。煤的灰熔點可以不受耐火材料的限制。6、與國家煤科院水煤漿工程中心合作，利用雙峰級配技術制漿，一方面，可以提高水煤漿的濃度，將水煤漿的濃度提高到70%以上，另一方面，將煤漿的平均粒徑細化，其平均粒徑小于等于50μm，可以彌補由于煤的反應活性不足對氣化的影響（陽泉白煤的活性很低，在1100℃時僅為42%）。鎖斗系統(tǒng)的改進2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司20增大了鎖斗的容積，鎖斗容積增大為16.2m3，與渭河相比，容積增加將近一倍。鎖斗容積增大后，鎖斗循環(huán)泵的沖渣水含固量降低，循環(huán)渣水中固體含量遠遠小于1%，鎖斗循環(huán)泵運行狀況大大改善，裝置開車五年來，從未進行過檢修。容積增加后，鎖斗排渣時間延長，可以一小時排一次渣，相對于其他廠家30-40min排一次渣，一方面可以減小鎖斗系統(tǒng)閥門的磨損；另一方面?？梢詼p小對氣化爐液位的影響；另外還可以延長鎖斗使用時間（鎖斗設計交變30萬次）合成氣洗滌塔的內件改進2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司21取消文丘里洗滌器，氣化爐激冷室出口的合成氣直接進入合成氣洗氣塔，減小了系統(tǒng)壓差。合成氣洗滌塔下部取消了上升管，增加了氣體分布器，使合成氣與水的接觸更加均勻，保證了合成氣中的固體顆粒與洗滌水的充分接觸，充分濕潤，保證了洗滌效果。合成氣洗滌塔的洗滌塔板增加為四層，充分保證洗滌效果。采用以上改進后，氣化系統(tǒng)壓差（從氣化爐到洗滌塔出口）一般在0.15MPa以下；變換系統(tǒng)運行穩(wěn)定，到目前已運行五年，觸媒還可以正常運行。排渣系統(tǒng)的改進2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司22多臺氣化爐設置一大渣池，在大渣池中沉淀的爐渣通過抓斗起重機用抓斗挖出，放在晾干池中用機動車輛運走；在大渣池中的灰水經沉淀一段時間后，通過溢流進入清水區(qū)域，然后用泵將渣水送到真空閃蒸罐，此排渣流程主要有以下優(yōu)點：1、渣池為多臺氣化爐共用一個，撈渣可以間歇進行，即使撈渣抓斗出現故障，也有時間進行維修，不會因此而影響氣化爐的正常運行。2、抓斗起重機在化工生產中屬常用設備，一次性投資和正常維修，費用都較低。高壓閃蒸系統(tǒng)閃蒸蒸汽的綜合利用2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司23山西豐喜氣化裝置的閃蒸系統(tǒng)采用兩級閃蒸，高壓閃蒸0.5MPaG，真空閃蒸-0.05MPaG，現有的閃蒸蒸汽利用流程主要是將閃蒸蒸汽和高壓灰水進行間接換熱，存在換熱器容易堵塞，熱量利用率不高等問題。山西豐喜氣化裝置將高壓閃蒸蒸汽作為熱源直接利用，一部分作為氣化灰水除氧器的用蒸汽，另一部分作為精餾工段再沸器的熱源。黒水閃蒸系統(tǒng)的位差布置2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司24將真空閃蒸的位置上移，取消真空閃蒸罐的液位調節(jié)系統(tǒng)和真空閃蒸罐去沉降槽的灰水給料泵；將真空閃蒸罐下液管線直接插入沉降槽內，沉降槽作為真空閃蒸罐的液封槽，真空閃蒸罐內不再控制液位，真空閃蒸罐內結垢，下液管堵塞等問題得到徹底解決。將高壓閃蒸罐的位置與真空閃蒸罐位置相協(xié)調，高壓閃蒸罐液相出口至少與真空閃蒸罐進口相平，徹底解決高壓閃蒸罐內結垢問題。高壓閃蒸、真空閃蒸的內件改進2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司251、將高閃、真閃內件，改為導流板形式。2、導流板由耐磨鋼板制作，檢修時，只需更換導流板即可，解決了原設計內件檢修困難的問題。六、清華爐的運行情況2023/1/12山西陽煤豐喜集團公司262023/1/12山西陽煤豐喜集團公司272023/1/12山西陽煤豐喜集團公司282023/1/12山西陽煤豐喜集團公司292023/1/12山西陽煤豐喜