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《中国煤化工》
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第三代清华炉:更稳更快更高更长!
作者:苏万银 | 来源:国家煤化工网 | 时间:2021-06-21

作为燃煤大国,煤气化是现代煤化工发展中最重要、最关键的工艺过程之一,也是我国实现煤炭高效、清洁利用的核心技术,是解决燃煤造成环境污染的重要技术。它的选择和稳定、高效、经济运行对项目的成败至关重要。如今,结合国内两大流行气化技术(水煤浆耐火砖技术与干粉水冷壁技术)优点的清华炉煤气化技术(以下简称清华炉)在行业中得到广泛应用。

清华炉是清华大学联合北京盈德清大科技有限责任公司(接替北京达立科科技有限公司)共同开发的具有自主知识产权的煤气化工艺,不仅包括了自主创新的气化炉,还包括气化工艺全流程的优化、配套技术的创新,改善了气化炉的煤种适应性,提高了气化系统的稳定性和可靠性,降低了气化岛的能耗,综合形成了以清华炉为核心的经济型气流床气化技术体系。该技术如今已经开发至第三代。与前两代清华炉相比,第三代清华炉的科技创新点在于核心部件辐射式蒸汽发生器借鉴液态排渣旋风锅炉的进口和结构设计理念,能有效避免国外同类技术存在的堵渣和积灰问题;改进结构设计能减少双面受热面的布置比例,设备体积和投资减少;通过回收高温合成气热量、副产高温高压蒸汽等方式,可提高能源转换效率。

第三代清华炉在具体应用中还有以下特点:

一、安全性好。清华炉采用全密封垂直管结构,水冷壁和气化炉壳体之间充满保护气,高温气与气化炉承压钢壳之另有保护气隔离保护,因此不存在炉壁超温的问题。目前运行过程中外壳运行温度最高点仅110摄氏度左右,比耐火砖气化炉温度低120摄氏度左右。

二、稳定性好。正常运行时,清华炉水冷壁的蒸汽产量能直接反应气化炉的炉温,如煤浆泵打量不好,蒸汽产量会瞬间增大,操作工可以及时处理,避免事故扩大。

三、开停迅速。由于清华炉水冷壁保护涂层对升温速率要求远低于耐火砖气化炉,因此开车速度快,一般只需要1小时就可以完成。而且由于蓄热很少,一般停炉后很快就可以开车,不需要备炉。

四、负荷率高。在相同直径下,清华炉燃烧室容积可增加到20立方米,而耐火砖气化炉仅为12.5立方米。燃烧室容积增加后,为扩产创造了条件。在相同煤种相同负荷下,水煤浆在清华炉内的停留时间长,有效气含量相对所提高,煤的碳转化率也得到了提高。

五、工艺烧嘴运行时间长。清华气化炉烧嘴冷却采用夹套结构,烧嘴冷却水采用汽包锅炉水,温度在250摄氏度以上,烧嘴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问题都得到解决。烧嘴冷却没有突出部件,不易损坏,冷却水压力比气化炉高,即使烧嘴冷却水泄漏,也不必立即停车。

六、开工费用低。单台耐火砖气化炉每次烘炉大致需要消耗热值为2300大卡的燃料气36000标准立方米左右,而清华炉烘炉仅需要消耗同等热值燃料气约4000标准立方米。

七、运行维护费用低。在相同煤质相同负荷条件下,清华炉每小时可副产50~80吨蒸汽,每年可生产高压饱和蒸汽400000~640000吨,可增加经济效益4800万~7680万元(吨蒸汽按照120元计)。清华炉摆脱了耐火砖气化炉砖磨损的更换问题,每年可减少维护费用300万元。

八、煤种适用性广。清华炉燃烧室不受耐火砖限制,可使用成本更低的高灰熔点煤,实现原料煤本地化,降低原料成本。单炉日投煤量以1500吨计,若采用高灰熔点煤,每台每年可减少原料成本两千万元以上。

九、环境友好。清华炉内部涂有30毫米厚的碳化硅涂层,在运行时不需更换,也不会脱落,对环境无害。此外,清华炉耐火材料烘炉时间很短,一般1小时即可直接投料,放空的废气量少。

就具体应用而言,清华炉第一套工业装置于2011年8月22日在山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司投入运行,第一年投运即实现了年运转率达到94%、年负荷率达到120%的好成绩,全面实现了研发和设计意图,主要技术指标优于设计值。至2012年1月9日计划检修,该炉创造了首次投料并安全、稳定、连续运行140天的煤化工行业气化技术开车的新纪录。如今,第二代清华炉已在全国20多个项目中投入了运行,单炉连续运行周期已突破180天以上。

当前传统煤化工大多采用常压固定床气化技术,其特点是高能耗、高排放、高污染、低效益,因此国内100多家使用固定床造气的企业面临着巨大的压力。投资低廉的清华炉成为这些企业转型升级的首选技术。相对于固定床造气,清华炉通过改变原料煤种及降低能耗,吨氨成本可降低500元以上,对于年产20万吨合成氨企业,每年可节约成本1亿元。

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