主流煤气化技术及市场情况系列展示（之四）

航天粉煤加压气化技术

技术拥有单位：航天长征化学工程股份有限公司 航天粉煤加压气化技术（HT-L）是中国运载火箭技术研究院开发出的具有

自主知识产权的煤气化技术。 2005年2月，针对我国煤化工领域的技术现状，中国运载火箭技术研究院

经过深入探讨，决定利用自身技术优势和军转民多年的技术储备，研发我国自

主知识产权的煤气化技术。2005年3月，完成了HT-L的专利申请。截至目

前，HT-L拥有发明及实用新型专利共计30多项，并通过了多家跨国公司的专

利独立性审查。 为了项目的迅速开展，中国运载火箭技术研究院选择了安徽临泉化工股份

有限公司和河南永煤集团濮阳龙宇公司作为HT-L工业化示范工程依托单位，

并决定垫资研发示范工程气化装置，采用炉型均为日投煤量750吨航天炉。 2008年10月13日，濮阳示范工程投煤成功，产出合格的合成气。2008年

10月31日，临泉示范工程投煤成功，11月2日打通全部工艺流程，成功产出

甲醇。2009年10月，HT-L通过中国石油和化学工业协会组织的科技成果鉴

定。鉴定委员会认为：该装置操作简便、维护方便，煤种适应性广、投资费用

和运行成本低、开工率高、气化炉的故障率低。该技术拥有自主知识产权，总

体技术水平处于国际领先。 2012年10月，日投煤量1500～2000吨航天炉于晋开集团一次投产成功，

当年3台相同型号航天炉投入运行，各项指标良好。2012年3月，新建成的航

天煤化工产业基地投用，占地面积540000平方米。目前正在进行上海主板IPO

上市工作。 一、技术特点 HT-L包括磨煤及干燥（1500）、煤加压及进煤（1600）、气化及合成气洗

涤（1700）、渣及灰水处理（1800）、气化公用工程（1900）5个单元，该技

术具有如下特点： 1、煤粉为原料、纯氧和过热蒸汽为气化剂 其中，原料煤粉为5～90微米；输送介质为氮气或二氧化碳；气化压力在

4.0～6.5MPa；以粉煤为原料，块煤、面煤均可利用；单位有效气体氧耗低、煤

耗低，热效率高；粗合成气中有效气体（一氧化碳+氢气）成分高，氮氧化物含

量低，对环境影响小；惰性气体浓相输送，除合成氨装置外，原则上均可以二

氧化碳作为煤粉输送介质，实现二氧化碳循环利用，减少碳排放；浓相输送煤

粉，实现DCS、ESD系统对气化过程的精确控制。 2、盘管水冷壁结构，副产中压蒸汽，高温气化 气化炉气化段盘管水冷壁结构，可以实现高的气化温度（1200～

1700℃），适应原料煤宽泛的灰熔点范围，适当添加碳酸钙助溶剂，可以适应

各种原料煤，实现原料煤本地化；水冷壁气化炉，升温、降温迅速，与热壁气

化炉相比，可以大大缩短停车检修时间；盘管水冷壁结构，强制两相流汽包水循环，水流分布均匀，有利于气化炉的长周期安全运行；气化温度高，废水、

废渣易处理，减少对环境的影响；副产中压蒸汽，实现能量的高效利用。 3、水冷壁自我修复式隔热结构 水冷壁向火侧焊接渣钉固定耐火材料，并对耐火材料冷却。运行过程中，

耐火材料表面会形成固渣层和液渣层；隔热结构可以最大限度地降低气化段的

散热损失，减少水冷壁蒸汽产量，从而使原料煤的热量高效地用于气化反应，

生产有效气体（一氧化碳+氢气）。 密布的渣钉，可以使耐火材料温度远低于原料煤的灰熔点，从而使熔融的

灰渣在耐火材料表面固化，形成固渣层。在固渣层的表面，熔融的灰渣以液态

沿壁面向下流动，最后从气化段排渣口排出。随着煤种变化，操作温度、压

力、负荷变化，固渣层和液渣层厚度会发生变化，从而形成了自我修复式耐火

材料结构，有效地保护了水冷壁，实现“以渣抗渣”。 4、单一的顶置式组合燃烧器 气化炉只设置1台组合燃烧器，安装在气化段顶部。组合燃烧器将点火装

置、点火烧嘴、开工烧嘴、工艺烧嘴设计成一体。 组合燃烧器安装、维护、调节简便、快捷，其设计寿命大于10年。每6个

月对燃烧器头部局部维修一次，8小时之内可以完成组合燃烧器的更换。 燃烧火焰、炉内流场与炉膛良好匹配，炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟

