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1、60 万吨万吨/年合成氨装置年合成氨装置 清华水冷壁炉和航天炉的综合对比清华水冷壁炉和航天炉的综合对比一、空分系统一、空分系统根据气化工序用气要求，航天炉配套空分为 40000Nm3/h（氧气压力 5.5Mpa） ，清华炉配套空分为 45000 Nm3/h（氧气压力 8.7 Mpa） 。两套空分装置制氧能力相差不大，装置消耗接近。由于清华炉配套空分装置压缩机组轴功率较大，高压板式换热器及氧气管道压力等级较高，设备投资高于航天炉配套空分装置,清华炉配套空分装置总投资 2.7 亿，航天炉配套空分装置总投资 2.4 亿。空分性能对比表空分性能对比表航天炉清华炉操作压力（MPa）5.500 8.700
2、 循环水消耗(Nm3/t)10550 12350 综合能耗（Kw.h/Nm3O2）0.6147 0.6266 二、煤制备单元二、煤制备单元清华炉煤浆制备采用湿法磨煤方式，在磨煤机内加入煤、水、添加剂和甲醇废液进行研磨，制出浓度在 60-65%的水煤浆。航天炉粉煤制备采用干法磨煤方式，在磨煤机内加入煤、高温惰性气体，制出粒度小于 90 微米占 80%以上、水含量小于 2%的粉煤。煤制备系统设备对比表对比项目航天炉清华炉主要设备中速球磨机、循环风机、粉煤袋式过滤器、惰性气体发生器、粉煤贮罐、粉煤锁斗、粉煤给料罐棒磨机、低压煤浆泵、高压煤浆泵、大煤浆槽功耗制备一吨粉煤(干基)耗电：25.3KW输送一
3、吨粉煤(干基)耗电：60.7KW 合计:86KW制备一吨煤浆(干基)耗电：16.7KW输送一吨煤浆(干基)耗电：7.7KW 合计: 24.4KW燃料气耗能制备一吨粉煤(干基)燃料气耗能：0.5GJ无注：1、煤浆浓度按 60%核算；2、原煤含水量按 15%核算，干煤粉含水量按 2%核算；3、燃气干燥能量利用率按 70%核算。煤制备性能对比表对比项目对比项目航航 天天 炉炉清清 华华 炉炉安全性1、粉煤制备是在高温下运行，挥发份易挥发，容易发生自燃、爆炸事故，安全可靠性差。1、水煤浆制备是在常温常压下操作，安全可靠性高。稳定性1、 粉煤锁斗放料口处易堵塞；2、 粉煤采用高压气密相输送，流量稳定性差
4、，测量难度大；3、 气化炉有三条粉煤进料控制及操作系统，操作较复杂。1、 水煤浆磨煤系统较稳定；2、 水煤浆采用泵加压输送稳定性好，流量测量较成熟； 3、 气化炉进料单个控制及操作系统，操作简单。投资1、 粉煤制备工艺复杂；2、 粉煤制备框架高度 75m，均为重载荷；3、 粉煤制备设备多，系统投资大。1、 煤浆制备工艺简单；2、 煤浆制备框架高度 35m；3、 煤浆制备设备少，系统投资少。能耗1、 粉煤制备采用高温气体对原煤进行干燥，需要消耗大量的燃料气；2、 粉煤输送采用气体高压气体密相输送，载气量消耗1、 水煤浆制备采用湿法制备，能耗低；2、 水煤浆输送采用泵加压输送，能耗低；量大，二氧化
5、碳压缩机的电耗高。环保1、有废气排放，烘 1 吨原煤排放 430Nm3废气1、 无废气排放,2、 制 1 吨水煤浆（60%）消耗 400Kg 废水；三、气化单元三、气化单元清华炉和航天炉均采用水冷壁衬里，煤种适应性广，可实现原料煤本地化。同时升温投料时间短，2-3 小时内就可实现从冷态到开车。目前已在丰喜安全运行的清华炉实现了全套设备国产化。从操作压力看，航天炉（包括 SHELL 炉和 GSP 炉）气化技术主要受煤粉输送系统的限制，压力最高达4.0MPa，气化温度在 14001600之间，气化压力受到限制。清华炉气化技术采用水煤浆加压气化，可以根据系统的要求进行配置，气化压力最高达 8.7Mp
