93水煤浆水冷壁气化炉系列技术及产业化.docx

项目名称水煤浆水冷壁气化炉系列技术及产业化提冬单位教育部提名意见（不超过600 字）该项目团队产学研结合，历经17年的联合攻关，建立了水冷壁髙热阻 的凝渣保护理论，揭示了辐射废锅内部的复杂多相流动和传热机理，提出了 分级送氧调控空间反应强度的技术路线与工程实现方法，突破了水冷壁可靠 冷却设计、水煤浆无畜热点火、辐射废锅防结渣积灰受热而布宜、分级送氧 固有安全性控制策略等关键技术难题，形成世界首创的水煤浆水冷壁气化炉 技术和水煤浆水冷壁直连辐射废锅气化炉技术，独创了氧气分级煤气化工 艺形成水煤浆水冷壁系列气化炉的系统集成技术，完成世界首台商业规模 氧气分级水煤浆气化炉、水煤浆水冷壁气化炉和水煤浆水冷壁废锅气化炉的 创新工程实践项目获授权发明专利13项，发表论文59篇相关成果曾获中国石油和 化学工业协会科技进步 等奖（2009）、教冇部技术发明 等奖（2013）、 全国发明展览会"发明创业奖项目奖”金奖 （2017）、中国氮肥工业协会 技术进步特等奖（2017）、中国煤炭工业协会科技进步特等奖（2017）鉴 定意见认为“总体技术处于国际领先水平”项目成果已产业化应用推广57台套，其中19台套气化炉已投运，推动 了我国煤气化装备技术进步和煤化工产业升级，近一年新增产值50多亿元， 经济效益和社会效益显者。

对照国家科技进步奖授奖条件，我部决立提名该项目为2019年度国家 科技进步奖一等奖项目简介煤气化对缓解对外石油依存度、保障国家能源安全具有重要意义，是实 现煤炭淸洁高效转化的核心技术其中水煤浆进料的气流床气化稳左性好、 气化压力髙，是大规模气化的主流技术，但是存在煤种适用性差、制造和维 护费用高、可利用率和能量转化率低等难题在国家863、 973和自然科学 基金等科技计划支持下，历经17年的联合攻关，形成了水煤浆水冷壁气化 炉系列技术实践创新体系，系统解决了上述难题，取得了系列原创性成果：1、建立水冷壁高热阻的凝渣保护理论，形成世界首创的水煤浆水冷壁 气化炉技术提出了水煤浆气化炉水冷壁自然循环冷却的理念，发明了膜式 水冷壁垂直悬挂的结构实现方法，解决了失电时水冷壁的安全性；揭示了熔 渣析晶和流变特性规律，建立了水冷壁的凝渣保护方法，从而拓宽了气化炉 原料使用范弗1,突破了水煤浆气化不能使用髙灰熔点原料的国际禁区，单 炉年运行时间显著提高23%：发明了集成启动和运行功能的工艺烧嘴及英冷 却技术，解决了水煤浆无蓄热点火瓶颈，气化炉启动时间降低90%,烧嘴寿命 由60天延长至140天2019年度国家科学技术进步奖提名公示材料2、 揭示了辐射废锅内部的复杂多相流动和传热机理，开发了水煤浆 水 冷壁废锅气化炉技术。

