9月3日，航天長征化學工程股份有限公司(簡稱航天工程)在吉林省松原市發(fā)布了航天爐褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)鑒定成果。該技術(shù)率先用于中化吉林長山化工有限公司(簡稱中化長山)尿素改擴建項目并取得亮眼的運行效果，為大規(guī)模加工利用豐富的劣質(zhì)煤資源這一難題提供了航天方案。來自全國各地的與會代表通過參觀和深入交流，充分了解該技術(shù)后，認為該技術(shù)投資低、流程短，容易實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行，具有很好的推廣價值和前景。

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圖為鑒定成果發(fā)布會現(xiàn)場

　　我國富煤、貧油、少氣的資源結(jié)構(gòu)，以及新能源占比很小的現(xiàn)實，決定了未來很長時期內(nèi)煤炭仍將是我國的主體能源。盡管我國總體富煤，但煤炭品質(zhì)并不都盡如人意，低階煤包括褐煤、高硫原煤、高灰原煤等，占全國煤炭資源總量的40%左右。

　　截至目前，全國已探明褐煤儲量約1300億噸，占我國煤炭資源儲量的13%。它主要分布在蒙東、黑龍江和云南等地區(qū)，資源供應(yīng)豐富，開采成本低，推進褐煤在產(chǎn)地周邊就近轉(zhuǎn)化利用，是落實國家能源安全戰(zhàn)略、促進地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

　　褐煤作為煤化程度最低的煤，碳含量低、氫和氧含量高，具有水分及揮發(fā)分含量高、灰熔融性變化范圍大、熱值低、熱穩(wěn)定性差、反應(yīng)活性高等特點，與煙煤和無煙煤相比，無論是作動力煤還是作原料煤在品質(zhì)上都存在較大差距，清潔高效加工實現(xiàn)資源化利用的技術(shù)難度也更大。正因如此，目前國內(nèi)褐煤的開發(fā)利用不夠充分，褐煤資源被閑置或低質(zhì)化利用的現(xiàn)象普遍存在。

　　如何有效開發(fā)利用好褐煤資源，成為提高我國煤炭資源利用率、更有效落實國家能源安全戰(zhàn)略的重要抓手之一，也是煤炭及深加工工業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要補短板工程，近年來持續(xù)成為能源領(lǐng)域關(guān)注的焦點。

　　中國煤炭工業(yè)協(xié)會名譽會長王顯政介紹，基于運輸安全性和經(jīng)濟性，褐煤的使用與有效利用半徑密切相關(guān)，就地加工轉(zhuǎn)化勢在必行。褐煤就地轉(zhuǎn)化有兩種途徑：發(fā)電和煤化一體化。相對而言，煤化一體化過程借助煤氣化爐這一轉(zhuǎn)化載體，可實現(xiàn)煤炭由燃料向原料、燃料并重轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)能源向潔凈能源轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)油、氣、烯烴及煤基化學品、煤基新材料，市場巨大，經(jīng)濟性也更為可觀。

　　航天工程副總經(jīng)理朱玉營指出，褐煤氣化在技術(shù)上存在四個主要難點：一是反應(yīng)活性好，燃燒劇烈，燒嘴頭部熱應(yīng)力大;二是火焰剛度低，容易造成“舔壁”;三是揮發(fā)分含量高，干燥和輸運環(huán)節(jié)安全和環(huán)保問題突出;四是褐煤煤粉的物化性質(zhì)不同，上下游工藝匹配存在問題。

　　長山首秀，運行數(shù)據(jù)亮眼

　　中化長山地處吉林省松原市，擁有60萬噸/年尿素、25萬噸/年復合肥、3000噸/年精嗎啉生產(chǎn)能力，副產(chǎn)液氧、液氮、液氬等產(chǎn)品。

　　中化長山尿素改擴建項目為新建一套30萬噸/年尿素裝置，由空分、氣化、凈化、氨合成和尿素等裝置組成，于2009年啟動，2013年開工建設(shè)，2015年7月竣工，2015年10月產(chǎn)出合成氨產(chǎn)品。其氣化裝置采用航天褐煤高效轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)粗合成氣，也是該技術(shù)首次應(yīng)用于褐煤氣化領(lǐng)域。

　　中化長山造氣車間主任周啟航介紹，該氣化裝置干燥工藝采用“滾筒預(yù)干燥”技術(shù)路線。氣化工藝采用“頂置單燒嘴+粉煤加壓氣化+下行水激冷”技術(shù)路線，可以實現(xiàn)較為寬泛的各類褐煤的轉(zhuǎn)化利用;技術(shù)先進，碳轉(zhuǎn)化率高，單位氧耗低;國產(chǎn)化率高，建設(shè)投資省，運行維護費用低;裝置運行穩(wěn)定可靠。

