胡晓锋
（河南中科富津气体有限公司，河南 延津453200）
［摘 要］河南晋控天庆煤化工有限责任公司原有6台碎煤加压气化炉（1#～6#气化炉，五开一备），投运以来存在运行周期短、热量回收率低等缺陷。为此，基于晋城无烟块煤的特性，结合晋控天庆气化炉实际运行情况，于2019—2020年间对原6台碎煤加压气化炉及其配套工艺系统进行研究、优化和升级，并通过几年的摸索与技术攻关，于2020年11月成功开发并投用了1台新型碎煤加压气化炉（7#气化炉，规格Φ4 000 mm、设计操作压力4.0 MPa、投煤量22.5 t/h，采用废锅流程）。此举推进了碎煤加压气化技术的研发示范，促进了无烟块煤的合理高效利用，为传统煤化工产业（UGI气化企业）转型升级提供了一条新的路径。
［关键词］无烟块煤；碎煤加压气化；工艺流程；运行问题；优化改进；新型碎煤加压气化炉；UGI气化；转型升级
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）01-0010-04
0 引 言
大型化、加压化、清洁化一直是煤气化技术的主要发展方向。粉煤在煤炭产品中具有产量（随着采煤机械化程度的不断提高，粉煤占比高达60%以上）及价格优势，使得粉煤加压气化技术与水煤浆加压气化技术成为当下的研究热点。而可使用块煤的加压气化技术仅有以Lurgi气化炉（鲁奇气化炉）为代表的碎煤加压气化技术和以BGL气化炉（碎煤熔渣气化炉）为代表的熔渣气化技术两种——BGL气化属于液态排渣，对于高灰熔点的无烟煤而言，需要添加大量助熔剂来实现液态排渣，势必造成消耗偏高，且尚无BGL气化炉采用无烟块煤的运行业绩，存在技术风险。鉴于碎煤加压气化工艺存在众多难以解决的问题（如粉煤过剩严重、气化废水处理工艺复杂等），国内外各研究机构大多转而研究流化床、气流床气化工艺，已经放缓了对碎煤加压气化工艺的研究。但是，随着我国对UGI气化（常压固定床间歇气化）工艺限制政策的实施，碎煤加压气化技术相较于UGI气化技术的竞争优势逐渐显现，成为解决晋城无烟块煤清洁利用的最佳技术选择之一。若想保留并扩大晋城无烟块煤在煤气化市场上的份额与优势，只能联合相关单位，尽快开发出既适合无烟块煤又能降低生产成本从而具有较好竞争力的新型碎煤加压气化工艺，用新工艺的优势吸引更多的煤化工企业采用，稳定晋城无烟块煤的应用市场。因此，有必要对碎煤加压气化技术适应晋城无烟块煤进行有针对性的开发与优化升级。
河南晋控天庆煤化工有限责任公司（简称晋控天庆）一期300 kt/a合成氨、520 kt/a尿素项目于2015年1月投产，二期3×108 m3/a煤制天然气项目于2016年8月投产，其主生产系统采用碎煤加压气化（1#～6#气化炉）、耐硫变换、低温甲醇洗、杭州中泰液氮洗、卡萨利低压氨合成、CO2汽提法尿素及戴维甲烷化工艺。基于晋城无烟块煤的特性，结合晋控天庆气化炉投运以来存在的运行周期短、热量回收率低等缺陷，2019—2020年间晋控天庆对原有的6台碎煤加压气化炉及其配套工艺系统进行研究、优化和升级，并通过几年的摸索与技术攻关，于2020年11月成功开发并投用了1台新型碎煤加压气化炉（7#气化炉）——该气化炉由晋能控股装备制造集团有限公司与赛鼎工程有限公司共同研发，由晋能控股装备制造集团煤化工事业部、煤化工研究院和晋控天庆负责推进与实施，在晋控天庆原气化装置西侧预留的备用炉位置新建1台采用废锅流程的Φ4 000 mm、设计操作压力4.0 MPa、投煤量22.5 t/h碎煤加压气化炉及其配套系统。此举推进了碎煤加压气化技术的研发示范与煤化工产业的高质量转型发展，促进了无烟块煤的合理高效利用，可为传统煤化工产业转型升级提供一些参考与借鉴。
