实现煤炭资源高效清洁利用——石化绿色工艺之水煤浆水冷壁直连废锅气化节能技术

  为实现煤炭资源的高效清洁利用,北京清创晋华科技有限公司组织研发了水煤浆水冷壁直连废锅气化节能技术(即晋华炉)。这一将煤转化成洁净CO和H₂有效气体的新技术,解决了复杂煤种的高效气化世界难题,开创了新型煤气化技术改造的先河,也因此于日前入选了《石化绿色工艺名录(2020年版)》。

  破解“三高”煤气化难题

  破解“三高”(高硫、高灰、高灰熔点)煤气化难题是晋华炉的“首创”。

  过去,由于缺乏以“三高”煤为原料的高效清洁大型气化技术和装备,大量的煤炭资源长期受煤气化市场冷落或被用于燃烧、炼焦,造成了极大的资源浪费与环境污染。

  晋华炉创新性地将水煤浆+水冷壁+辐射式蒸汽发生器进行组合,解决了传统水煤浆气化炉系统热效率低的瓶颈问题,赋予了“三高”煤新的使命。

  晋华炉之所以能够突破高灰熔点原料的限制,是因为水煤浆气化炉燃烧室采用了膜式水冷壁。熔融灰渣颗粒运动到水冷壁上冷却凝固后形成固态渣层,当其超过煤灰熔点时,固态渣层表面发生液化形成液态渣层。高热阻的渣层对水冷壁起到保护作用,使气化温度达到1700℃,从而一举拓宽了气化炉的原料范围,也扫除了“三高”煤清洁利用的一大障碍。

  煤种适应性的拓宽,也让晋华炉的工业化应用案例逐年增多。在3年时间内,国内外20家煤化工企业已签约晋华炉49套,应用范围涵盖合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制氢等煤化工领域,其中10台套气化炉已投运。

  环境友好经济高效

  晋华炉水煤浆气化技术利用“三高”煤作为原料时,可通过燃烧室下部的辐射废锅回收高温合成气显热,同时副产高品位饱和蒸汽,每1000标准立方米有效气可副产10兆帕饱和蒸汽0.65吨~1.1吨。以60万吨/年合成氨装置气化系统为例,在不增加其他消耗的情况下,副产高压蒸汽每年可节约标煤约9.5万吨,按目前市场价格,年经济效益增加约4750万元。如河南金山集团金大地化工有限公司晋华炉水煤浆气化装置,1吨氨可副产高压饱和蒸汽1.4吨,折合每吨氨节省标煤0.128吨、减少二氧化碳排放0.36吨。同时,晋华炉可利用高浓度有机废水和有机固体废物制备气化原料,经济而高效地协同处置有机废物。

  晋华炉还具有环境友好的特性。由于燃烧室气化温度可达1700℃,原料煤气化效率高,炉内排出的固体粗渣残碳含量低,排放的废水中也不存在六价铬、焦油和酚类物质,废弃物污染小易于处理。与干粉气化废锅和耐火砖气化炉相比,晋华炉减少了烘炉时间,去除了煤烘干过程,减少了废气排放量。

  晋华炉4.0研发在途

  “十三五”期间,晋华炉相继获得2017年全国发明展览会“发明创业奖·项目奖”金奖、2018年中国煤炭工业协会科学技术特等奖、2019年第47届日内瓦国际发明展金奖等。

  这一切都离不开“产学研制用”联盟的协同研发。北京清创晋华科技有限公司是晋华炉“产学研制用”联盟的组织者,也是晋华炉技术工艺包软件的编制方,承担了技术方案对比、论证工作,联合相关单位和制造企业研究开发了新一代的组合式工艺烧嘴、新型膜式水冷壁、独特环形单筒体和径向双面膜式水冷壁等核心设备;在设备监造、安装,以及装置运行人员培训、试车、投料运行等工程建设、试生产的过程中解决了大量技术问题,推动了晋华炉技术的发展。

  “十四五”期间,晋华科技将继续推广应用晋华炉3.0、研发晋华炉4.0,目标是日投煤量3000吨级的全热回收大型气化炉。

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