郭文龙，樊少波，闫晓泽，赵普强，王颖和
［阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司，山西 运城044100］
［摘 要］阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司2010年8月建成投运3台耐火砖晋华炉（第一代晋华炉，采用耐火砖衬里，运行周期约90 d），2011年12月建成投运1台水冷壁晋华炉（第二代晋华炉，运行周期约120 d），2016年4月投运1台改进型水冷壁晋华炉（第三代晋华炉，由1台耐火砖晋华炉改造而成，运行周期约150 d），4台晋华炉三开一备，运行状况良好。基于对原料煤挥发分、固定碳、灰分、水分、低位发热量、灰熔点（FT）、哈氏可磨性指数、结焦特性及煤浆浓度等对晋华炉运行的影响分析，分别于2012年4月、2015年6月、2019年9月、2023年8月在4#晋华炉（第二代晋华炉）进行神木煤掺烧（或单烧）阳泉沫煤、朔州煤、塔山煤、余吾煤的试验，晋华炉表现出较强的适应性。多次为拓宽晋华炉煤种适应性而开展的掺烧试验，不仅有利于企业的降本增效，而且可助力晋华炉的推广应用。
［关键词］晋华炉；运行影响因素；阳泉沫煤；朔州煤；塔山煤；余吾煤；掺烧试验；效益分析
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）02-0001-05
0 引 言
德士古水煤浆加压气化是20世纪80年代兴起的煤气化工艺，因其自动化程度高、煤种适应性广、碳转化率高、三废排放少、能耗低等特点而获得迅速发展。继1993年我国第一套德士古水煤浆加压气化装置在山东鲁南化肥厂投运后，国内陆续有多家企业的德士古水煤浆加压气化装置建成投产。
阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗分公司（简称丰喜临猗分公司）始建于1970年，陆续建成了多套合成氨装置与尿素装置，现有1套300 kt/a合成氨装置（联产40 kt/a甲醇）与420 kt/a尿素装置、1套300 kt/a合成氨装置（联产20 kt/a甲醇）与450 kt/a尿素装置、2套50 kt/a三聚氰胺装置，主产品产能为合成氨600 kt/a、尿素870 kt/a、甲醇60 kt/a、三聚氰胺100 kt/a；由于各生产装置是逐步建成的，工艺介质与公用工程系统多有联通，系统可根据市场行情与生产计划等来适度调整产品结构。2003年，丰喜临猗分公司开始筹建水煤浆气化装置，采用清华大学提出的二次给氧技术开发出了独具特色的非熔渣—熔渣气化炉（第一代晋华炉），采用耐火砖衬里，投煤量500 t/d，其整体效能略优于同等产能的德士古水煤浆气化炉。截至2010年8月，丰喜临猗分公司已建成投运了3台（套）第一代晋华炉，经多年来的优化改造，并根据后系统的生产需求要保持3台晋华炉运行，而由于晋华炉运行约90 d后需停炉检修更换耐火砖，无法一直保证3台晋华炉的连续运行，2010年12月丰喜临猗分公司技术管理团队提出将这3台晋华炉由耐火砖衬里全部改为水冷壁，这一思路的提出源于当时Shell干煤粉水冷壁气化炉均采用水冷壁技术，水冷壁气化炉的运行周期远远高于水煤浆加压气化炉，且晋华炉更换一次耐火砖最少需要25 d和300万左右的费用。这个思路经丰喜临猗分公司和清华大学等相关技术人员共同论证后立即开始实施，具体实施过程分两步走：第一步，新建1台水冷壁晋华炉（即第二代晋华炉，投煤量750 t/d），生产上实现4台晋华炉三开一备，以满足单套300 kt/a合成氨装置的供气需求（另一套300 kt/a合成氨装置由固定床气化炉供气），保持系统不因倒炉或停炉检修而减量运行；第二步，将已有的3台耐火砖晋华炉全部改为水冷壁晋华炉。