首创了水冷壁气化室和辐射废锅一体化的气化炉结 构，解决了装备空间和制造成本难题：发明了环形单筒体和径向双而膜式水 冷壁辐射受热面、合成气与黑水共出□等关键部件的专利结构，避免了辐射 废锅积灰结渣发生堵塞问题，建立了辐射废锅传热模型，开发了水煤浆水冷 壁废锅气化炉，系统热效率提高1. 9个百分点3、 独创了氧气分级煤气化工艺提出了分级送氧调控空间反应强度的 技术路线与工程实现方法：揭示了—次氧气射流的混合强化机制，发现了纯 氧反扩散火焰特征，获得了分级送氧的设计准则和固有安全性控制策略：建 立了氧气分级气化炉设计理论和计算模型，实现了气化炉内温度优化分布， 有效气含量提高1~2个百分点4、 形成水煤浆水冷壁系列气化炉的系统集成技术发现了气化炉内有 限空间条件下不同区域湍流混合和化学反应时间尺度上的差异，建立了气化 炉的放大准则：创新了气化装垃渣水处理系统结构布垃形式、热量回收方式, 解决了渣水堵塞和热量回收效率低的问题；建成世界首台商业规模的氧气分 级水煤浆气化炉、水煤浆水冷壁气化炉和水煤浆水冷壁废锅气化炉示范装 置该项目获授权发明专利13项，发表论文59篇相关成果曾获中国石汕 和化学工业协会科技进步一等奖（2009）、教冇部技术发明一等奖 （2013）、全国发明展览会"发明创业奖项目奖”金奖 （2017）、中国氮肥工业协会技术进步特等奖（2017）、中国煤炭工业协会科技进步特等奖 （2017） o鉴泄意见认为“总体技术处于国际领先水平”。

该项目建立了我国独立的煤气化理论和设计体系，开创了水煤浆水冷壁 系列气化炉及系统集成技术，推动了我国煤气化装备技术进步和煤化工产业 升级项目成果已产业化推广应用，目前已有28家用户企业签 订气化炉57 台套，其中19台套已投运，近二年市场占有率在50%以上,并已出□海外 近二年新增产值50多亿元，创造了巨大的经济效益和社 会效益客观评价（1）考核报告中国石油和化学工业协会于2007年10月、2012年8月、2017年11月 分别对氧气分级气化技术、水煤浆水冷壁气化技术、水煤浆水冷壁废锅气化 技术工业示范装置进行了 72小时现场考核考核主要结论如 下：“氧气分级气化技术采用分级给氧，使主喷嘴附近温度降低，有助于 延长喷嘴寿命：在相同氧煤比条件下，氧气分级气化炉有效气体成分比氧气 不分级气化炉高1 2个百分点水煤浆水冷壁气化炉工业示范装置为世界首套水煤浆水冷壁气化工 业装置，综合性能优异，具有国际领先水平气化用煤的灰熔点可达1500°C 以上，煤种适应性显著增强……烧嘴使用寿命延长至140天以上……气化炉 启动时长缩短至3小时，节省了开车成本水煤浆水冷壁废锅气化炉工业示范装置为国内外首套水煤浆水冷 壁 直连辎射废锅气化工业装置，副产的高品质蒸汽可以作为工艺和动力用汽， 灰水循环量大幅度减少，节能降耗和环保综合性能优异。

废锅副产蒸汽794. 0kg/kNm3 （C0+H2） 气化炉热效率98. 4札”中国煤炭工业协会于2015年8月对国家863项目的半焦试烧工业试 验进行（6） 行业影响力水煤浆水冷壁废锅气化炉2017年入选“中国石油和化工行业十大新 闻”（附件2.2.17）、2016年和2017年连续两年入选“中国石油和化工 十 大'国之重器（7） 市场占有率项目成果提高了我国煤化工装备技术的国际竞争力，出□国外近两年 新增气化炉市场占有率在50%以上应用情况连续开发了氧气分级水煤浆气化炉（晋华炉1.0）、水煤浆水冷壁气 化 炉（晋华炉2. 0）、水煤浆水冷壁废锅气化炉（晋华炉3. 0）系列技术，并分 別于2006年、2011年、2016年建成气化炉工业示范装置，经过二次现场考 核，气化装置运行平稳，安全可靠，达到设计指标2006年至今，累汁与国内的28家煤气化用户企业签订气化炉合同57台 套（氧气分级水煤浆气化炉7台套，水煤浆水冷壁气化炉28台套，水煤浆 水冷壁废锅气化炉22台套），应用范囤涵盖合成氨、煤制甲醇、煤制乙二 醇、煤制氢等煤化工领域，英中有19台套气化炉已投运获得 朝鲜、韩国 和南非等多个国家技术认可和应用意向，并且水煤浆水冷壁废锅气化炉已出 □至朝鲜，市场前景广阔。

