一、引言

晋华炉是一种水煤浆加压气化炉，具有独特的工艺原理和特点。其操作原理和工艺特点对于提高气化效率、降低环境污染具有重要意义。本文将详细介绍晋华炉的工艺原理和特点，以期为相关领域的研究和实践提供参考。该炉是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）有限公司、阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司所组成的“产学研制用”联盟联合研发的具有完全自主知识产权的水煤浆气化技术。

二、晋华炉工艺原理

晋华炉是一种水煤浆加压气化炉，采用两相并流气化技术。煤浆和氧气通过特制烧嘴混合后喷入气化炉内，煤颗粒在高温环境中快速热裂解，裂解产物在高浓度氧中燃烧，提供气化反应所需热量。气化反应迅速，固体停留时间仅数秒。反应生成的粗煤气中甲烷含量少，且由于高温不产生凝聚副产物，环境污染小。炉内颗粒经历湍流弥散、振荡运动、对流和辐射加热、蒸发与挥发分析出、气相反应和多相反应等步骤。气化炉内形成熔渣层，其厚度在炉膛轴线上先减小后增加。渣层表面温度接近气相温度，内部温度梯度大。水冷壁和耐火材料温度较低，体现“以渣抗渣”的思想，延长使用寿命。

三、晋华炉工艺特点

晋华炉作为一种先进的气化炉，具有多种优点。首先，其水煤浆加压气化工艺成熟，运行安全可靠，避免了粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、易泄漏等难题。其次，晋华炉的煤种适应性强，气化温度可达1550℃或更高，碳转化率高，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。此外，晋华炉还具有系统运转率高、安全性强、能量利用率高、系统启动快、流程设计更优化以及经济效益好等优点。这些优点使得晋华炉在气化领域具有很高的竞争力。

在具体的应用中，晋华炉可用于生产合成氨、甲醇、氢气、一氧化碳等化工产品。在合成氨生产中，晋华炉可以提供原料气，经过后续的变换和脱碳过程，最终得到纯净的氢气和氮气。在甲醇生产中，晋华炉可以提供合成气，经过后续的压缩和合成过程，最终得到甲醇产品。此外，晋华炉还可以用于生产氢气和一氧化碳等气体，为工业生产和科学研究提供必要的原料。总的来说，晋华炉作为一种先进的气化炉，具有多种优点和应用领域。其成熟的水煤浆加压气化工艺、高适应性的煤种、高系统运转率、高安全性、高能量利用率、快速启动、优化流程设计以及良好的经济效益等特点，使得晋华炉在气化领域具有很高的竞争力和广泛的应用前景。

四、晋华炉煤气化工艺流程

晋华炉气化装置分为水煤浆制备、气化和灰水处理三个工段。在水煤浆制备工段，原料煤经过称重、计量后进入磨煤机，与工厂废水及添加剂一同磨成一定浓度和粒度的煤浆，再经滚筒筛过滤后送至煤浆槽备用。气化工段中，煤浆由高压煤浆泵送至气化炉，与来自空分的氧气在高温条件下瞬间完成部分氧化反应生成粗煤气。粗煤气和熔渣进入辐射废锅回收热量，粗煤气降温后与废锅底部的激冷水混合进入洗气塔，洗涤降温除尘后送至用户。为保护工艺烧嘴，在烧嘴端部设有水夹套进行冷却。气化炉反应中产生的熔渣随粗煤气进入废锅回收热量，冷却后由锁斗系统排入渣池，由捞渣机捞出外运。灰水处理工段则处理气化过程中产生的黑水。黑水进入高压闪蒸罐减压闪蒸，部分蒸汽回收利用，剩余黑水经低压闪蒸罐和真空闪蒸罐进一步处理，释放溶解气体。真空闪蒸罐出来的蒸汽经冷凝分离后进入灰水槽，利用液位作为液封保证真空度。真空度由闪蒸真空泵实现。晋华炉气化装置通过这三个工段的协同作用，实现了高效、环保的煤气化过程。

五、晋华炉对比传统耐火砖气化炉的优势

操作便利性：晋华炉使用多个手段检测炉温，除了渣口压差、气体成分外，还可以通过蒸汽产量、水冷壁出口温度等判断炉温，使得操作更为便利。

煤种适应性：晋华炉对灰熔点、碱金属、挥发分没有要求，煤种适应范围广，相比之下，传统耐火砖气化炉则对煤种有较严格的要求。

闪蒸系统：由于晋华炉气化炉激冷水量小，去往闪蒸系统的水量比耐火砖气化炉少60%，因此闪蒸系统设备较小，投资低。

气化和灰水框架：晋华炉一般设置一个框架，虽然气化框架比耐火砖气化炉框架高十米左右，但整体投资低。

烧嘴冷却水系统：晋华炉的烧嘴冷却水温度较高，可以改善烧嘴运行工艺，不存在露点腐蚀、硫腐蚀和应力腐蚀，相比之下，传统耐火砖气化炉的烧嘴冷却水系统存在这些问题。

气化炉启动时间：晋华炉从冷态启动至满负荷只需3小时，而传统耐火砖气化炉则需要72~80小时。

耐火砖更换费用：晋华炉的耐火砖可以使用更长时间，大约为0小时左右更换一次向火面砖，平均每年耐火砖更换费用约1900万元。

安全性：晋华炉的烧嘴冷却水压力高于气化炉压力，轻微泄漏不必马上停车，相比之下，传统耐火砖气化炉的烧嘴冷却水压力低于气化炉压力，轻微泄漏会造成高温合成气漏入烧嘴冷却水系统，存在安全风险。

综上所述，晋华炉在操作便利性、煤种适应性、闪蒸系统、气化和灰水框架、烧嘴冷却水系统、气化炉启动时间、耐火砖更换费用以及安全性等方面相比传统耐火砖气化炉具有优势。

六、晋华炉近年来业绩

七、结论

晋华炉作为煤气化技术的核心装备，以其独特的技术优势和广泛的市场应用前景，展示了其在煤气化领域的领先地位。晋华炉3.0的创新技术实现了气化炉燃烧室高温煤气显热的直接回收，为煤炭资源的清洁高效利用提供了核心技术支持。同时，其显著的节能减碳能力也为企业带来了可观的经济效益和环保效益。晋华炉的应用领域广泛，可以应用于多个煤气化相关的产业领域，为相关产业的发展注入了新的动力。此外，晋华炉的全面国产化不仅降低了设备成本，提高了设备的可获得性，也推动了国内相关产业的发展。晋华炉在国内外市场上表现强劲，国内市场占有率高达70%，同时在国际上也获得了多项发明授权。其稳定的运行性能在实际运行中得到了验证，如新疆天业项目的晋华炉平稳运行超过130天，进一步证明了其技术的成熟性和可靠性。综上所述，晋华炉的先进技术、显著的节能减碳能力、广泛的应用领域、全面的国产化、强大的市场表现以及稳定的运行性能等优势，使其具有极高的推广价值和应用前景。