現代大型煤化工中普遍應用的水煤漿進料液態排渣氣流床氣化爐，根據氣化爐隔熱襯里的不同分為水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐。水冷壁氣化爐以廢鍋流程為主，耐火磚氣化爐幾乎均為水激冷流程。本系列將從不同方面對水冷壁氣化爐與耐火磚氣化爐進行對比。
氣化爐大型化是指提高單臺氣化爐的處理能力，從而可以采用較少數量的氣化爐來達到相同的總處理規模，特別是對于大型煤化工項目，通過減少氣化爐系列數量，不僅可以節約投資和占地規模，而且降低了因頻繁倒爐和檢維修產生的運行費用。氣化爐大型化是現代煤氣化的發展方向。本文將對水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐的大型化進行對比分析。
目前，單噴嘴水煤漿耐火磚氣化爐的最大處理能力為日投煤量3000噸，運用在神華榆林循環經濟煤炭綜合利用項目，三開兩備，氣化壓力6.5MPa，為180萬噸／年煤制甲醇及聯產40萬噸／年合成氣制乙二醇工程提供合成氣，氣化爐于2020年投產。
3000噸/天耐火磚氣化爐由于灰渣量較大，耐火磚磨損嚴重，特別是渣口部分耐火磚壽命嚴重不足，造成氣化爐需要頻繁停爐更換爐磚。而且由于氣化爐處理氣量較大，為了避免渣口磚過度磨損，渣口尺寸也較大，短路碳顆粒增多，造成碳轉化率降低。從運行效果來看，耐火磚氣化爐的大型化伴隨著耐火磚壽命短和氣化效率低的問題。
水冷壁氣化爐大型化時，由于其筒體及底部渣口由水冷壁組件構成，水冷壁上固態渣層起隔離保護作用，水冷壁襯里完全不受熔渣的沖刷和侵蝕，其壽命不受大型化影響仍可達20年。而且大型化后的水冷壁氣化爐仍然可以容許較小的渣口尺寸，從而減少短路碳顆粒數量，強化了碳顆粒的返混，保證了固體顆粒的停留時間和碳轉化率。此外，水冷壁氣化爐燒嘴和耐火磚燒嘴具有相似的多通道結構，單臺處理量達3000噸/日的水煤漿多通道燒嘴已在耐火磚氣化爐上工程應用。可見，水冷壁氣化爐的大型化并不會帶來新的技術難題。
水冷壁廢鍋氣化爐的發展是伴隨著大型化的。2016年4月，首套水冷壁廢鍋氣化爐在山西陽煤豐喜肥業集團臨猗分公司開車成功，氣化爐壓力為4.0MPaG，日投煤量500t/d（有效氣產量30000Nm3/h）。2019年2月，河南金山集團金大地化工有限公司年產60萬噸合成氨項目開車成功，氣化爐壓力為6.5MPaG，日投煤量1500t/d（有效氣產量80000Nm3/h）。2020年8月，新疆天業匯合新材料有限公司年產60萬噸乙二醇項目開車成功，氣化爐壓力為6.5MPaG，日投煤量1800t/d（有效氣產量100000Nm3/h）。在氣化爐大型化的研發歷程中，積累了大量工程經驗，包括對燃燒室的流場數據模型、廢鍋積灰及換熱效率數據模型、合成氣激冷洗滌等關鍵點的研究。目前已完成單爐有效氣產量150000Nm3/h和200000Nm3/h規模的氣化爐技術積累。水冷壁廢鍋氣化爐的大型化具有充分的理論和技術基礎支撐，大型水冷壁廢鍋氣化爐將伴隨著節能高效的大型煤化工項目的發展而落地。
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