1 项目研究的必要性与重要性
晋控天庆原6台气化炉运行模式为五开一备，即5台气化炉运行、1 台气化炉检修备用，单台气化炉正常计划检修时间为 30 d，这就导致实际生产中5台气化炉常带“病”运行，曾多次出现非计划检修情况，影响系统高负荷、稳定运行，存在安全环保隐患。晋控天庆气化炉经过几年来的运行实践与技术攻关，碎煤加压气化工艺在晋城无烟块煤应用方面呈现出优异的气化性能，如炉况稳定、粗煤气中尘/油携带量少、煤气水易于处理等优点，但也暴露出气化温度高、波斯曼套筒经常烧损、C型护板易脱落、气化炉下部焊缝开裂、低压废热锅炉换热管破裂、炉箅磨损严重、渣水水质差、高负荷下燃烧层不稳、灰锁上下阀损坏频繁与易腐蚀、蒸汽消耗高、气化炉出口高温煤气热量无法回收等缺陷。另外，周边采用碎煤加压气化工艺的企业如山西天脊、潞安集团、义马气化厂等，气化炉平均运行周期为150～180 d，但晋控天庆气化炉平均运行周期只有90～120 d；受限于煤种特性及当前设备材质与制造工艺水平，晋控天庆很难在短期内实现气化炉运行周期的大幅提升。因此，有必要针对晋城无烟块煤的特性，对影响气化炉运行的关键因素及碎煤加压气化设备与工艺及其配套系统进行研究、优化与升级，开发出有针对性的气化装置关键设备及部件，将气化炉平均运行周期提高至120 d以上，并将气化炉出口高温煤气携带的热量充分回收利用，助推气化装置的节能减排、降耗增效，实现气化装置的安、稳、长、满、优运行。
2 碎煤加压气化装置工艺流程
晋控天庆气化炉采用晋城无烟煤——15#精洗块煤（粒径25～50 mm占比≥ 90%或粒径13～25 mm占比≥ 90%），原料煤在备煤系统粉碎、筛分、掺配后送至气化装置，在碎煤加压气化炉内，原料煤与蒸汽、氧反应生成粗煤气（550 ℃、4.0 MPa），粗煤气出气化炉后进入洗涤冷却器被来自煤气水分离系统的高压喷射煤气水洗涤、除尘、降温（除去粗煤气中的煤尘及挥发性有机物，粗煤气温度降至约210 ℃），然后粗煤气和煤气水一起进入废热锅炉底部集水槽，之后粗煤气进入废热锅炉管程被废热锅炉壳程的低压锅炉给水进一步冷却至约181 ℃（副产压力0.5 MPa、温度约160 ℃的低压蒸汽，同时粗煤气中的过饱和水冷凝形成的污水经煤气水分离系统、煤气水汽提系统处理达标后送入全厂污水生化处理系统进一步处理），最后粗煤气经粗煤气分离器进行气液分离后进入粗煤气总管，送至变换冷却系统。
晋控天庆单台气化炉（Φ4 000 mm，高度为13 m，加高技改后为14.5 m）设计投煤量为20.4 t/h，气化炉设计操作压力4.0 MPa，气化炉出口粗煤气温度约530 ℃，单炉粗煤气产量为45 000 m3/h（干基，标态，下同）、耗氧量为7 500 m3/h，单炉外供蒸汽消耗量为36.7 t/h，单台气化炉夹套自产4.0 MPa蒸汽6.8 t/h，单炉配套废锅副产低压蒸汽25 t/h；出气化炉粗煤气含水量约37%，粗煤气成分（干基，体积分数，下同）大致为CO 25.67%、H2 36.85%、CO2 26.26%、O2 0.20%、CH4 10.11%、H2S 0.53%、N2 0.38%。
3 碎煤加压气化炉优化改进措施
基于晋控天庆碎煤加压气化炉的实际运行情况，于2019—2020年对原有的6台气化炉（1#～6#气化炉）从设备材质/结构、工艺、流程等方面进行了优化改进。
更多内容详见《中氮肥》2025年第1期