2018年10月25日，中国煤炭工业协会科学技术奖奖励办公室公告2018年度中国煤炭工业协会科学技术奖拟获奖项目。其中“水煤浆水冷壁废锅气化炉（晋华炉）”获特等奖。

      气化炉是煤化工装置的核心和龙头。我国气化炉开发不断突破，为世界提供了来自中国的解决方案。由清华大学山西清洁能源研究院、北京清创晋华科技有限公司、山西阳煤化工机械集团和阳煤丰喜肥业集团共同开发的合成气/蒸汽联产水煤浆水冷壁煤气化炉（晋华炉3.0）是世界首套水煤浆水冷壁直连辐射废锅的气化工业装置，不仅能提供化工合成气，还可提供工艺、动力用高压、高品质蒸汽。晋华炉获得了2018年度中国煤炭工业协会科学技术奖特等奖，为煤炭清洁、高效利用提供了中国方案。

晋华炉的前世今生

第一代：非熔渣—熔渣分级气化技术

时间闪回到2001年。丰喜集团、清华大学、北京达立科科技有限公司3方决定组建产学研联盟，共同申报“863”计划，研发具有世界先进水平的气化炉技术。目标很明确：这台自主创新的气化炉,要包括气化工艺全流程的优化创新，提高煤种适应性、气化系统的稳定性和可靠性，形成一套经济型气流床气化技术体系。由于是清华大学为主进行的科研项目，故3方一致同意，将这台气化炉命名为清华炉。

清华炉主要技术原理是将煤炭加工成粉状(水煤浆或干粉)，加压送入部分氧化气化炉中生产合成气。其原料(水煤浆、干煤粉或者其它含炭物质)通过给料机构和燃料喷嘴进入气化炉的第一段。采用纯氧作为气化剂，其他气体（如氧气或与氧气以任意比例相混合的二氧化碳、氮气、水蒸气)作为预混气体调节控制第一段氧气的加入比例，使第一段的温度保持在灰熔点以下。在第二段再补充部分氧气，使第二段的温度达到煤的灰熔点以上并完成气化过程。业内人士将这一技术原理概括为非熔渣—熔渣分级气化技术。

第二代：水煤浆水冷壁气化技术

2011年8月，一台直径2800/3200的水煤浆水冷壁气化炉在丰喜集团投入运行。与第一代清华炉一样，首次投料即进入稳定运行状态，并创造了安全、稳定、连续运行140天的气化炉开车新记录。水冷壁技术成功解决了水煤浆的点火、稳燃和效率问题，充分发挥出了水煤浆耐火砖和干粉水冷壁技术的全部优点，同时还有效避开了它们的不足之处。水冷壁产生蒸汽从气化炉吸取的热量与炉外壁温降为气化炉节约的热量平衡，气体质量与耐火砖炉相当，不必每年数次更换锥底砖，扩大了原料煤的适应性。

第三代：水煤浆+水冷壁+辐射式蒸汽发生器

清华炉研发团队之一的北京达立科公司退出。而此前一直参与清华炉开发与制造的山西阳煤化工机械有限公司正式参与到联盟之中。由于合作方的改变，再一次改进的清华炉改叫晋华炉。

晋华炉的科技创新点在于：核心部件辐射式蒸汽发生器借鉴液态排渣旋风锅炉的进口和结构设计理念，能有效避免国外同类技术存在的堵渣和积灰问题；改进结构设计能减少双面受热面的布置比例，设备体积和投资减少；通过回收高温合成气热量、副产高温高压蒸汽等方式，可提高能源转换效率。

晋华炉3.0的水冷壁及辐射废锅设计充分吸收和采用了锅炉行业成熟的水冷壁技术，主要结构特点包括，气化室水冷壁采用优化设计的垂直悬挂膜式壁结构；热能回收采用垂直管结构辐射式废锅，水系统设计为本质安全的自然循环；工艺烧嘴采用特殊结构的点火和运行组合烧嘴，点火、投料程序一体化；取消激冷环，简化激冷流程。

用该技术在阳煤丰喜集团临猗分公司建成了首台日处理煤量为500吨的气化炉示范装置，2016年4月1日，首台采用水煤浆+膜式壁+辐射式蒸汽发生器的晋华炉在阳煤丰喜临猗分公司一次点火、投料、并气成功，各项设计指标一次性达标。人们惊喜地发现，以前的炉子用的是耐火砖，每年至少要更换两套锥底砖，一套耐火砖花费就是300多万元，耗时近两个月，而晋华炉用水冷壁替代耐火砖，取消了耐火砖的更换成本。而且比起原耐火砖每次开车前升温至少需要72小时，晋华炉升温只需1小时。还有，晋华炉可以不设置备用炉，按一条备用生产线算下来，这一项就省上亿的投资。此外，晋华炉制浆过程同时可处理污水。同时，晋华炉的使用寿命可达20年！晋华炉4.0正在积极地迈出自己的第一步。

技术原理

晋华炉水煤浆气化技术是目前先进的气流床气化技术。气化原料（水煤浆）和氧化剂（纯氧）通过组合式工艺烧嘴进入气化炉，在气化炉内，煤粉颗粒、氧气、水等在高温、高压条件下发生复杂的氧化还原反应，生成以CO、H2、CO2、CH4、H2S为主的合成气，适合作为煤基化工产品、煤基液体燃料、合成天然气、IGCC发电、制氢、直接还原炼铁等过程的原料气及燃料气使用。

       水煤浆水冷壁废锅气化炉技术拥有自主知识产权，提高系统热效率的同时可以扩大煤种适应性，节能环保，经济效益和社会效益明显，综合性能优异、总体技术处于国际领先水平。该气化炉采用气化炉气化室、辐射式蒸汽发生器、激冷室直连共用一个整体外壳气化炉；结构简单，投资低；可以副产高品质蒸汽，系统热效率高；可以使用高熔点、高硫、高灰分及半焦、石油焦等作为气化原料，煤种适应性好；进入激冷室的粗合成气温度低，激冷水量和灰水循环量减少，节能环保。

晋华炉应用情况

经济效益

煤种适应性更广，可实现原料煤本地化，节约原料成本；晋华炉升温只需一小时，节约了燃料气的消耗，废气排放少；1000Nm3（CO+H2）可以副产0.65~1.1吨高压蒸汽；采用6.5MPa气化（或者8.7MPa）的气化压力会降低低温甲醇洗和后续的压缩功；不需要备用炉，整体投资更低。

环境效益

（1）废水：不含有机物，易处理；

（2）废渣：粗渣内不含铬，渣灰比为8:2，粗渣比例高且易于处理；

（3）废气：正常开车没有废气排放，烘炉开车阶段时间短，废气排放少。

社会效益

（1）三废排放少；

（2）安全性好；

（3）没有辐射性仪表，工作环境好；

（4）节水：晋华炉充分利用原料煤种的水分，在制浆过程中可以使用装置的有机废水，降低废水处理系统的投资和运行费用。

晋华炉实现了两个全球首次：一是首次将水煤浆、膜式壁、辐射式蒸汽发生器进行了组合,并成功实现工业化；二是首次将原气化炉(水煤浆+耐火砖+激冷流程)通过改造直接升级为更高效、可靠的联产炉(水煤浆+膜式壁+辐射式蒸汽发生器+激冷流程),解决了山西“三高”煤不能高效清洁气化的难题，为中国煤气化事业的发展做出新的贡献。

采编/杨小乔  

推荐阅读

走进2018年冶金科学技术奖一等奖 “烧结料面喷吹蒸汽机理研究及应用”项目

 “能源界诺贝尔奖”颁发，首位华人科学家王中林院士获奖