（新版）清华水冷壁炉和航天炉的综合对比2011.9.23（修改）

60万吨/年合成氨装置

清华水冷壁炉和航天炉的综合对比

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

操作压力（MPa） 循环水消耗(Nm3/t) 综合能耗（Kw.h/Nm3O2） 航天炉 5.500 10550 0.6147 清华炉 8.700 12350 0.6266

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 主要设备 航天炉 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 功耗 制备一吨粉煤(干基)耗电：25.3KW 输送一吨粉煤(干基)耗电：60.7KW 合计:86KW 燃料气耗能 制备一吨粉煤(干基)燃料气耗能：0.5GJ 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 无 清华炉 棒磨机、低压煤浆泵、高压煤浆泵、大煤浆槽 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 安全性 航 天 炉 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。 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，测量难度大； 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； 清 华 炉 1、水煤浆制备是在常温常压下操作，安全可靠性高。 3、气化炉有三条粉煤进料控制及操作系统，操作较复杂。 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。 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，载气量消耗量大，二氧化碳压缩机的电耗高。 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； 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。 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； 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1400℃—1600℃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8.7Mpa。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 主要设备及运行模式 航天炉（4.0MPa） 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； 4、两级闪蒸。 运行时间（保证值） 8000小时 功耗 1、比煤耗598Kg/KNm3(CO+H2)； 2、比氧耗345Nm3/KNm3(CO+H2) 清华炉(6.5MPa) 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、三级闪蒸。 8500小时 1、比煤耗637Kg/KNm3(CO+H2) 2、比氧耗410Nm3/KNm3(CO+H2) 安全稳定性 主要气体成分% CO H2 CO2 能耗 1、炉温波动较大 65 23 11.5 1、二级闪蒸，副产蒸汽少； 2、循环水耗高 1、炉温容易控制且平稳 43 38 18.5 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 操作压力（MPa） 煤耗（干基kg/t） 电耗（kwh/t） 蒸汽耗（t/t） 氧耗(Nm3/t) 脱盐水（t/t） 新鲜水(t/t) 吨氨用量 4 1226 232 0.05 708 1.5 1 航天炉 能耗（GJ） 0 29.71 0.835 0.188 1.60 0.145 0.007 吨氨用量 6.5 1305 122 0 841 0.34 0.75 清华炉 能耗（GJ） 0 31.63 0.439 0 1.90 0.033 0.005 折能系数GJ 24.232 0.0036 0.0963 0.00712

循环水（t/t） 燃料气(GJ) 0.5MPa高闪气(t/t) 4.5MPa蒸汽(t/t) 7.0MPa蒸汽(t/t) 保护CO2 综合能耗 100 0.36 0.024 19.2 0.419 0.67 -1.145 -0.088 0 0.1201 32.4611 90 0 0.54 0.024 2.4 0.377 0 -1.718 0 -0.090 0.015 32.591 0.00419 3.182 3.684 3.751 0.00628 四、变换系统对比

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 航天炉 1. 变换炉四台、换热器八台、分离器五台，如果因设备 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。 投资 1、变换多三台设备及触媒，投资增加。 清华炉 1、变换炉三台、换热器七台、分离器四台。 1、变换投资低。 1、变换气CO含量达65%左右，变换时吨氨需要外供1、变换气CO含量只有43%左右，不需外供蒸汽，触能耗 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%）。 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

净化系统对比表

对比项目 设备 投资 航天炉 清华炉 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。 1、甲醇洗动设备投资略有增大。 1、甲醇洗投资减少。 1、甲醇洗循环量比6.5MPa工况的两倍，循环水量增1、甲醇洗循环量只有4.0MPa的一半，循环量减少，加，循环水工序的电耗、水耗增加。 能耗 2、电耗34.5kwh/t。 循环水工序的电耗、水耗减少。 2、电耗28.2kwh/t。 3、液氮洗冷量消耗大，每小时多补充2~3m3/h液氮。 3、液氮洗冷量可保持平衡，不需要补充液氮。 4、H2损失比清华炉稍大。 进料气量 H2 CO2 305724 Nm3/h 166625 Nm3/h 139099 Nm3/h 293570 Nm3/h 165625 Nm3/h 127945 Nm3/h 净化度 CO2 H2S 溶剂循环量 消耗情况 电耗 蒸汽 循环水 冷量* 甲醇消耗 吨氨综合能耗 ≤20PPm ＜0.1PPm 611t/h 2872KWh/h 25.38t/h 2160t/h 536.67MJ/t 1Kg/t 1.08GJ/t ≤20PPm ＜0.1PPm 315t/h 2350KWh/h 14.1t/h 1200t/h 298.15MJ/t 0.5 Kg/t 0.63GJ/t 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 能耗 航天炉 清华炉 1. 合成气压缩机增压段功率大，比清华炉大4088KW。 1. 合成气压缩机增压段功率小。 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、合成气压缩机设备投资增大。 投资 2. 氨合成、冷冻系统相同 1、合成气压缩机投资减少。 2、航天炉配置的压缩机投资比清华炉高2000万元。 2、氨合成、冷冻系统相同 3、氨合成、冷冻系统相同 七、系统综合能耗对比表

系统综合能耗对比表

对比项目 气化综合能耗（GJ） 变换综合能耗（GJ） 净化综合能耗（GJ） 压缩综合能耗（GJ） 系统综合能耗（GJ） 航天炉 32.46 0.65 1.08 0.79 34.98 32.59 0 0.63 0 33.22 清华炉 仅计航天炉外加蒸汽能耗 仅计航天炉增加能耗 备注

八、总投资对比表

总投资对比表

对比项目 空分投资（万元） 气化投资（万元） 变换投资（万元） 净化投资（万元） 压缩投资（万元） 系统投资（万元） 航天炉 48000 70000 600 2000 2000 122600 54000 60000 0 0 0 114000 清华炉 航天炉两开不备，清华炉两开一备 航天炉比清华炉多投资部分 航天炉比清华炉多投资部分 航天炉比清华炉多投资部分 备注 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，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。

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