中国运载火箭技术研究院设计制造的“航天炉”连续运行时间达485天,第五次打破世界纪录。这次运行时间破世界纪录的“航天炉”装置在安徽昊源项目。截至目前,它已在满负荷下最长连续运行时间达485天,创世界气流床气化技术连续运行(A级)时间新的纪录。
“航天炉”全称为航天粉煤加压气化炉,由火箭院航天长征化学工程股份有限公司(简称“航天工程公司”)设计研发,依托中国航天在运载火箭和液体火箭发动机在燃烧、传热、特种泵阀等技术的研制、生产和试验方面积累的优势,研发出拥有我国完全独立自主知识产权的航天粉煤加压气化技术,一举打破国外技术垄断。
自2008年10月,首个示范项目的“航天第一炉”点火投煤成功后,装置运行时间被接连突破,不断刷新纪录。
第一次破纪录
2012年,安徽临泉二期项目中,“航天炉”不间断连续运行215天,首创世界气流床气化技术连续运行(A级)时间世界纪录。
第二次破纪录
2016年,安徽昊源一期项目不间断连续运行了320天,第2次刷新此项世界纪录。
第三次破纪录
2017年-2018年间,在新疆玛纳斯项目中,“航天炉”连续运行407天,第3次打破世界纪录。
第四次破纪录
2018年-2019年间,安徽昊源一期项目长周期连续运行467.5天,第4次创世界纪录。
第五次破纪录
截至2022年,安徽昊源一期项目长周期连续运行485天,第5次创世界纪录。
对大型化工企业来说,装置停运检修再重新启动,一般耗时数周至数月不等,且每停产一天都会有数百万元的经济损失。因此,作为化工厂“龙头”的气化装置——“航天炉”,连续运行的时间更长,就意味着更高的产量和更多的利润,为企业带来更多的经济效益。
煤炭清洁高效利用是推动能源绿色低碳转型、实现碳达峰碳中和目标的重要途径。航天工程公司坚持自主创新,深耕煤炭洁净高效利用领域。“航天炉”在大型化、高压化、智能化方面引领行业技术发展方向,不断增强我国能源自主保障的能力。
以国内首套日处理煤量3500吨级超大型航天炉为例,截至2022年9月15日,装置累计运行327天,运行期间气化操作弹性大,综合能耗低,“三废”排放达标,实现了安全稳定运行。该装置每年能减少煤炭消耗折标煤5万吨,二氧化碳排放13万吨,为企业增加效益3亿元,既降低企业生产成本,又能为我国煤化工行业节能降耗低碳高效发展提供强力支撑。
航天炉发展回顾:“航天方案”攻克煤气化难题
煤气化技术是煤炭清洁高效利用的重要技术方式,也是煤化工发展的龙头。在本世纪初以前,先进粉煤加压气化技术一直被国外公司垄断。当时,这种技术在国内规模较大的氮肥和甲醇企业已经有一定数量的引进。但由于国外技术专利费用高昂、技术复杂、装置投资大、维修费用高,一般中小企业很难承受,严重制约了我国煤化工产业的发展。
从产业需求出发,航天工程依托中国航天在运载火箭和液体火箭发动机研制、生产和试验方面积累的优势,研发出拥有我国完全独立自主知识产权的航天粉煤加压气化技术,一举打破国外技术垄断。以航天粉煤加压气化技术为代表的煤气化技术的成功实践,推动了中国现代煤化工行业的快速发展。
为尽快将航天粉煤加压气化技术投入工程应用,2005年和2006年,航天工程分别与濮阳市甲醇厂和安徽临泉化工股份有限公司签订了合作协议,2项示范工程先后破土动工。历经2年的努力,2008年10月13日,河南濮阳化工年产15万吨甲醇项目航天粉煤加压气化炉一次投煤成功。同年10月31日,安徽临泉化工年产20万吨合成氨原料路线调整改造工程开车试运行,一次投料试车成功,并于同年11月3日生产出合格产品。
航天炉的成功问世,为我国煤化工产业开启了一片新天地,被誉为航天技术应用产业放飞的“神七”。2个示范项目的相继点火成功,为航天工程航天煤气化技术向产业化推广迈出了重要一步。
