不久前，由中國化學工程集團公司所屬中國五環工程有限公司參與攻關完成的“400萬噸/年煤間接液化成套技術創新開發及產業化”項目榮獲2020年度國家科技進步一等獎。

中國五環主要承擔了該項目中最重要的一項共性技術大型干煤粉加壓氣化工藝和關鍵設備——3000噸級干煤粉加壓氣化成套工藝技術及關鍵設備的開發。該項技術是大型煤間接液化“卡脖子”關鍵核心技術之一。

打破壟斷精粗通吃

2013年以前，國外對中國的2000噸級以上的大型干煤粉氣化技術一直存在鉗制。而引進國外的煤氣化裝置也暴露出不能長周期運行、投資高、建設周期長、對煤種適應性差等問題，嚴重制約了我國煤化工產業的發展。

中國五環聯合神華寧煤集團聚焦國內煤氣化裝置運行中暴露的問題進行技術攻關，開發出大型粉煤加壓氣化成套工藝技術及3000噸級單燒嘴頂置干煤氣化爐，降低了投資成本和運營成本，實現了裝置的長周期運行。該項技術的研制成功，打破了國外技術壟斷，使國產化率達到100%。

該技術煤種適應廣，可氣化高硫、高灰、高灰熔點的褐煤、煙煤等多煤種，既可“吃粗糧”劣質煤，也可“吃細糧”精煤；智能程度高，整套系統檢測控制點達2200個，通過嚴密的聯鎖邏輯控制系統，實現全過程智能控制，保障了裝置安全穩定。該技術以多煤種理化特性數據為基礎，構建了氣化爐流場等分析模型，研究了氧氣和煤粉的強化反應規律，發展了氣化爐研制的理論和工程應用，為開發更加大型、高效、節能、節水的先進煤氣化技術奠定了良好基礎。

四大突破引領創新

該項技術取得了以下四個方面的重大創新突破。

一是獨創了湍流強度大、反應程度高的閉式循環膜式水冷壁反應室，使得反應室與組合式燃燒器及穩流排渣系統耦合效率高、灰渣比低、運行可靠。通過理論分析和實驗研究確定了合理高徑比的反應室與旋流式燃燒器、穩流式渣口匹配的結構，既有效控制了反應時間，又確保了反應室良好的湍流混合及返混效果。多路、獨立、閉式循環的膜式水冷壁盤管結構設計，使得冷卻水分布均勻、傳熱過程無相變，爐內溫度場變化可測可控。提出了螺旋水冷壁內介質無相變傳熱的新思路，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、中部無連接件設計，既有效消除反應室內件與反應室承壓殼體的變形協調，又能有效減小氣化爐殼體直徑，降低投資，減輕制造難度，加快制造進度。

二是基于燃燒器強動量傳導機制，揭示了頂置式旋流氣化場湍流燃燒的動力學機理，揭示了氧氣和煤粉的強化反應規律。集成火焰檢測、火焰溫度、火焰圖像三合一監測系統，全過程監控，主燒嘴使用壽命達3年以上，氣化爐熱損失低，掛渣穩定。

三是發明了先進的水冷式梯級擴徑穩流排渣系統，削減了合成氣及熔渣由燃燒室進入激冷室過程中出現的散射和渦流。發明了下降管保護半管結構，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定導致的下降管磨損和破裂。

四是開發了智能操控系統，保證裝置運行更加安全穩定。該裝置實現了投料條件自動確認，投料過程一鍵啟動，運行過程自動調整，異常情況自動保護。提出了帶壓點火、等壓投料的新理念，縮短了投料時間，提高了系統穩定性。提出了爐內長明燈熱保護的新理念，提高了氣化效率和氣化爐的在線率。

權威認證成套輸出

2018年5月，中國石油和化學工業聯合會組織專家對“3000噸級干煤粉加壓氣化成套工藝技術及關鍵設備的開發”進行了現場標定。專家對27#氣化爐進行了100%~115%的高負荷運行測試，單爐原煤日處理量達到3012噸，成為目前國內外率先達到3000噸/日原煤處理能力的單燒嘴頂置干煤粉加壓氣化技術。

2018年5月27日，中國石油和化學工業聯合會組織由中國工程院謝克昌院士、石油和化學工業規劃院顧宗勤院長等我國煤化工、石油和化學工業方面的資深專家組成鑒定委員會，在北京召開了“3000噸級干煤粉加壓氣化成套工藝技術及關鍵設備的開發”科技成果鑒定會。鑒定結論為：該技術在3000噸級單燒嘴干煤粉加壓氣化技術領域填補了國際空白，處于世界領先水平。

此外，“一種旋流干煤粉氣化爐”獲得了第十九屆中國專利金獎，并通過美國LD知識產權律師事務所知識產權評估，出口到美國。

目前，大型干煤粉加壓氣化成套技術在國內外多個領域應用，帶動了國內一批裝備制造企業的提升，改變了我國大型煤化工技術長期受制于國外企業的現狀，使得我國具備了向國外成套輸出大型煤制油化工技術和裝備的能力。