表4 晋华炉技术参数
项目 | 具体参数 | |
气化技术类型 | 气流床气化技术 | |
气化技术名称 | 晋华炉水煤浆气化技术 | |
气化炉组合方式 | 日投煤量500吨~3000吨 | |
进料方式 | 水煤浆 | |
进料位置 | 顶部单烧嘴 | |
喷嘴类型和特点 | 启动、工作双功能组合工艺烧嘴，整体夹套式冷却结构，烧嘴制造和拆装方便，共用汽包热水循环系统的冷却水流程，热应力降低、寿命延长 | |
气化炉燃烧室流场结构 | 受限射流+回流+平推流，挂渣均匀稳定 | |
水冷壁 | 膜式水冷壁+碳化硅耐火层，水力循环采用本质安全自然循环设计，强制循环运行，运行安全可靠 | |
合成气显热回收方式 | 辐射废锅，热效率高 | |
合成气洗涤方式 | 激冷+文丘里+洗涤塔，出气化系统合成气含尘量小于1mg/Nm3 | |
气化介质 | 氧气 | |
技术运行的阶段 | 大规模工业应用 | |
运行周期 | 烧嘴寿命大于140天，单炉年运行时间大于8000小时 | |
煤的粒度范围 | 无要求 | |
煤的工业分析及要求 | 灰分5~28%，灰熔点最高可大于1650℃，挥发份无要求，成浆浓度最低可达46% | |
操作条件 | 操作压力：常压~8.7MPa 操作温度：高于原料煤灰熔点约50℃运行，晋华炉的操作温度可达1700℃ | |
干基煤气组成 | 一氧化碳：43%~48% (vol.) 氢气：33%~38% (vol.) 二氧化碳：16%~19% (vol.) | |
工业指标 | 氧耗 | 350~390 Nm3/kNm3(CO+H2) |
蒸汽消耗 | 无 | |
标煤煤耗 | 570~580 Kg//kNm3(CO+H2) | |
碳转化率 | 99% | |
适合工业领域 | 煤制合成氨、甲醇、乙二醇、氢气、煤制油、煤制天然气、IGCC等 | |
四、市场应用情况
晋华炉问世即引起煤化工界高度关注，吸引美国、加拿大、韩国、南非、朝鲜、爱沙尼亚六国和神华集团、中煤集团、惠生集团、华鲁恒升等二百余家企业观摩考察、洽谈合作。晋华炉3.0自2016年4月推向市场至今，已累计与国内外32家煤化工企业签订气化炉70台套，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。
截止目前，晋华炉系列已签约气化炉105台，其中晋华炉1.0投运7台，晋华炉2.0投运17台，晋华炉3.0投运12台
晋华炉获得朝鲜、韩国和南非等多个国家技术认可和应用意向，2017年出口至朝鲜顺川化学工厂，实现了我国自主煤气化技术首次在海外的实际商业应用。
晋华炉节能降耗和环保综合性能优异，具有煤种适应性好、能量利用率高、污染排放少、运行成本低等特点。无论是煤化工新建项目，还是固定床气化装置的原料路线改造，亦或是对水煤浆耐火砖气化炉的升级改造，晋华炉都具有显著的技术优势，预期晋华炉在煤化工行业具有广阔的市场前景。
表5 近年来晋华炉应用情况
序号 | 应用单位 | 气化压力 | 最终产品 | 炉台数 |
1 | 山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司 | 4.0MPaG | 甲醇/合成氨 | 1 |
2 | 山西南耀集团昌晋苑焦化有限公司 | 6.5MPaG | 甲醇/氢气 | 1+0 |
3 | 河南金大地化工有限责任公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+1 |
4 | 兰州兰石集团张掖晋源昌20万吨/年焦油加氢项目 | 2.5MPaG | 氢气 | 2+0 |
5 | 山西一丁煤化工科技有限公司 | 6.5MPaG | 乙二醇 | 2+0 |
6 | 湖北钟祥市金鹰能源科技有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+0 |
7 | 江苏德邦兴华科技有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+0 |
8 | 山东金诚石化有限公司 | 6.5MPaG | 氢气 | 2+0 |
9 | 朝鲜顺川项目 | 4.0MPaG | 甲醇 | 1+0 |
10 | 新疆天业100万吨乙二醇 | 6.5MPaG | 乙二醇 | 3+1 |
11 | 内蒙古安捷科技 | 4.5MPaG | 乙二醇 | 2+0 |
12 | 宁波科元塑胶 | 3.0MPaG | 制氢 | 1+0 |
13 | 山西松蓝化工 | 4.5MPaG | 乙二醇 | 2+0 |
14 | 山东胜星化工 | 6.5MPaG | 制氢 | 2+0 |
15 | 浙江晋巨化工有限公司 | 6.5MPaG | 甲醇/合成氨 | 2+0 |
16 | 内蒙开滦化工有限公司 | 6.5MPaG | 乙二醇 | 2+0 |
17 | 重庆宜化化工有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+0 |
18 | 阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司 | 4.5MPaG | 丁辛醇 | 1+1 |
19 | 呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+0 |
20 | 陕西清水银泉煤业发展有限公司 | 6.5MPaG | 三聚氰胺 | 2+1 |
21 | 沧州旭阳化工有限公司 | 6.7MPaG | 己内酰胺 | 2+1 |
22 | 山东方明化工有限公司 | 6.7MPaG | 环己酮 己内酰胺 | 2+0 |