　　由于航天工程對褐煤氣化工藝的適應(yīng)性開發(fā)，中化長山項目實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行，技術(shù)指標亮眼。據(jù)周啟航介紹，裝置沒有發(fā)生過安全事故，且VOCs達標排放。2018年累計運行304天，氣化碳轉(zhuǎn)化率98.7%左右，有效氣含量88.5%。截至2019年7月底共運行199天，氣化碳轉(zhuǎn)化率98.8%左右，有效氣含量88.7%。

　　中化長山總工程師謝德全說：“以航天爐為龍頭的新建項目投產(chǎn)后，合成氨生產(chǎn)成本下降了500~600元/噸。企業(yè)經(jīng)歷了2016年到2017年化肥行業(yè)和尿素市場的低迷后，深刻理解了航天爐的能耗優(yōu)勢。”

　　周啟航介紹，中化長山今年前7個月已經(jīng)實現(xiàn)盈利近8000萬元，全年盈利預(yù)計有望實現(xiàn)1.5億元。

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為客戶代表現(xiàn)場觀摩中化長山航天氣化裝置

　　逐個擊破，整體技術(shù)國際先進

　　朱玉營表示，為了破解這些“攔路虎”問題，航天工程多年深入研究蒙東褐煤煤質(zhì)特性，吃透了褐煤的氣化特性、熔渣特性及煤粉的物化性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，針對性開發(fā)出了新型燒嘴、新型氣化爐及褐煤預(yù)干燥和輸送工藝路線，實現(xiàn)了褐煤氣化裝置的高效、清潔、安全、穩(wěn)定運行。

　　航天工程建立了典型褐煤煤質(zhì)氣化及熔渣特性、褐煤煤粉輸運特性數(shù)據(jù)庫，為國內(nèi)其他地區(qū)以及海外褐煤氣化項目的推廣提供了條件。航天工程市場開發(fā)部宋高鵬介紹說，對蒙東褐煤進行元素分析和工業(yè)分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)原煤水分含量較高，約在30%左右，熱值較低、灰分波動較大、揮發(fā)分含量高、易磨煤。

　　在充分研究褐煤數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，航天工程總結(jié)了蒙東褐煤的高效清潔轉(zhuǎn)化思路。宋高鵬表示，蒙東褐煤水分高熱值低，應(yīng)優(yōu)先選用30%左右含水，熱值3500KCal/kg以上的煤種，就近轉(zhuǎn)化，運輸距離控制在200~300km半徑內(nèi)。蒙東褐煤渣粘溫特性較好，操作窗口較寬，優(yōu)先選用操作窗口>80℃以上的煤種作為原料煤使用。蒙東褐煤灰分含量和灰熔點波動較大，優(yōu)先選用入爐基灰分在8%~15%，灰熔點在1200℃~1350℃的煤種作為原料煤使用。蒙東褐煤揮發(fā)分含量高，反應(yīng)活性高，物理化學性質(zhì)明顯區(qū)別與煙煤，干燥和輸送工藝要重點解決好安全、環(huán)保問題，以及系統(tǒng)的工藝參數(shù)匹配問題。

　　對此，王顯政指出，行業(yè)之前發(fā)展吃虧在先造好氣化爐再去匹配原料煤，越試產(chǎn)生的問題越多。航天爐最大的特點是先研究透原料，再進行爐型設(shè)計，這是取得成功的重要因素之一。

　　宋高鵬介紹，公司在新型燒嘴(燃燒器)開發(fā)過程中，主要針對燒嘴頭部熱防護、燒嘴噴口結(jié)構(gòu)、燒嘴粉煤通道均布結(jié)構(gòu)等方面進行了研發(fā)。其中，通過燒嘴噴口結(jié)構(gòu)開發(fā)，確定了燒嘴噴口結(jié)構(gòu)方案，實現(xiàn)爐內(nèi)高溫區(qū)下移，有效延長燒嘴壽命，提升氣化燒嘴性能。通過燒嘴粉煤通道均布結(jié)構(gòu)研發(fā)，保證碳轉(zhuǎn)化率和燃燒效率，避免燒嘴偏燒，平均相對標準差由約49.16%降低到了6.75%。

　　宋高鵬介紹，公司在新型氣化爐研發(fā)方面，通過氣化室結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，模擬實驗獲取了褐煤熔渣在水冷壁面流動的一般規(guī)律，結(jié)合仿真分析和褐煤煤灰特性，確定了水冷壁直徑、長徑比。通過氣化室渣口設(shè)計，確定了渣口結(jié)構(gòu)形式及關(guān)鍵尺寸，并針對煤種灰分波動引起的異常情況設(shè)計了渣口堵渣故障處理預(yù)案，確保氣化爐運行過程中渣口掛渣良好。另外，公司還開發(fā)了“滾筒預(yù)干燥+褐煤密閉輸送+褐煤磨煤干燥”組合工藝路線，解決了預(yù)干燥和輸運環(huán)節(jié)安全性和VOCs達標排放問題。