气射流区、烟气回流区以及二次反应区分布合理，能够实现全炉膛均匀挂渣、

煤粉颗粒中的碳元素充分转化。 调节单一氧煤比和汽氧比，就可以实现对气化炉气化参数的调节，操作简

便、快捷，易于掌握，特别适用于煤种变化频繁、要求在线及时调节的工况。 5、激冷、水浴式合成气冷却 气化段生成的合成气与熔融的灰渣并流，进入激冷室。在此过程中，合成

气和灰渣首先被水激冷，然后进入激冷室下部的水浴。冷却的灰渣从激冷室下

部排出，合成气经过水浴冷却、洗涤后，从气化炉中部排入下游的合成气洗涤

系统。 此工艺流程成熟可靠。合成气中增加的饱和水蒸气可直接应用于变换工

序。激冷水和洗涤水经过处理后循环利用，降低水耗。 6、气化段水冷壁设置温度测点 在气化炉气化段水冷壁沿周向、轴向设置温度测点，对气化温度是否满足

挂渣需要进行实时监测，有利于开车、煤种转换和气化炉运行调节，可以有效

克服煤质波动带来的不利因素。 炉膛温度测点应用原理是，当气化温度正常时，炉膛温度测点受渣层保

护，其显示温度小于500℃，当气化温度偏高时，渣层减薄，炉膛温度测点显

示温度会升高，当气化温度偏高较多、渣层厚度不足以覆盖测点时，测点显示

温度将会大于1000℃，在这个过程中，操作人员将减小氧煤比，避免水冷壁烧

损。 7、设置可视化火焰监测系统 气化炉除设置红外/紫外火焰监测装置外，还设有可视的火焰监测系统，操

作人员可以实时目测炉膛火焰情况。 在开停车过程中，操作人员可以根据目测的炉膛火焰情况，进行点火、投

煤和停车操作，安全、快捷。 8、可靠的DCS/ESD控制系统 整个生产装置通过DCS系统进行自动控制，通过ESD系统保障安全。 气化装置的点火、开工、投煤、升压升负荷、系统停车等顺序控制为自动

操作，方便、安全、可靠。负荷调节、流量调节、压力调节等都采用自动调

节，可以实现生产过程的全自动控制。 ESD系统独立运行，涵盖了点火、开工、投煤、正常运行全过程，输入变

量包括了所有可能对系统、设备造成安全故障的参数和监测点，能够确保人员

和设备安全。 9、自主知识产权、设备国产化 自主知识产权、全部设备国产化，投资、维护和运行费用低。技术服务及

时、周到。人员培训、技术交流、售后服务方便。 10、气化炉系列化 目前已有两种规格气化炉，即：40bar压力、日投煤量750吨和1500～

2000吨规模，并正在开发更高压力（65bar）和更大生产能力（日投煤量大于

3000吨）的气化炉。通过组合，能够适应大型煤化工项目需求。 11、一站式服务模式 HHT-L具有独特的一站式服务，即： 提供安全、稳定、洁净高效的专利技术，具有专业的研发团队和很强的研

发能力； 通过自身专业化的工程设计队伍完成工程设计（三维设计），实现设计低

风险、高质量； 专利设备及可能影响气化装置可靠性的关键设备，如气化炉、烧嘴、特种

泵、特种阀、控制系统等均由本公司提供，设备性能优良，已通过多个项目长

周期考验，保证了整体装置的可靠性； 公司提供项目全生命周期服务，拥有仿真培训系统、工程服务队伍、装置

开车队伍、售后技术服务及备件服务队伍等，使业主的建设风险、开车风险、

运营风险降至最低，同时可降低开车费用、运营维护费用等； 可完成交钥匙工程。 HT-L气化工艺流程图 二、配套工艺 1、磨煤及干燥 该单元用中速磨将煤磨成粉状，并由高温惰性气流烘干。煤的研磨与干燥

在惰性的环境中进行，因而排除了自燃和粉尘爆炸的潜在危险。粉煤的颗粒尺

寸分布规格和粉煤的水分含量满足以下要求： （1）颗粒尺寸≤90μ，大于90%（重量）； （2）颗粒尺寸≤5μ，小于10%（重量）； （3）水分含量典型值2～8%（重量，根据煤种情况进行调整）。 由惰性气体输送的干燥粉煤进入粉煤过滤器进行分离后，粉煤经旋转卸料