23 | 金大地合成氨扩建项目（四期） | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+0 |
24 | 陕西龙华集团煤业科技发展有限公司 | 6.8MPaG | 合成氨 | 2+1 |
25 | 阳煤平原化工有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+0 |
26 | 陕西陕化煤化工集团有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 改造 |
27 | 江山市双氧水有限公司 | 2.2MPaG | 双氧水 | 1+1 |
28 | 山东巨铭能源有限公司 | 4.0MPaG | 合成氨 | 1+1 |
29 | 山东圣奥化学科技有限公司 | 2.2MPaG | 氢气 | 2+0 |
30 | 连云港碱业有限公司 | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+1 |
31 | 金大地联碱绿色转型产业园项目60万吨/年合成氨（五期） | 6.5MPaG | 合成氨 | 2+1 |
32 | 湖北金江新材料科技有限公司（金大地六期） | 6.5MPaG | 合成氨 | 4+1 |
五、典型运行案例
1.河南金大地化工有限公司
河南金山集团金大地化工有限公司在河南省舞阳县建设的年产45万吨合成氨搬迁改造项目，采用三台气化压力6.5MPaG晋华炉，两开一备。以神木煤和焦作煤的混煤为原料。设计单炉生产有效气78750Nm3/h(CO+H2)，设计气化单元总有效气产量为157500 Nm3/h(CO+H2)，设计气化炉废锅副产9.8MPaG饱和蒸汽56.9t/h。工程化设计由中国天辰工程有限公司进行。
2019年2月2日，晋华炉气化装置一次投料开车成功。2019年3月1日，打通全部流程，产出合格合成氨产品。这是继山西阳煤丰喜肥业集团临猗分公司的晋华炉装置开车后的又一套成功开车的晋华炉气化装置。晋华炉运行稳定，气化指标达到或超过设计值。晋华炉气化装置的副产蒸汽以每吨100元计算，每年可为河南金大地产生经济效益近1亿元。
项目 | 单位 | 运行煤种 | 设计煤种 | |
工业分析 | 收到基水分Mar | wt% | 10.6 | 9.95 |
空干基水分Mad | wt% | 4.18 | 4.36 | |
灰分 Ash d | wt% | 8.97 | 17.01 | |
挥发分 Vd | wt% | 35.74 | 19.89 | |
固定碳 FCd | wt% | 55.29 | 63.1 | |
元素分析 | 碳Cd | wt% | 70.7 | 72.16 |
氢Hd | wt% | 4.80 | 3.58 | |
氮Nd | wt% | 0.87 | 0.93 | |
硫St.d | wt% | 0.52 | 0.63 | |
氧Od | wt% | 14.13 | 5.56 | |
发热量 | Qgr.d | MJ/kg | 28.08 | 26.61 |
Qnet.ar | MJ/kg | 25.11 | 23.93 | |
灰熔点 | 变形温度DT | ℃ | 1140 | |
软化温度ST | ℃ | 1160 | ||
半球温度HT | ℃ | 1180 | ||
流动温度FT | ℃ | 1210 | 1395 | |
煤浆浓度 | wt | % | 60 | 62 |
关键运行数据如下表：
参数 | 单位 | 运行数据 | 设计煤种数据 | 备注 |
煤浆浓度 | wt% | 61 | 62 | |
煤浆流量 | t/h | 73.9（61~62m3/h） | 79.9 | 单炉 |
氧气流量 | Nm3/h | 28800 | 35020 | 单炉 |
操作压力 | MPaG | 6.15 | 6.5 | 单炉 |
氧煤比 | 484 | 541 | 单炉 | |
煤种灰熔点 | ℃ | 1210 | 1395 | |
废锅汽包产蒸汽(9.0MPaG) | t/h | 56.4 | 62.4 | 单炉 |
比煤耗 | kg/kNm3（CO+H2） | ~563 | 628.6 | 干基 |
比氧耗 | Nm3/kNm3（CO+H2） | ~373 | 444.4 | |
电耗 | kwh/kNm3（CO+H2） | 26.4 | 37 | |
有效气成分 | % | 80.5~81.2 | 79.4 | |
有效气产量 | Nm3/h | 78800 | 78800 | |
粗渣中残碳质量分数 | % | 1.3~4.8 | 3~5 | |
细灰中残碳质量分数 | % | 20.4~31.5 | 25~45 | |
碳转化率 | % | 99.4 | 98.5 |
金大地气化副产蒸汽达到吨氨1.35吨以上，全装置吨氨副产蒸汽约4吨左右，全装置吨氨电耗200KWh左右。与金大地以前的固定床气化相比，吨合成氨成本下降600元以上。
图/ 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
2、新疆天业汇合新材料有限公司
新疆天业汇合新材料有限公司在新疆147团十户滩建设100万吨/年乙二醇装置，一期项目60万吨/年乙二醇装置。
气化装置采用四台晋华炉（3.0），三开一备，2020年7月29日水煤浆投料一次成功， 8月24日顺利产出聚酯级乙二醇产品，经检测，产品纯度为99.96%，紫外透光率良好，符合国家优等品乙二醇标准，满足聚酯行业对乙二醇指标的最高要求，标志着该项目全流程打通并进入生产运行阶段，气化炉单炉连续运行周期超140天。单台晋华炉（3.0）废锅副产10.0MPa饱和蒸汽60吨/时左右，高压蒸汽经过加热炉过热后并入高压蒸汽管网。