6、a。采用高压气化工艺生产合成气，可以降低后段的压缩能耗。气化系统设备对比表对比项目对比项目航天炉（航天炉（4.0MPa4.0MPa）清华炉清华炉(6.5MPa)(6.5MPa)主要设备及运行模式1、 气化炉两开无备；2、 独立的烧嘴冷却水系统；3、 汽包水冷壁系统只能强制循环；1、 气化炉二开一备；2、 烧嘴冷却水在锅炉水系统之中；3、 汽包水冷壁系统既能强制循环，也可以自然循环；4、 两级闪蒸。4、 三级闪蒸。运行时间（保证值） 8000 小时8500 小时功耗1、比煤耗 598Kg/KNm3(CO+H2)；2、比氧耗 345Nm3/KNm3(CO+H2)1、比煤耗 637Kg/KNm3(C
7、O+H2)2、比氧耗 410Nm3/KNm3(CO+H2)安全稳定性1、 炉温波动较大1、 炉温容易控制且平稳主要气体成分%CO6543H22338CO211.518.5能耗1、 二级闪蒸，副产蒸汽少；2、 循环水耗高1、 三级闪蒸，副产闪蒸汽多；2、 循环水耗低气化系统性能对比表气化单元吨氨消耗航天炉清华炉折能系数 GJ吨氨用量能耗（GJ）吨氨用量能耗（GJ）操作压力（MPa）406.50 煤耗（干基 kg/t）122629.71130531.6324.232 电耗（kwh/t）2320.8351220.4390.0036 蒸汽耗（t/t）0.050.18800 氧耗(Nm3/t)7081.
8、608411.90 脱盐水（t/t）1.50.1450.340.0330.0963 新鲜水(t/t)10.0070.750.0050.00712 循环水（t/t）1000.419900.3770.00419 燃料气(GJ)0.6700 0.5MPa 高闪气(t/t)0.36-1.1450.54-1.7183.182 4.5MPa 蒸汽(t/t)0.024-0.08803.684 7.0MPa 蒸汽(t/t)00.024-0.0903.751 保护 CO219.20.12012.40.0150.00628 综合能耗综合能耗32.461132.461132.59132.591四、变换系统对比四、变
9、换系统对比从合成气成分看，航天炉合成气中 CO 含量 65%，清华炉合成气中 CO 含量只有 43%，对于生产合成氨，航天炉变换工段比清华炉多一级变换，无疑将增加变换单元的处理难度，使投资和运行成本上升。所差一级在清华炉中已在清华炉气化过程中完成。变换系统对比表对比项目对比项目航天炉航天炉清华炉清华炉设备1. 变换炉四台、换热器八台、分离器五台，如果因管道材料不能满足单套 60 万吨合成氨变换管材的要求，变换系统可能被迫采用双系列。1、变换炉三台、换热器七台、分离器四台。投资1、 变换多三台设备及触媒，投资增加。1、 变换投资低。能耗1、 变换气 CO 含量达 65%左右，变换时吨氨需要外供
10、5.0MPa 的蒸汽 174Kg，触媒的消耗量也增加。2、 变换后产生更多的 CO2（多 8.7%） 。1、 变换气 CO 含量只有 43%左右，不需外供蒸汽，触媒消耗减少。2、 变换后产生的 CO2少，后续消耗减少。五、净化系统对比表五、净化系统对比表净化系统对比表对比项目航天炉清华炉设备1. 甲醇洗工序泵的功率比 6.5MPa 工况大 15%左右。1. 甲醇洗工序泵的功率比 4.0MPa 工况小 15%左右。投资1、 甲醇洗动设备投资略有增大。1、 甲醇洗投资减少。能耗1、 甲醇洗循环量比 6.5MPa 工况的两倍，循环水量增加，循环水工序的电耗、水耗增加。2、 电耗 34.5kwh/t。