阀、纤维过滤器及粉煤螺旋输送机送至粉煤贮罐，过滤后的惰性气体粉煤含量

＜10mg/Nm3（湿基），经循环风机进入惰性气体发生器循环使用，一部分排放

至大气。 2、粉煤加压及输送 每台气化炉配备1套粉煤加压及输送系统，由常压粉煤储罐、粉煤锁斗和

粉煤给料罐组成。粉煤加压是通过向粉煤锁斗充入高压二氧化碳（或氮气）完

成的。 常压粉煤贮罐内的粉煤在重力作用下进入粉煤锁斗。粉煤锁斗内充满粉煤

后，即与粉煤贮罐及所有低压设备隔离，然后经充气锥、充气笛管等气体分布

设备充入高压二氧化碳进行加压，当其压力与粉煤给料罐压力平衡时，打开之

间的切断阀，粉煤通过重力落入粉煤给料罐。粉煤的加压输送过程采用顺序控

制，设置联锁系统防止压力高串低事故的发生。 粉煤从给料罐底部的3个充气锥流出进入粉煤输送管道，充气锥通入高压

二氧化碳（或氮气），保持给料罐和粉煤管道中的粉煤处于流化状态，粉煤输

送的流量、密度和流速由粉煤调节阀、管道充气器调节。 3、气化及合成气洗涤 加压的粉煤、预热氧气按一定比例通过烧嘴进入到气化炉中，氧气中混入

少量蒸汽（根据煤种调整）。气化炉由上部的气化室和下部的激冷室组成。 煤粉和氧气在气化室内进行高温气化反应，生成的合成气主要成分为一氧

化碳和氢气，气化压力4.0MPa，气化温度一般控制在1300℃～1750℃之间

（根据煤的灰熔点和粘温特性等参数进行调整）。高温气体和液态渣离开气化

室，经激冷环、下降管进入激冷室水浴，合成气被激冷并被水饱和，熔渣固化

沉淀并通过渣锁斗系统定期排出界外。 粗合成气出激冷室后进入文丘里洗涤器进一步增湿。离开文丘里洗涤器的

粗合成气进入合成气洗涤塔，经水浴后进行气液分离，然后通过洗涤塔板，被

进一步洗涤。洗涤后的合成气经塔顶部的旋流板除沫器离开洗涤塔，洗涤后的

合成气含尘量≤1mg/Nm3，送下游一氧化碳变换工序。 4、渣及灰水处理 合成气洗涤黑水经高压闪蒸和真空闪蒸除去溶解的气体。高压闪蒸蒸汽用

于加热除氧后的灰水。黑水进入沉降槽，加入絮凝剂以加速灰渣的絮凝沉降，

底部的灰浆经真空过滤机过滤成滤饼后装车外运。澄清的灰水从顶部溢流进入

灰水槽，大部分循环使用，少量灰水通过废水冷却器冷却排到废水处理装置，

用来控制灰水系统中盐分的累积。 三、单炉处理能力与煤种适应性 航天炉实现了系列化，日投煤量750吨的2800/3200型和日投煤量2000吨

的3200/3800型已开车并实现长周期稳定运行。为适应大型煤化工项目需求，

公司正在开发更高压力和更大生产能力的气化炉，日投煤量3000吨气化炉已完

成研发工作，并计划建设示范工程。 自2008年航天粉煤加压气化装置首次试车成功至今，在线运行的11台气

化炉中，已使用或试烧过的煤种达数10种，挥发分含量从6%～35%；灰分含

量从6%～36%；灰熔点流动温度从1150℃～>1500℃。 现将几种有代表性的煤种参数列于下表： 四、环保配套 气化装置的排放物主要有废渣、废气和废水等。由于气化温度高，合成气

和废水中不含焦油、酚类等难处理的有机物。 气化炉排出的灰渣分为粗渣和细灰两部分，粗渣经渣锁斗排入捞渣机，捞

出后可作为铺路材料，组分中C≤1%（wt）。细灰被过滤机滤出后装车，作为

制砖、掺烧或铺路材料，组分中C≤30%（wt）。 正常工况下，气化排放废气主要为输煤氮气、二氧化碳及少量煤尘，均经

除尘处理后排入大气，含尘量<10mg/Nm3。开停车阶段排出的含CO和H2的合

成气送火炬燃烧后排放。