该项目完善了我国独立的煤气化理论和设计体系, 实现了煤气化技术的突破，推动了我国煤气化装备技术进步和煤化工产业升 级，提高我国煤气化炉装备的国际竞争力晋华炉煤种适应性宽，可以应用于低灰熔点煤、高灰熔点煤、半焦、褐 煤等原料的气化2012年7月大唐呼伦贝尔化肥公司日投煤量500吨的氧气 分级水煤浆气化炉成功投运，成为世界上唯一的低浓度水煤浆气化装置，标 志在低浓度褐煤水煤浆气化方面取得了重大突破，为我国米用先进、环保的 煤气化技术开发较难处理的褐煤资源提供了一条可行之路神华集团北京低 碳研究所承担的国家863项目“低阶煤热解半焦制 浆及气流床半焦气化研 究”，2015年阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司的水煤浆水冷壁气化炉进 行半焦试烧，经过中国煤炭工业协会组织专家现场考核，证明水煤浆水冷壁 气化炉可以利用半焦进行气化且运行数据良好2015年新疆天智辰业化工有 限公司将电石炉剩余的焦末直接制浆然后与煤浆掺混进行气化，装置运行稳 左，证明了水煤浆水冷壁气化炉对焦炭原料具有适应性，且该公司采用本地 髙碱渣煤为制浆原料，证明了该气化炉对高碱渣煤具有适用性：2015年阳煤 集团朔州公司在阳煤 丰喜肥业（集团）有限责任公司对灰熔点大于1550八的 朔州煤进行试烧经济性评价，经过60%、80%. 100%朔州煤运行，证明水煤 浆水冷壁气化炉可以使用100%高灰熔点的朔州煤进行气化。

晋华炉既可用于新建煤气化装宜，也适用于改造现有的煤气化装置该项目水煤浆水冷壁废锅气化炉工业示范装置由原有水煤浆耐火砖水激冷 气化炉改造而来，开创新型煤气化炉改造先河晋华炉具有较髙的投资性 价比，为国内数量众多的化工及化肥企业的产业升级和技术改造，提供了 —个髙水平、低成本的煤气化技术选择主要应用单位情况表序号单位名称应用的技术应用起止时 间1阳煤丰喜肥业 （集团）有限 责任公司全部应用2006. 01至今2山西阳煤化工 机械（集团）有限公司气化炉制造 和安装技术2006. 01至今3北京淸创晋华 科技有限公司气化炉技术 工艺许可2017. 04至今4大厲呼伦贝尔化肥厂氧气分级水 煤浆气化炉2012. 08至今L内蒙古鄂尔多 斯市金诚泰化 工有限责任公 司氧气分级水 煤浆气化炉2013. 08 至今6新疆天智辰业 化工有限公司水煤浆水冷 壁气化炉2015. 08至今7山西阳煤丰喜 集团泉稷能源 有限责任公司水煤浆水冷 壁气化炉2015. 10至今8山西阳煤集团 寿阳化工有限 责任公司水煤浆水冷 壁气化炉2016. 09 至今9新疆国泰新华 矿业股份有限 公司水煤浆水冷 壁气化炉2017. 10至今10山西阳煤集团 平泄化工有限 责任公司水煤浆水冷 壁气化炉2017.03 至今主要知识产权和标准规范等目录知识产 权（标 准）类别知识产权 （标准） 具体名称国家（地 区）授权号（标准 编号）授权（标 准发 布） 日期证书编号 （标准批 准发布部门）权利人（标准 起草单 位）发明人 （标准 起草 人）发明专利 （标准）有效状态发明专 利气化炉中国ZL2011100442012年111075131淸华大 学张建胜. 马有效专利695.X月7日宏波、 顾大地淸华大 学、北京张建ZL2012013盈徳淸发明专低压水冷中国110007年7月1229895大科技胜、马有效专利利壁气化炉187.410日有限责任公司宏波、 顾大地岳军、—种应用北京淸裴世发明专 利于气化炉的ZL2012018钊、宋独立屏式辎中国611145年6月2963298创晋华 科技有文军、有效专利射热回收组114.019日宋丹限公司件丹、李相军淸华大—种回收学、北京发明专 利加压气流床ZL2002012盈徳淸顾大气化装置高中国810180年101054580大科技地、。