11、3、 液氮洗冷量消耗大，每小时多补充 23m3/h 液氮。4、 H2 损失比清华炉稍大。1、 甲醇洗循环量只有 4.0MPa 的一半，循环量减少，循环水工序的电耗、水耗减少。2、 电耗 28.2kwh/t。3、 液氮洗冷量可保持平衡，不需要补充液氮。进料气量305724 Nm3/h293570 Nm3/hH2166625 Nm3/h165625 Nm3/hCO2139099 Nm3/h127945 Nm3/h净化度CO220PPm20PPmH2S0.1PPm0.1PPm溶剂循环量611t/h315t/h消耗情况电耗2872KWh/h2350KWh/h蒸汽25.38t/h14.1t/h循环水21
12、60t/h1200t/h冷量*536.67MJ/t298.15MJ/t甲醇消耗1Kg/t0.5 Kg/t吨氨综合能耗1.08GJ/t0.63GJ/t六、压缩、氨合成、冷冻系统对比表六、压缩、氨合成、冷冻系统对比表压缩、氨合成、冷冻系统对比表对比项目航天炉清华炉能耗1. 合成气压缩机增压段功率大，比清华炉大4088KW。2. 合成压缩机循环水的消耗量大。3. 氨合成、冷冻系统相同1. 合成气压缩机增压段功率小。2. 氨合成、冷冻系统相同投资1、 合成气压缩机设备投资增大。2、 航天炉配置的压缩机投资比清华炉高 2000 万元。3、 氨合成、冷冻系统相同1、 合成气压缩机投资减少。2、 氨合成、冷
13、冻系统相同七、系统综合能耗对比表七、系统综合能耗对比表系统综合能耗对比表对比项目航天炉清华炉备注气化综合能耗（GJ）32.4632.59变换综合能耗（GJ）0.650仅计航天炉外加蒸汽能耗净化综合能耗（GJ）1.080.63压缩综合能耗（GJ）0.790仅计航天炉增加能耗系统综合能耗（GJ）34.9833.22八、总投资对比表八、总投资对比表总投资对比表对比项目航天炉清华炉备注空分投资（万元）4800054000气化投资（万元）70000 60000航天炉两开不备，清华炉两开一备变换投资（万元）6000航天炉比清华炉多投资部分净化投资（万元）20000航天炉比清华炉多投资部分压缩投资（万元）2
14、0000航天炉比清华炉多投资部分系统投资（万元）122600114000九、结论九、结论1、安全性：1)粉煤制备是在高温下运行，挥发份易挥发，容易发生自燃、爆炸事故，安全可靠性差；水煤浆制备安全可靠性高。2)清华炉水冷壁系统可以实现自然循环；3)清华炉联锁控制系统简单、安全保障性强；航天炉联锁控制系统复杂，安全保障性差。4)煤粉在密闭空间更容易爆炸。2、稳定性：1)清华炉采用水煤浆进料，计量精确，炉温波动较小，操作稳定性好；航天炉采用干粉进料，干煤粉进料难以精确测量，炉温波动较大，操作稳定性差。2)煤种波动对清华炉来说，只需对氧煤比进行简单调节；煤种波动对航天炉来说，需要对输煤系统进行重新标定
15、，调整进料参数。3)清华炉只有一条进料系统，调节简单、稳定；航天炉有三条煤粉进料管线，调节复杂、稳定性差。4)航天炉与清华炉有相同的运转率，在本工程中航天炉采用两开无备炉，清华炉采用两开一备，且投资相差不多，但系统稳定性更好。3、投资：1)航天炉用煤需要烘干，原料煤场需要封闭，清华炉则不需要。2)清华炉与航天炉相比，从煤制备到合成压缩机进口，清华炉 6.5MPa 系统比航天炉 4.0MPa系统少投资 8600 万元。3)航天炉系统比清华炉系统的合成压缩机组投资多 2000 万元。4、运行费用：1) 清华炉比航天炉吨氨少耗 1.76GJ，折电 488KW，每度电以 0.45 元计，吨氨节约成本 219.6 元，年节约成本1.3 亿元；或折 5500Kcal 的煤 76Kg，年节约煤 45800 吨，每吨煤以 600 元计，年节约成本 2748 万元。综上所述，清华炉无论从安全性稳定性、投资、运行费用都优于航天炉。
