氣流床煤氣化是現代煤化工產業的龍頭技術，按照進料方式的不同分為水煤漿進料和干粉進料，兩者均具有水冷壁襯里的氣化爐。本系列將從不同方面對水煤漿水冷壁氣化爐與干粉氣化爐進行對比。

   氣化爐反應室一般采用液態排渣，夾帶熔融灰渣的合成氣溫度可以達到1300℃以上，具有很高的顯熱熱量。在合成氣進一步處理前需要將其冷卻下來，常采用水激冷或者氣體激冷方式，損失了大量顯熱熱量。為了提高能源利用效率和能效水平，采用輻射式廢熱鍋爐回收高溫熔渣和合成氣的顯熱同時副產高壓蒸汽成為發展方向。水煤漿水冷壁氣化爐輻射廢鍋是成熟技術，已經有多個穩定運行的商業案例，最長連續運行時間已超過140天。干粉氣化爐輻射廢鍋尚無穩定運行的案例。本文將對水煤漿水冷壁氣化爐的輻射廢鍋和干粉氣化爐的輻射廢鍋進行對比分析。

   輻射廢鍋直接接收來自氣化爐反應室的粗煤氣，以單爐有效氣產量200000Nm³/h（日處理煤量3000噸級）為例，表1列出了典型干粉氣化爐和水煤漿氣化爐輻射廢鍋入口的合成氣流量和組成。從表中可以看出，在相同的有效氣產量條件下，水煤漿氣化爐粗煤氣中的H₂O和CO₂含量更高，其總的粗煤氣流量比干粉氣化爐高約37%。因此水煤漿氣化爐粗煤氣具有更大的顯熱量，在輻射廢鍋中相同的溫度降可以回收更多的熱量并副產更多的蒸汽。

   氣化爐產生的合成氣用于化工時，往往需要將一部分或者全部的CO通過變換反應轉化為H₂，同時消耗H₂O。為了變換工段不額外補充水或者水蒸氣，需要氣化爐合成氣中的水蒸氣具有一定的含量，而水蒸氣的產生主要通過合成氣顯熱來直接將激冷水氣化產生，因此輻射廢鍋能夠回收的最大熱量還與變換工段需要的水氣比有關。水煤漿氣化爐合成氣中H₂含量高，所需要的變換量小，因此變換工段水氣比要求比干粉氣化爐低。對于合成氨項目，水煤漿氣化爐粗煤氣水氣比要求高于0.78，此時輻射廢鍋可副產143t/h蒸汽；而干粉氣化爐即使是激冷流程也需要在變換工段向合成氣中補水，因此其輻射廢鍋已無顯熱回收潛力。對于合成甲醇項目，水煤漿氣化爐粗煤氣水氣比要求高于0.48，此時輻射廢鍋可副產208t/h蒸汽；而干粉氣化爐粗煤氣水氣比要求高于0.6，此時輻射廢鍋最多副產44t/h蒸汽，水煤漿輻射廢鍋副產蒸汽量幾乎是干粉廢鍋的4.7倍；即使是水煤漿氣化爐輻射廢鍋將合成氣溫度降低至與干粉氣化爐一致，也能副產65t/h蒸汽，高于干粉廢鍋，見表2。

   輻射廢鍋內的換熱以氣體輻射換熱為主，與氣體種類密切相關。H₂和N₂等分子結構對稱的雙原子氣體是熱輻射的透明體，而氣體輻射主要取決于H₂O和CO₂等三原子氣體。水煤漿氣化爐合成氣中具有熱輻射能力的H₂O和CO₂含量遠遠高于干粉氣化爐，根據初步估算，其輻射廢鍋氣體輻射黑度比干粉氣化爐高約25%。由于水煤漿氣化爐輻射廢鍋內良好的氣體輻射換熱效果，相同的設備能力下其輻射廢鍋設備尺寸可以更小。

   此外，輻射廢鍋的穩定運行受合成氣攜帶灰渣的影響。干粉氣化爐原料粒度細，氣化室壁面掛渣少而大部分灰顆粒隨氣流直接流出渣口，使得出氣化室的細灰含量大，細灰尺寸小，這些細灰進入輻射廢鍋后易彌散并沉積在廢鍋受熱面上，使受熱面沾污而影響換熱效率，造成蒸汽產量下降。水煤漿氣化爐氣化室中灰顆粒主要被壁面捕捉而團聚成大尺寸熔渣，進入輻射廢鍋后易受重力分離而直接落入激冷室，對廢鍋換熱效率影響較小。

   綜上所述，水煤漿水冷壁氣化爐輻射廢鍋的熱量回收和蒸汽產量潛力大、氣體輻射換熱效果好、灰渣對輻射廢鍋影響小，與干粉氣化爐相比，水煤漿水冷壁氣化爐發展輻射廢鍋技術具有更大的優勢。

作者簡介：管清亮，男，1988年10月出生，博士研究生學歷，高級工程師，2015年畢業于清華大學熱能工程系，主要從事煤氣化和煤炭清潔高效利用技術研究和開發工作。

撰稿 | 管清亮

編輯 | 李瑞丹

審核 | 岳軍