第一步工作已于2011年12月完成，新建的水冷壁晋华炉投煤量为750 t/d（其灰水处理系统略有改进，主要目的是减少灰水系统的磨损，其余地方没有大的改动），投运后成功实现4台晋华炉三开一备，运行状况良好；第二代晋华炉运行周期约120 d，相较于耐火砖晋华炉而言，水冷壁晋华炉除了运行周期更长外，还能回收热量副产蒸汽，间接减轻锅炉负荷，总的来说，水冷壁晋华炉在运行的稳定性、安全性和操作控制等方面均优于耐火砖晋华炉，尤其是在煤种适应性上明显优于耐火砖晋华炉。第二步工作因丰喜临猗分公司生产区域场地限制，吊装难度太大，2015—2016年间只对其中靠界区外马路的1台第一代晋华炉进行了改造（另外2台第一代晋华炉目前仍未实施改造），本台晋华炉在原水冷壁技术的基础上又进行了回收蒸汽的改造，形成了第三代晋华炉（投煤量750 t/d）。第三代晋华炉于2016年3月开始原始烘炉，2016年4月投料成功，至此世界上首台第三代晋华炉在丰喜临猗分公司成功投入工业生产。第三代晋华炉投运后各项运行指标均达到了设计要求，其运行周期约150 d，能量回收利用更加合理、科学，相较于第二代晋华炉可回收更多热量而多副产蒸汽，在粗煤气产量与质量、系统运行的稳定性与安全性及操作控制等方面与第二代晋华炉没有明显的区别，其成功投运创造了业内的奇迹，表征着水煤浆气化技术又上了一个新的台阶。晋华炉先后荣获“2014年教育部发明一等奖”、“第22届全国发明展览会金奖”、“发明创业奖项目奖金奖”、“2017年度中国氮肥工业协会技术进步特等奖”、“2018年度中国煤炭工业协会科技进步特等奖”、“2019年日内瓦国际发明展金奖”等奖项。迄今，晋华炉气化技术已在丰喜临猗分公司应用了近13 a，其总体运行状况良好，各项技术经济指标均达到预期目标。
山西是我国的产煤大省，气化原料煤以无烟煤为主，长期以来，晋城优质无烟煤广泛应用于全国各地的固定床气化炉，近年来由于环保及淘汰落后产能等方面的原因，固定床气化炉日渐被淘汰；而无烟煤的灰熔点较高，用于耐火砖气化炉时，由于耐火砖使用寿命较短以及无烟煤价格高企等原因，国内水煤浆气化炉基本上不采用无烟煤。丰喜临猗分公司晋华炉主要采用神木煤，近年来耐火砖晋华炉改成水冷壁晋华炉后，逐步试烧山西本地煤，且为拓宽晋华炉原料煤煤种的适应性、降低生产成本，丰喜临猗分公司多年来开展了多煤种试烧（掺烧或单烧）工作，以利晋华炉的推广应用，尤其是在传统煤化工装置技改项目与新建中型煤化工装置中，晋华炉的比较优势较为明显，不失为一种经济适用、效能良好、煤种适应性广的新型气化炉。以下对有关情况作一介绍。
1 晋华炉的设计原料煤煤种
晋华炉属于水煤浆加压气化工艺之一种炉型，水煤浆的成浆质量直接影响其气化效率，丰喜临猗分公司第一代晋华炉初始设计的煤种为陕西榆林气煤，原料煤煤质极限指标如下。
1）入炉煤分析数据：挥发分（V）31%～38%、固定碳（FC）50%～55%、灰分（A）≤15%、内水（Mad）≤5%、全水（Mt）≤12%，低位发热量25～27 MJ/kg，灰熔点（流动温度FT）1 150～1 280 ℃，哈氏可磨性指数56～58，煤浆浓度58%～65%，煤结焦特性为中等。
2）入磨煤机原料煤粒度指标：粒径≤50 mm的通过率24%，粒径≤30 mm的通过率45%，粒径≤15 mm的通过率80%，粒径≤5 mm的通过率100%。
3）入晋华炉煤浆指标：粒度≤14目（1 410 μm）的通过率100%，粒度≤40目（420 μm）的通过率90%～98%，粒度≤120目（125 μm）的通过率50%～60%，粒度≤200目（75 μm）的通过率40%～45%，粒度≤325目（44 μm）的通过率25%～35%。
2 原料煤煤质对晋华炉运行的影响分析
更多内容详见《中氮肥》2024年第2期