不久前，由中國(guó)化學(xué)工程集團(tuán)公司所屬中國(guó)五環(huán)工程有限公司參與攻關(guān)完成的“400萬(wàn)噸/年煤間接液化成套技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目榮獲2020年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　中國(guó)五環(huán)主要承擔(dān)了該項(xiàng)目中最重要的一項(xiàng)共性技術(shù)大型干煤粉加壓氣化工藝和關(guān)鍵設(shè)備——3000噸級(jí)干煤粉加壓氣化成套工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的開(kāi)發(fā)。該項(xiàng)技術(shù)是大型煤間接液化“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)之一。

　　打破壟斷 精粗通吃

　　2013年以前，國(guó)外對(duì)中國(guó)的2000噸級(jí)以上的大型干煤粉氣化技術(shù)一直存在鉗制。而引進(jìn)國(guó)外的煤氣化裝置也暴露出不能長(zhǎng)周期運(yùn)行、投資高、建設(shè)周期長(zhǎng)、對(duì)煤種適應(yīng)性差等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　中國(guó)五環(huán)聯(lián)合神華寧煤集團(tuán)聚焦國(guó)內(nèi)煤氣化裝置運(yùn)行中暴露的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出大型粉煤加壓氣化成套工藝技術(shù)及3000噸級(jí)單燒嘴頂置干煤氣化爐，降低了投資成本和運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)了裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。該項(xiàng)技術(shù)的研制成功，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，使國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到100%。

　　該技術(shù)煤種適應(yīng)廣，可氣化高硫、高灰、高灰熔點(diǎn)的褐煤、煙煤等多煤種，既可“吃粗糧”劣質(zhì)煤，也可“吃細(xì)糧”精煤；智能程度高，整套系統(tǒng)檢測(cè)控制點(diǎn)達(dá)2200個(gè)，通過(guò)嚴(yán)密的聯(lián)鎖邏輯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程智能控制，保障了裝置安全穩(wěn)定。該技術(shù)以多煤種理化特性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了氣化爐流場(chǎng)等分析模型，研究了氧氣和煤粉的強(qiáng)化反應(yīng)規(guī)律，發(fā)展了氣化爐研制的理論和工程應(yīng)用，為開(kāi)發(fā)更加大型、高效、節(jié)能、節(jié)水的先進(jìn)煤氣化技術(shù)奠定了良好基礎(chǔ)。

　　四大突破 引領(lǐng)創(chuàng)新

　　該項(xiàng)技術(shù)取得了以下四個(gè)方面的重大創(chuàng)新突破。

　　一是獨(dú)創(chuàng)了湍流強(qiáng)度大、反應(yīng)程度高的閉式循環(huán)膜式水冷壁反應(yīng)室，使得反應(yīng)室與組合式燃燒器及穩(wěn)流排渣系統(tǒng)耦合效率高、灰渣比低、運(yùn)行可靠。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究確定了合理高徑比的反應(yīng)室與旋流式燃燒器、穩(wěn)流式渣口匹配的結(jié)構(gòu)，既有效控制了反應(yīng)時(shí)間，又確保了反應(yīng)室良好的湍流混合及返混效果。多路、獨(dú)立、閉式循環(huán)的膜式水冷壁盤管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得冷卻水分布均勻、傳熱過(guò)程無(wú)相變，爐內(nèi)溫度場(chǎng)變化可測(cè)可控。提出了螺旋水冷壁內(nèi)介質(zhì)無(wú)相變傳熱的新思路，確保了水冷壁以渣抗渣的可靠性。外殼與水冷壁之間填充合成氣或二氧化碳、中部無(wú)連接件設(shè)計(jì)，既有效消除反應(yīng)室內(nèi)件與反應(yīng)室承壓殼體的變形協(xié)調(diào)，又能有效減小氣化爐殼體直徑，降低投資，減輕制造難度，加快制造進(jìn)度。

　　二是基于燃燒器強(qiáng)動(dòng)量傳導(dǎo)機(jī)制，揭示了頂置式旋流氣化場(chǎng)湍流燃燒的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，揭示了氧氣和煤粉的強(qiáng)化反應(yīng)規(guī)律。集成火焰檢測(cè)、火焰溫度、火焰圖像三合一監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全過(guò)程監(jiān)控，主燒嘴使用壽命達(dá)3年以上，氣化爐熱損失低，掛渣穩(wěn)定。

　　三是發(fā)明了先進(jìn)的水冷式梯級(jí)擴(kuò)徑穩(wěn)流排渣系統(tǒng)，削減了合成氣及熔渣由燃燒室進(jìn)入激冷室過(guò)程中出現(xiàn)的散射和渦流。發(fā)明了下降管保護(hù)半管結(jié)構(gòu)，合理控制合成氣空速，避免了由于煤種的變化引起的氣化爐操作不穩(wěn)定導(dǎo)致的下降管磨損和破裂。

　　四是開(kāi)發(fā)了智能操控系統(tǒng)，保證裝置運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。該裝置實(shí)現(xiàn)了投料條件自動(dòng)確認(rèn)，投料過(guò)程一鍵啟動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程自動(dòng)調(diào)整，異常情況自動(dòng)保護(hù)。提出了帶壓點(diǎn)火、等壓投料的新理念，縮短了投料時(shí)間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。提出了爐內(nèi)長(zhǎng)明燈熱保護(hù)的新理念，提高了氣化效率和氣化爐的在線率。

　　權(quán)威認(rèn)證 成套輸出

　　2018年5月，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織專家對(duì)“3000噸級(jí)干煤粉加壓氣化成套工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的開(kāi)發(fā)”進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。專家對(duì)27#氣化爐進(jìn)行了100%~115%的高負(fù)荷運(yùn)行測(cè)試，單爐原煤日處理量達(dá)到3012噸，成為目前國(guó)內(nèi)外率先達(dá)到3000噸/日原煤處理能力的單燒嘴頂置干煤粉加壓氣化技術(shù)。

　　2018年5月27日，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織由中國(guó)工程院謝克昌院士、石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院顧宗勤院長(zhǎng)等我國(guó)煤化工、石油和化學(xué)工業(yè)方面的資深專家組成鑒定委員會(huì)，在北京召開(kāi)了“3000噸級(jí)干煤粉加壓氣化成套工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的開(kāi)發(fā)”科技成果鑒定會(huì)。鑒定結(jié)論為：該技術(shù)在3000噸級(jí)單燒嘴干煤粉加壓氣化技術(shù)領(lǐng)域填補(bǔ)了國(guó)際空白，處于世界領(lǐng)先水平。

　　此外，“一種旋流干煤粉氣化爐”獲得了第十九屆中國(guó)專利金獎(jiǎng)，并通過(guò)美國(guó)LD知識(shí)產(chǎn)權(quán)律師事務(wù)所知識(shí)產(chǎn)權(quán)評(píng)估，出口到美國(guó)。

　　目前，大型干煤粉加壓氣化成套技術(shù)在國(guó)內(nèi)外多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)一批裝備制造企業(yè)的提升，改變了我國(guó)大型煤化工技術(shù)長(zhǎng)期受制于國(guó)外企業(yè)的現(xiàn)狀，使得我國(guó)具備了向國(guó)外成套輸出大型煤制油化工技術(shù)和裝備的能力。