現(xiàn)代大型煤化工中普遍應(yīng)用的水煤漿進(jìn)料液態(tài)排渣氣流床氣化爐，根據(jù)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(duì)水冷壁氣化爐與耐火磚氣化爐進(jìn)行對(duì)比。

   氣化能效是衡量煤炭清潔利用水平和能源利用效率的重要指標(biāo)。本文根據(jù)GB/T41038-2021規(guī)定的以煤、石油焦、半焦等為原料的氣流床水煤漿氣化單元的能效計(jì)算方法，計(jì)算并對(duì)比水冷壁氣化爐和耐火磚氣化爐的氣化能效。

   以煤制合成氨產(chǎn)品和6.5MPaG級(jí)氣化為例，以下列出了包含變換單元在內(nèi)的氣化系統(tǒng)物料、能量的輸入和輸出情況。從表中可以看出，水冷壁氣化爐廢鍋流程將高溫煤氣的顯熱回收，產(chǎn)生高品位蒸汽，水冷壁氣化爐廢鍋流程能效為78.81%，耐火磚氣化爐能效為72.17%，由于廢鍋副產(chǎn)蒸汽，水冷壁氣化爐廢鍋流程能效比耐火磚氣化爐高約6.64%。

   水冷壁氣化爐氣化單元副產(chǎn)蒸汽1.36噸/噸氨，變換單元副產(chǎn)蒸汽1.48噸/噸氨，氣化和變換單元共副產(chǎn)蒸汽2.84噸/噸氨。耐火磚氣化爐氣化單元無副產(chǎn)蒸汽，變換單元副產(chǎn)蒸汽1.82噸/噸氨，氣化和變換單元共副產(chǎn)蒸汽1.82噸/噸氨。從氣化和變換單元來看，水冷壁氣化爐副產(chǎn)蒸汽比耐火磚氣化爐多1.02噸/噸氨，且增加的蒸汽為高壓蒸汽，易于利用。

   從能量角度看，水冷壁氣化爐氣化和變換單元副產(chǎn)蒸汽回收的能量共7824MJ/噸氨，耐火磚氣化爐氣化和變換單元副產(chǎn)蒸汽回收的能量共5063MJ/噸氨。水冷壁氣化爐氣化和變換單元副產(chǎn)蒸汽回收的能量比耐火磚氣化爐高約55%，即增加一半以上。

   如果將水冷壁氣化爐廢鍋副產(chǎn)蒸汽全部用于拖動(dòng)空分汽輪機(jī)，可以降低空分制氧能量消耗。水冷壁氣化爐廢鍋副產(chǎn)蒸汽產(chǎn)能3622.44MJ/噸氨，氧氣耗能4514.40MJ/噸氨，水冷壁氣化爐廢鍋副產(chǎn)蒸汽回收能量可覆蓋約80%的空分制氧能耗，節(jié)能效果顯著。

注1：根據(jù)《GBT41038-2021氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算方法》表A.1

注2：根據(jù)《GBT41038-2021氣流床水煤漿氣化能效計(jì)算方法》表B.1

注3：能量輸入為正值，能量輸出為負(fù)值

   當(dāng)水冷壁氣化爐初始投料時(shí)，由于廢鍋內(nèi)受熱面潔凈無沾灰，換熱效率較高，廢鍋副產(chǎn)蒸汽量可能超過正常運(yùn)行值，此時(shí)氣化單元送至變換單元的合成氣水氣比降低，并且可能低于變換單元正常運(yùn)行要求的水氣比。在這種情況下，可以將廢鍋由于初始投料而多副產(chǎn)的飽和蒸汽加入至合成氣中，既提高了合成氣的水氣比以滿足變換要求，又使系統(tǒng)外送的廢鍋副產(chǎn)蒸汽維持穩(wěn)定，避免了蒸汽管網(wǎng)的沖擊。

   在山東清河化工科技有限公司煤制氫項(xiàng)目中，氣化單元采用水冷壁氣化爐廢鍋流程，變換單元采用三級(jí)絕熱變換，在變換單元的煤氣預(yù)熱器后配置有廢鍋副產(chǎn)飽和蒸汽管線與合成氣混合，無需采用動(dòng)力站的過熱蒸汽。在運(yùn)行過程中既滿足了變換爐的水氣比要求，又平衡了外送飽和蒸汽的量，山東清河化工煤制氫項(xiàng)目自2020年6月開車已穩(wěn)定運(yùn)行至今。

   綜上所述，以煤制合成氨產(chǎn)品和6.5MPaG級(jí)氣化為例，水冷壁氣化爐廢鍋流程能效為78.81%，比耐火磚氣化爐高約6.64%。水冷壁氣化爐可以將部分廢鍋副產(chǎn)蒸汽加入合成氣，既滿足變換單元水氣比要求，又使系統(tǒng)外送的廢鍋副產(chǎn)蒸汽維持穩(wěn)定。