現(xiàn)代大型煤化工中普遍應用的水煤漿進料液態(tài)排渣氣流床氣化爐，根據(jù)氣化爐隔熱襯里的不同分為水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐。水冷壁氣化爐以廢鍋流程為主，耐火磚氣化爐幾乎均為水激冷流程。本系列將從不同方面對水冷壁氣化爐與耐火磚氣化爐進行對比。
氣化爐大型化是指提高單臺氣化爐的處理能力，從而可以采用較少數(shù)量的氣化爐來達到相同的總處理規(guī)模，特別是對于大型煤化工項目，通過減少氣化爐系列數(shù)量，不僅可以節(jié)約投資和占地規(guī)模，而且降低了因頻繁倒爐和檢維修產(chǎn)生的運行費用。氣化爐大型化是現(xiàn)代煤氣化的發(fā)展方向。本文將對水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐的大型化進行對比分析。
目前，單噴嘴水煤漿耐火磚氣化爐的最大處理能力為日投煤量3000噸，運用在神華榆林循環(huán)經(jīng)濟煤炭綜合利用項目，三開兩備，氣化壓力6.5MPa，為180萬噸／年煤制甲醇及聯(lián)產(chǎn)40萬噸／年合成氣制乙二醇工程提供合成氣，氣化爐于2020年投產(chǎn)。
3000噸/天耐火磚氣化爐由于灰渣量較大，耐火磚磨損嚴重，特別是渣口部分耐火磚壽命嚴重不足，造成氣化爐需要頻繁停爐更換爐磚。而且由于氣化爐處理氣量較大，為了避免渣口磚過度磨損，渣口尺寸也較大，短路碳顆粒增多，造成碳轉化率降低。從運行效果來看，耐火磚氣化爐的大型化伴隨著耐火磚壽命短和氣化效率低的問題。
水冷壁氣化爐大型化時，由于其筒體及底部渣口由水冷壁組件構成，水冷壁上固態(tài)渣層起隔離保護作用，水冷壁襯里完全不受熔渣的沖刷和侵蝕，其壽命不受大型化影響仍可達20年。而且大型化后的水冷壁氣化爐仍然可以容許較小的渣口尺寸，從而減少短路碳顆粒數(shù)量，強化了碳顆粒的返混，保證了固體顆粒的停留時間和碳轉化率。此外，水冷壁氣化爐燒嘴和耐火磚燒嘴具有相似的多通道結構，單臺處理量達3000噸/日的水煤漿多通道燒嘴已在耐火磚氣化爐上工程應用。可見，水冷壁氣化爐的大型化并不會帶來新的技術難題。
水冷壁廢鍋氣化爐的發(fā)展是伴隨著大型化的。2016年4月，首套水冷壁廢鍋氣化爐在山西陽煤豐喜肥業(yè)集團臨猗分公司開車成功，氣化爐壓力為4.0MPaG，日投煤量500t/d（有效氣產(chǎn)量30000Nm3/h）。2019年2月，河南金山集團金大地化工有限公司年產(chǎn)60萬噸合成氨項目開車成功，氣化爐壓力為6.5MPaG，日投煤量1500t/d（有效氣產(chǎn)量80000Nm3/h）。2020年8月，新疆天業(yè)匯合新材料有限公司年產(chǎn)60萬噸乙二醇項目開車成功，氣化爐壓力為6.5MPaG，日投煤量1800t/d（有效氣產(chǎn)量100000Nm3/h）。在氣化爐大型化的研發(fā)歷程中，積累了大量工程經(jīng)驗，包括對燃燒室的流場數(shù)據(jù)模型、廢鍋積灰及換熱效率數(shù)據(jù)模型、合成氣激冷洗滌等關鍵點的研究。目前已完成單爐有效氣產(chǎn)量150000Nm3/h和200000Nm3/h規(guī)模的氣化爐技術積累。水冷壁廢鍋氣化爐的大型化具有充分的理論和技術基礎支撐，大型水冷壁廢鍋氣化爐將伴隨著節(jié)能高效的大型煤化工項目的發(fā)展而落地。
作者簡介：管清亮，男，1988年10月出生，博士研究生學歷，高級工程師，2015年畢業(yè)于清華大學熱能工程系，主要從事煤氣化和煤炭清潔高效利用技術研究和開發(fā)工作。
撰稿 | 管清亮
編輯 | 李瑞丹
審核 | 岳 軍
