晉華爐”：突破“三高”煤利用世界性難題

4月1日，名為“晉華爐”的合成氣、蒸汽聯(lián)產(chǎn)氣化爐在陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司一次點(diǎn)火、投料、并氣成功，這個(gè)省級(jí)煤基低碳重大科技攻關(guān)項(xiàng)目解決了煤化工領(lǐng)域“三高”煤利用的技術(shù)難題，如今“晉華爐”運(yùn)轉(zhuǎn)兩月有余，效果究竟如何——

氣化是煤化工領(lǐng)域的最關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)在建、擬建及建成的大型現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目的核心裝置基本都是氣化部分，以致于在國(guó)內(nèi)煤氣化技術(shù)形成了十余種“流派”。然而，無(wú)論哪種“流派”，其使用的原料均為優(yōu)質(zhì)煤，“三高”(高硫、高灰、高灰熔點(diǎn))劣質(zhì)煤的使用一直以來(lái)都是大家想攻克又難以突破的技術(shù)。如今，這一突破在我省得以實(shí)現(xiàn)，4月1日，合成氣、蒸汽聯(lián)產(chǎn)氣化爐在陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司臨猗分公司一次點(diǎn)火、投料、并氣成功。那么運(yùn)行兩月有余效果如何呢?6月16日，記者走進(jìn)陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司一探究竟。

30余米的混凝土框架中，并排著4臺(tái)氣化爐，最靠外側(cè)的3號(hào)爐爐頂上新增加了10米高的鋼結(jié)構(gòu)，使其看上去格外地“魁梧”，圍繞3號(hào)爐的混凝土框架外部新增的不銹鋼蒸汽管道在太陽(yáng)光的照耀下很是“閃眼”，這就是已經(jīng)運(yùn)行70余天的合成氣、蒸汽聯(lián)產(chǎn)氣化爐，又稱“晉華爐”。

“截至目前，‘晉華爐’各項(xiàng)設(shè)計(jì)均達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。氣化爐的有效氣體成分、氧耗、煤耗等工藝指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)，特別是煤種適應(yīng)性好，能消化高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)煤，實(shí)現(xiàn)了原料煤本地化。”陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司總經(jīng)理原中秋對(duì)記者說(shuō)，之前公司使用的是神木煤，現(xiàn)在使用當(dāng)?shù)孛杭纯伞?/p>

“依靠科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)煤的高效節(jié)能利用，是我們陽(yáng)煤豐喜一直追求的目標(biāo)，因?yàn)閷?shí)踐證明，像我們這樣的煤化工企業(yè)，如果不發(fā)展、不創(chuàng)新，不超過(guò)5年就會(huì)面臨技術(shù)淘汰、企業(yè)可能生存難繼。”原中秋說(shuō)。陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司主要產(chǎn)品是尿素、甲醇，2015年產(chǎn)值16億元。近年來(lái)受市場(chǎng)因素影響，利潤(rùn)持續(xù)下滑。2015年，企業(yè)與清華大學(xué)合作，投入2400萬(wàn)元進(jìn)行氣化爐改造。

“‘晉華爐’是產(chǎn)學(xué)研緊密高效合作結(jié)出的碩果。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、清華大學(xué)山西清潔能源研究院常務(wù)副院長(zhǎng)張建勝教授介紹，新式氣化爐的研制是本著立足山西，解決本地“三高”煤不能高效清潔氣化的難題。

2015年7月，在陽(yáng)煤集團(tuán)主持下，清華大學(xué)山西清潔能源研究院牽頭，聯(lián)合山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司和山西陽(yáng)煤化工機(jī)械(集團(tuán))有限公司組成緊密型產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)盟;10月，陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司開(kāi)始進(jìn)行耐火磚氣化爐拆除;12月，臨猗分公司晉華爐設(shè)備安裝完工。2016年1月，現(xiàn)場(chǎng)配管完成;2至3月，進(jìn)行吹除、試壓、試漏、單體試車、聯(lián)動(dòng)試車、烘爐等試驗(yàn);4月1日，世界首臺(tái)采用“水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發(fā)生器”的“晉華爐”問(wèn)世。

在臨猗分公司，記者了解到，“晉華爐”運(yùn)行2個(gè)多月來(lái)，性能可靠穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生堵渣現(xiàn)象;運(yùn)行過(guò)程中積灰少，熱效率高。原中秋做了一個(gè)對(duì)比，原來(lái)的爐子檢修需停爐半個(gè)月，現(xiàn)在只需2天;原來(lái)的爐子80個(gè)小時(shí)才能產(chǎn)生煙氣，現(xiàn)在2-3小時(shí)就可出氣。

“現(xiàn)在的技術(shù)和以前比起來(lái)，優(yōu)勢(shì)明顯，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)突破。”張建勝說(shuō)，“晉華爐”的科技創(chuàng)新點(diǎn)在于：核心部件輻射式蒸汽發(fā)生器借鑒了液態(tài)排渣旋風(fēng)鍋爐的進(jìn)口和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，能有效避免國(guó)外同類技術(shù)存在的堵渣和積灰問(wèn)題;獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少了雙面受熱面的布置比例，設(shè)備體積和投資減少;通過(guò)回收高溫合成氣熱量、副產(chǎn)高溫高壓蒸汽等方式，提高了能源轉(zhuǎn)換效率;運(yùn)行成本降低，減少了昂貴的耐火磚采購(gòu)、筑爐費(fèi)用;比起耐火磚每次開(kāi)車前升溫至少需要72小時(shí)，“晉華爐”升溫只需1小時(shí)，節(jié)約了燃料氣消耗;節(jié)水且廢水無(wú)難處理污染物，制漿過(guò)程還可處理污水。

據(jù)了解，正在運(yùn)行的“晉華爐”每噸合成氨可副產(chǎn)1.8噸高溫高壓蒸汽(相當(dāng)于每小時(shí)可產(chǎn)生約40噸5.4MPa高溫高壓蒸汽)，用于熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電，能量利用高，年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益3000萬(wàn)元以上，一年就可收回改造投資。其誕生標(biāo)志著我省煤氣化技術(shù)裝備取得里程碑式重大突破，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)全球第一：一是首次將“水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發(fā)生器”進(jìn)行了組合，成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。二是首次將原氣化爐(水煤漿+耐火磚+激冷流程)通過(guò)改造直接升級(jí)為更高效、可靠的聯(lián)產(chǎn)爐(水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發(fā)生器+激冷流程)，開(kāi)創(chuàng)了新型煤氣化技術(shù)改造先河。

中國(guó)工程院院士、熱能工程專家岳光溪評(píng)價(jià)稱，該技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，燃燒室爐內(nèi)操作溫度可由1400℃提高至1600℃以上，解決了山西“三高”煤的氣化難題，也為全國(guó)“三高”煤綜合利用、氣化提供了新方法、新手段。“晉華爐”項(xiàng)目對(duì)山西省改造傳統(tǒng)煤化工和發(fā)展煤制天然氣、煤制油、煤制烯烴、煤制乙二醇等新型煤化工產(chǎn)業(yè)具有重要意義。