　　2019年8月31日，航天工程自主開發(fā)的國內(nèi)首套適用褐煤加工的粉煤水冷壁加壓氣化技術(shù)，通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。鑒定委員會專家鑒定意見為：該項技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，可實現(xiàn)褐煤的安全、清潔、高效轉(zhuǎn)化，整體達到國際先進水平，建議加快推廣應(yīng)用。

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圖為客戶代表聽取有關(guān)中化長山航天氣化裝置的現(xiàn)場講解

　　反響良好，加大推廣應(yīng)用

　　9月3日，航天爐褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)鑒定成果發(fā)布會上，來自全國的代表對該技術(shù)和中化長山運行情況進行了深入了解、交流。來自某煤化工企業(yè)的代表告訴記者，該技術(shù)投資低，流程短，容易實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行，推廣前景非常好。

　　一位新疆煤化工企業(yè)代表借參觀機會，與中控車間操作員就干燥機的參數(shù)進行深入交流。他告訴記者，自己企業(yè)當?shù)赜妹弘m非褐煤，但含水量與褐煤相近，此次專程來考察褐煤航天爐運行情況，在新上項目時會考慮選用航天爐。

　　此外，多家企業(yè)代表借著此次機會交流學習，考察航天爐運行情況。一位來自褐煤氣化技術(shù)研發(fā)企業(yè)代表告訴記者，利用此次機會學習交流航天褐煤技術(shù)，很有收獲。

　　針對航天爐褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)今后發(fā)展的重點方向，朱玉營表示，航天工程將加快我國褐煤產(chǎn)區(qū)的技術(shù)推廣應(yīng)用，積極開發(fā)印尼和澳大利亞等褐煤資源豐富的海外市場;建立褐煤預(yù)干燥、褐煤輸送、褐煤氣化設(shè)計和運維的企業(yè)標準體系，并進一步豐富褐煤氣化特性數(shù)據(jù)庫;推動更大規(guī)模褐煤氣化項目實施，提升規(guī)模效益。

　　中化長山褐煤航天爐選用記

　　中化吉林長山化工有限公司(簡稱中化長山)始建于1969年，自1976年投產(chǎn)的幾十年發(fā)展歷程過程中，氣化裝置幾經(jīng)更迭。

　　中化長山總工程師謝德全介紹說：“由于原油價格上漲，中化長山2000年油改煤，上馬了6臺富氧連續(xù)氣化爐，以山西白煤和焦化煤為原料。剛運行兩年，白煤和焦炭價格大幅上漲，于2003年上馬了兩套恩德爐。從2003年開始，直至2018年1月，兩套恩德爐解決了當時中化長山的生存問題。”

　　他說：“但基于恩德爐常壓制氣能耗高所帶來的環(huán)保問題逐漸顯現(xiàn)，中化長山于2008年就開始調(diào)研氣化爐�？疾烨昂蠡�了3~4年時間，很耐心也很嚴謹，在調(diào)研多種煤型和氣化爐實際運行情況的基礎(chǔ)上，最后下定決心向總部打報告，選用粉煤加壓氣化技術(shù)。”

　　選定氣化爐之后，煤種適應(yīng)性問題就首當其沖。謝德全介紹說：“之前運行的航天爐燒的都是煙煤和無煙煤，但蒙東褐煤含水量達30%多，變成煤粉送入氣化爐成為一道難題。恰好當時，某化工企業(yè)煤制烯烴項目成功運行，選用的預(yù)干燥系統(tǒng)能把40%的水干燥至8%左右。我們與航天工程受此啟發(fā)，開發(fā)了干燥工藝路線，并用在航天爐前端，解決了煤種干燥問題。”

　　同時，航天工程還針對燒嘴和氣化室進行了適應(yīng)性改造，克服諸多技術(shù)困難后，氣化爐順利投產(chǎn)運行。

　　他說：“航天爐投用之后，該裝置操作人員在主控室操作就行，現(xiàn)場人員都撤出來了。2018年初，就把恩德爐完全停下來了。這主要基于兩方面原因：一是恩德爐的造氣、環(huán)保、安全等各方面成本高;二是兩套裝置生產(chǎn)工藝完全不一樣，完全獨立，人員不好配置。”

　　近兩年，在中化集團“科學至上”戰(zhàn)略的指引下，中化長山不斷改進創(chuàng)新、優(yōu)化運行指標，2018年以來該項目實現(xiàn)了安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行，并取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。