實現煤炭資源高效清潔利用——石化綠色工藝之水煤漿水冷壁直連廢鍋氣化節能技術

  為實現煤炭資源的高效清潔利用,北京清創晉華科技有限公司組織研發了水煤漿水冷壁直連廢鍋氣化節能技術(即晉華爐)。這一將煤轉化成潔凈CO和H?有效氣體的新技術,解決了復雜煤種的高效氣化世界難題,開創了新型煤氣化技術改造的先河,也因此于日前入選了《石化綠色工藝名錄(2020年版)》。

  破解“三高”煤氣化難題

  破解“三高”(高硫、高灰、高灰熔點)煤氣化難題是晉華爐的“首創”。

  過去,由于缺乏以“三高”煤為原料的高效清潔大型氣化技術和裝備,大量的煤炭資源長期受煤氣化市場冷落或被用于燃燒、煉焦,造成了極大的資源浪費與環境污染。

  晉華爐創新性地將水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發生器進行組合,解決了傳統水煤漿氣化爐系統熱效率低的瓶頸問題,賦予了“三高”煤新的使命。

  晉華爐之所以能夠突破高灰熔點原料的限制,是因為水煤漿氣化爐燃燒室采用了膜式水冷壁。熔融灰渣顆粒運動到水冷壁上冷卻凝固后形成固態渣層,當其超過煤灰熔點時,固態渣層表面發生液化形成液態渣層。高熱阻的渣層對水冷壁起到保護作用,使氣化溫度達到1700℃,從而一舉拓寬了氣化爐的原料范圍,也掃除了“三高”煤清潔利用的一大障礙。

  煤種適應性的拓寬,也讓晉華爐的工業化應用案例逐年增多。在3年時間內,國內外20家煤化工企業已簽約晉華爐49套,應用范圍涵蓋合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制氫等煤化工領域,其中10臺套氣化爐已投運。

  環境友好經濟高效

  晉華爐水煤漿氣化技術利用“三高”煤作為原料時,可通過燃燒室下部的輻射廢鍋回收高溫合成氣顯熱,同時副產高品位飽和蒸汽,每1000標準立方米有效氣可副產10兆帕飽和蒸汽0.65噸~1.1噸。以60萬噸/年合成氨裝置氣化系統為例,在不增加其他消耗的情況下,副產高壓蒸汽每年可節約標煤約9.5萬噸,按目前市場價格,年經濟效益增加約4750萬元。如河南金山集團金大地化工有限公司晉華爐水煤漿氣化裝置,1噸氨可副產高壓飽和蒸汽1.4噸,折合每噸氨節省標煤0.128噸、減少二氧化碳排放0.36噸。同時,晉華爐可利用高濃度有機廢水和有機固體廢物制備氣化原料,經濟而高效地協同處置有機廢物。

  晉華爐還具有環境友好的特性。由于燃燒室氣化溫度可達1700℃,原料煤氣化效率高,爐內排出的固體粗渣殘碳含量低,排放的廢水中也不存在六價鉻、焦油和酚類物質,廢棄物污染小易于處理。與干粉氣化廢鍋和耐火磚氣化爐相比,晉華爐減少了烘爐時間,去除了煤烘干過程,減少了廢氣排放量。

  晉華爐4.0研發在途

  “十三五”期間,晉華爐相繼獲得2017年全國發明展覽會“發明創業獎·項目獎”金獎、2018年中國煤炭工業協會科學技術特等獎、2019年第47屆日內瓦國際發明展金獎等。

  這一切都離不開“產學研制用”聯盟的協同研發。北京清創晉華科技有限公司是晉華爐“產學研制用”聯盟的組織者,也是晉華爐技術工藝包軟件的編制方,承擔了技術方案對比、論證工作,聯合相關單位和制造企業研究開發了新一代的組合式工藝燒嘴、新型膜式水冷壁、獨特環形單筒體和徑向雙面膜式水冷壁等核心設備;在設備監造、安裝,以及裝置運行人員培訓、試車、投料運行等工程建設、試生產的過程中解決了大量技術問題,推動了晉華爐技術的發展。

  “十四五”期間,晉華科技將繼續推廣應用晉華爐3.0、研發晉華爐4.0,目標是日投煤量3000噸級的全熱回收大型氣化爐。

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