2012年10月,航天工程自主研发的国内首套2000吨级航天炉,在河南晋开化工投资控股集团有限公司百万吨总氨项目中一次点火投煤成功,并打通了全部气化装置流程。这是当时国内最大的国产煤粉加压气化装置。该装置的成功运行,标志着我国在大型粉煤加压气化技术研制和关键装备制造领域又向前迈进了一大步,其多项技术成果填补了国内空白,总体技术处于国际领先水平。
首台2000吨级航天炉投产后,成熟的航天粉煤气化技术取得了领先的市场优势。可以说,在我国有煤化工的地方就有航天炉的身影。与此同时,面对新技术竞争的挑战,航天工程开始了新一代气化技术的研究,向大型化、高压化、智能化进发,引领行业技术发展方向。
2017年,航天工程承担了国家重点研发计划项目——大规模干煤粉气流床气化技术开发及示范项目的研发。该项目形成了日处理煤3500吨级6.5兆帕大型废锅-激冷型干煤粉气化技术,开发了大型气化炉及关键部件,建立了大规模干煤粉气化积灰防控新方法及关键技术,并形成成套技术。日投煤量3500吨级航天炉具有产量更大、技术指标更优、一次性投资更省、运行成本更低、环保水平更高等优势,代表着现代煤化工先进的煤气化技术方向。
2017年8月,日处理煤量3500吨干煤粉气流床气化成套技术在山东润银生物化工股份有限公司开始工业示范。2021年9月25日,装置投料试车并打通全流程,产出合格的合成氨产品。截至2022年9月15日,装置累计运行327天,运行期间气化装置操作弹性大,综合能耗低,“三废”排放达标,实现了安全、稳定运行。装置每年可减少煤炭消耗折标煤5万吨,减少二氧化碳排放13万吨,有效降低了合成氨的生产成本,每年可为企业增加效益3亿元。
2022年2月,作为绿色技术工艺,“大型先进煤气化、半/全废锅流程气化”被国家发改委和工信部列入《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南(2022年版)》,满足了煤化工生产大型化发展的需要,促进了煤气化系统节能减排,推动煤化工行业可持续发展,为我国煤化工行业节能降耗低碳高效发展提供强力支撑。
目前,航天工程核心设备气化炉、燃烧器、特种阀门已经形成了系列型谱,实现产品标准化、系列化;拥有独立知识产权的气化炉和烧嘴,可按需要实现不同压力、规模和流程的自由组合,核心设备全部国产化。
2022年航天环保工程技术研究院落户浙江台州
“航天炉最大的特点是先研究透原料煤,再进行炉型设计,这是取得成功的关键。”中国煤炭工业协会原会长王显政表示。
航天工程一直致力于适应我国煤炭资源特点的自主知识产权先进煤气化技术的研发,全面分析了我国煤炭资源构成及煤质特性,布局了以烟煤、褐煤、无烟煤为气化原料的技术发展规划。针对不同煤种的气化特性,航天工程进行了大量研究工作,充分掌握了煤灰灰熔融、灰黏度、可磨指数、热解特性、燃烧实验等数据以及反应动力学等参数,开发出适用于不同煤种的粉煤气化解决方案。同时根据各类煤种气化特性,成功开发出褐煤、无烟煤气化炉,烧嘴及其配套工艺技术,并在中化吉林长山项目、山西晋煤华昱甲醇项目中得到应用。
2019年8月31日,航天炉褐煤清洁高效转化技术通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。专家认为,该项技术拥有自主知识产权,自主开发了国内首套适用褐煤加工的粉煤水冷壁加压气化技术,可实现褐煤的安全、清洁、高效转化,整体达到国际先进水平。
2020年9月10日,航天炉无烟粉煤清洁高效转化技术被中国石化联合会组织的专家鉴定为系国内首套自主研发的、适用无烟粉煤的大型化粉煤水冷壁加压气化技术。该技术在晋煤集团华昱高硫煤洁净利用化电热一体化示范项目一期年产百万吨甲醇工程中成功应用,单台日处理干煤粉1500吨。装置自2018年8月打通全流程以来,实现了无烟粉煤的安全、清洁、高效转化和装置长周期稳定运行。
航天炉接连攻克了以褐煤、无烟煤为原料的气化难关,可应用于合成氨、甲醇、烯烃、乙二醇等煤化工领域,为劣质煤的资源清洁高效利用提供了有效途径。